一种准单晶硅片微缺陷的检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏准单晶硅片生产及质量控制领域，尤其涉及一种准单晶硅片微缺陷的检测方法。
【背景技术】
[0002]随着光伏技术的不断更新，铸造准单晶技术作为一项新的技术兼顾了铸造多晶硅及直拉单晶硅技术的优点。能够在铸造多晶硅设备的基础上，通过坩祸底部铺设籽晶，采用定向凝固法生长准单晶，然后准单晶线切割成准单晶硅片。目前量产的高纯度、低缺陷的准单晶硅片制成的太阳能电池其效率平均高于铸造多晶硅电池1-2%，接近单晶硅电池，而成本远低于单晶硅电池，与铸造多晶硅电池接近，因此成为未来太阳能电池发展的方向。
[0003]目前影响铸造准单晶片性能的除了原料纯度外，硅片微缺陷由于其结构缺陷引起的“悬挂键”成为金属杂质的沉积中心，同时微缺陷本身也可以作为太阳能电池的“深中心”，降低少数载流子寿命。目前对于准单晶硅片性能的研宄还不成熟，尤其是准单晶硅片缺陷的类型、成因及对太阳能电池光电转换效率的影响尚无定论，因此无论是准单晶硅片的实际生产，还是质量控制过程中都需要清楚微缺陷的成因、缺陷位置，并通过工艺改进来消除微缺陷的影响。而且以往对于(100)晶向单晶硅片的缺陷腐蚀大多采用氧化铬和氢氟酸、重铬酸钾和氢氟酸等污染性很强的溶液作为腐蚀液。本发明就是基于上述背景，采用过硫酸铵溶液和氢氟酸作为腐蚀液，具体反应式为:
[0004]Si+2S20广+2H20 = Si02+4S042>4H.
[0005]Si02+4HF = SiF4 t +2H20
[0006]并以金相显微镜及硅片少数载流子寿命、铁-硼对含量分布测试来进行缺陷精确定位，利用扫描电镜来研宄准单晶片的微观缺陷类型、分布，进而探讨微缺陷的成因，来指导生产进行工艺改进，进一步提高准单晶硅太阳能电池光电转换效率的目的。
[0007]目前，缺乏一种快速准确的准单晶硅片微缺陷的测试方法。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种快速准确的准单晶硅片微缺陷的测试方法。
[0009]为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现:本发明提供了一种准单晶硅片微缺陷的检测方法，包括如下步骤:
[0010](I)手动机械抛光:将待腐蚀的准单晶硅片进行手动机械抛光，并用去离子水冲洗；
[0011](2)化学腐蚀抛光:将机械抛光清洗后硅片进行化学腐蚀抛光，用去离子水进行冲淋；
[0012](3)微缺陷的择优腐蚀:将化学腐蚀抛光后硅片进行微缺陷的择优腐蚀，用去离子水进行冲淋，烘箱内干燥；
[0013](4)微缺陷观察方法:将腐蚀后硅片进行少数载流子寿命和铁-硼对面扫描；结合金相显微镜观察少数载流子寿命扫描颜色分布，对缺陷部位进行精确定位，并根据定位将娃片切割成多个小片，做好标记；将标记好的小片用扫描电子显微镜进行微区分析，确定缺陷类型及分布。
[0014]进一步地，在步骤(I)中，根据硅片表面切割线痕及机械划伤程度，所述待腐蚀的准单晶硅片的厚度为2-3_，所述抛光液为超细碳化硅的水悬浮液或纳米二氧化硅浆料加入体积百分比为I %的双氧水的溶液，所述抛光盘的转速30-40r/min。
[0015]进一步地，在步骤(2)中，机械抛光后，清洗干净硅片采用腐蚀液对硅片进行化学腐蚀，所述腐蚀液为硝酸和氢氟酸混合液；所述氢氟酸中的氢氟酸的含量为多40%，所述抛光腐所述硝酸中的硝酸的含量为65.0-68.0%，所述硝酸和氢氟酸的体积比为4:1-3:1，腐蚀时间为l_3min，用去离子水进行冲淋2-3次，所述硅片表面呈镜面。
