Y Cyfyngiad Halogiad Metel mewn Prosesu Solar Silicon
Mae ysgythru silicon gradd solar gan ddefnyddio cymysgeddau asid nitrig (HNO₃) ac asid hydrofflworig (HF) yn dileu difrod llifiau ac yn gweadu arwynebau wafferi ar gyfer dal golau. Mae halogiad metel hybrin, yn enwedig haearn, yn ystod y cam etch hwn yn lleihau oes cludwyr lleiafrifol ac effeithlonrwydd celloedd solar. Mae gwresogyddion PFA llawn carbon yn cynnig cryfder mecanyddol gwell a dargludedd thermol ond gallant echdynnu haearn o'r gronynnau llenwi carbon i'r cymysgedd asid ymosodol. Mae dadansoddiad meintiol o 12 llinell gynhyrchu celloedd solar yn dangos bod cyfraddau echdynnu haearn uwchlaw 0.15 ug/cm²·day yn lleihau effeithlonrwydd celloedd 0.4% i 0.7% absoliwt, tra bod cyfraddau o dan 0.05 ug/cm²·day yn dangos dim effaith effeithlonrwydd mesuradwy o gymharu â PFA heb ei lenwi.
Mecanwaith Echdynnu Haearn o Garbon-PFA wedi'i Lenwi
Mae cyfansoddion PFA llawn carbon yn cynnwys 10% i 25% yn ôl pwysau o ronynnau carbon du neu graffit i wella dargludedd thermol a gwrthiant ymgripiad. Mae llenwyr carbon masnachol yn gynhenid yn cynnwys haearn hybrin sy'n tarddu o weddillion catalydd a ddefnyddir mewn gweithgynhyrchu carbon du (fel arfer haearn 50 i 500 ppm yn y llenwad). Mewn cymysgeddau HNO₃/HF crynodedig, mae'r asid ocsideiddiol yn ymosod ar arwynebau carbon, gan ryddhau ïonau haearn i'r ysgythriad. Mae profion echdynnu fesul methodoleg SEMI F57 ar 25 gradd mewn 70% HNO₃/5% HF yn dangos bod carbon-wedi llenwi PFA â haearn 300 ppm yn y llenwad yn rhyddhau haearn ar gyfraddau o 0.12 i 0.28 ug/cm²·dydd yn dibynnu ar lwytho llenwi ac ansawdd matrics polymer. Mae PFA heb ei lenwi yn echdynnu haearn ar 0.01 i 0.03 ug/cm²·dydd o gatalydd polymerization gweddilliol, trefn maint yn is.
Ansawdd Filler ac Amrywioldeb Rhyddhau Haearn
Mae'r gyfradd echdynnu haearn o garbon wedi'i lenwi PFA yn amrywio mwy na ffactor o 10 rhwng ffynonellau llenwi. Mae carbon du a weithgynhyrchir trwy broses ffwrnais yn cynnwys 200 i 500 ppm o haearn o borthiant olew tanwydd trwm. Mae du thermol a gynhyrchir o nwy naturiol yn cynnwys dim ond 20 i 50 ppm haearn. Mae cyflenwyr sy'n defnyddio du thermol yn cyflawni cyfraddau echdynnu o 0.03 i 0.06 ug/cm²·dydd, gan agosáu at berfformiad PFA heb ei lenwi. Mae carbon du wedi'i olchi ag asid, lle mae'r llenwad yn cael ei drin â HCl cyn ei gyfansoddi, lleihau'r cynnwys haearn o dan 30 ppm a chyfraddau echdynnu o dan 0.04 ug/cm²·day. Dylai fod angen dogfennu cynnwys haearn llenwi carbon a hanes golchi ar weithgynhyrchwyr celloedd solar, gan nodi uchafswm haearn o 50 ppm yn y llenwad a chyfradd echdynnu dydd uchaf o 0.06 ug/cm² mewn 10% HF/70% HNO₃ ar 25 gradd erbyn ASTM C871.
Trwch Wal ac Effeithiau Arwynebedd
Mae cyfanswm yr haearn a dynnir o wresogydd PFA yn graddfeydd gyda'r arwynebedd wedi'i wlychu, nid yn uniongyrchol â thrwch wal. Mae wal PFA mwy trwchus o'r un deunydd carbon-yn cynnwys mwy o haearn cyfan o fewn y matrics polymerau, ond dim ond haearn o fewn tua 50 micron i'r wyneb sy'n hygyrch i echdynnu asid dros oes bath ysgythr nodweddiadol. Mae proffilio dyfnder echdynnu trwy dynnu haenau arwyneb olynol yn dangos, ar ôl 30 diwrnod yn HNO₃/HF, bod echdynnu yn treiddio 35 i 45 micron i'r wyneb PFA. Ar gyfer trwch wal uwchlaw 1.0mm, mae'r gyfradd echdynnu fesul ardal uned yn annibynnol ar gyfanswm trwch wal. Mae gwresogydd carbon 2.5mm wedi'i lenwi'n echdynnu haearn ar yr un gyfradd fesul centimetr sgwâr â gwresogydd 1.5mm o'r un cyfansoddiad. Ni all peirianwyr sy'n ymwneud â halogiad haearn leihau echdynnu trwy gynyddu trwch wal; dim ond gradd llenwi a mater trin wyneb.
Terfynau Echdynnu Haearn Meintiol yn ôl Math o Gell
| Technoleg Celloedd Solar a Tharged Effeithlonrwydd | Cyfradd Echdynnu Haearn Uchaf a Ganiateir (ug/cm²·dydd) | Deunyddiau Gwresogydd PFA Derbyniol | Dull Profi Angenrheidiol |
|---|---|---|---|
| PERC monocrystalline, > 22% effeithlonrwydd | < 0.04 | PFA heb ei lenwi, du thermol-wedi'i lenwi (< 30 ppm Fe) | ICP{0}}MS ar ôl trochi 14 diwrnod |
| Safon monocrystalline, effeithlonrwydd 20-22%. | < 0.07 | Asid-wedi'i olchi carbon du (< 50 ppm Fe) | ICP{0}}MS ar ôl trochi 14 diwrnod |
| Amlgrisialog, < 20% effeithlonrwydd | < 0.15 | carbon du safonol (< 200 ppm Fe with surface seal) | ICP{0}}OES ar ôl trochi 7 diwrnod |
| Ymchwil/addysg uwch, dim gwarant effeithlonrwydd | < 0.30 | Carbon masnachol-lenwi PFA, unrhyw radd | Heb ei nodi |
Passivation Arwyneb i Leihau Echdynnu Haearn
Ar gyfer cymwysiadau sydd angen priodweddau mecanyddol PFA llawn carbon ond echdynnu haearn isel, mae triniaethau goddefol arwyneb yn lleihau rhyddhau haearn trwy ffurfio haen rwystr. Mae fflworeiddio arwyneb PFA mewn nwy fflworin ar 200 gradd yn creu haen fflworocarbon trwchus 2 i 5 micron o drwch sy'n rhwystro treiddiad asid heb effeithio ar ddargludedd thermol. Mae carbon fflworinedig-PFA wedi'i lenwi yn dangos cyfraddau echdynnu haearn o 0.02 i 0.04 ug/cm²·dydd, sy'n cyfateb i ddeunydd heb ei lenwi. Mae triniaeth plasma â tetrafluoromethane yn cyflawni goddefiad tebyg ond gall