[0016]更进一步地，在步骤(3)中，所述缺陷腐蚀液为氢氟酸水溶液和过硫酸铵水溶液的混合溶液，所述氢氟酸水溶液和过硫酸铵水溶液的体积比为2:1 ;所述氢氟酸水溶液中的氢氟酸的含量为多40%，所述过硫酸铵水溶液中的固液比为0.55-0.6g/ml ;腐蚀温度为80-90°C，腐蚀时间为1-1.5h ;腐蚀完全以后，去离子水进行冲淋2-3次，每次2_3min，然后放置在温度100°C烘箱内，烘干时间为8-12min至干燥。
[0017]进一步地，在步骤(4)中，缺陷类型为晶界、位错、小角度亚晶粒晶界、堆垛层错、滑移或籽晶边界诱导缺陷。
[0018]进一步地，在步骤(4)中，具体包括如下子步骤:
[0019]子步骤1:对经过步骤(3)中微缺陷腐蚀并经清洗、干燥后的硅片进行少数载流子寿命、铁-硼对面扫描；利用测试仪定位探头将少数载流子寿命及铁-硼对含量异常区域分别进行定位，并做好标记；
[0020]子步骤2:对子步骤⑴中做好标记的硅片在金相显微镜下观察，先确定缺陷类型，然后准确定位缺陷部位；
[0021]子步骤3:按照子步骤(2)标记部位对硅片进行切分，分成不同小片；
[0022]子步骤4:利用扫描电镜将子步骤(3)切分好的硅片进行微区分析，确定微缺陷类型、缺陷分布；
[0023]子步骤5:综合分析子步骤(4)结果，结合子步骤I微缺陷区域在硅片中的分布及定位，共同研宄确定硅片微缺陷的成因。
[0024]有益效果:本发明的测试方法快速准确，节能环保，无污染，实用性强。通过该方法表征准单晶硅片微缺陷类型、分布，进而探讨微缺陷的成因，利用该方法来优化准单晶硅片铸造工艺，最终提高准单晶太阳能电池转换效率。有助于优化准单晶制造工艺，生产出高质量准单晶硅片。
[0025]相对于现有技术，本发明具有如下优点:
[0026](I)本发明与单晶硅片缺陷测试相比，准单晶硅片缺陷腐蚀采用了通常用作金属及半导体材料表面处理剂的过硫酸铵溶液与氢氟酸的混合液的方式，代替了具有高污染性的铬酸和氢氟酸腐蚀液或重铬酸钾和氢氟酸腐蚀液。
[0027]使用无镉腐蚀剂作为腐蚀液，相较于铬酸、重铬酸钾溶液，更加环保，准确度跟传统铬酸、重铬酸钾溶液几乎一致，速度上比前者慢些，但是工业中完全可以接受，Ih左右。不像其他高锰酸钾等强氧化剂需要10几小时，对于位错等相关缺陷无效果。
[0028](2)本发明采用少数载流子寿命及铁硼对分布测试对腐蚀后准单晶硅片低寿命区及铁硼对高含量区进行定位，再利用金相显微镜进行低寿命区及铁硼对高含量区微缺陷初步判定，最终按缺陷定位，将硅片线切割成小片，利用扫描电镜对微缺陷类型及分布进行测试，根据上述测试结果来指导生产工艺的改进，最终得到高光电转换效率的准单晶电池。准单晶微缺陷中籽晶诱导缺陷为首次提出和讨论。
[0029](3)本发明适合光伏晶体硅片缺陷测试，具有抛光速率快，手动控制，操作方便，无须自动加压装置，适合对硅片表面要求不是很苛刻，仅作为化学腐蚀抛光前的辅助性抛光方法，去掉硅片表面大的划痕、切割线痕及凹坑等。
【附图说明】
[0030]图1是本发明缺陷类型为堆垛层错的示意图；
[0031]图2是本发明缺陷类型为滑移的示意图；
[0032]图3是本发明缺陷类型为位错及位错排的示意图；
[0033]图4是本发明缺陷类型为小角度晶界的示意图；
[0034]图5是本发明缺陷类型为籽晶边界诱导缺陷示意图。
【具体实施方式】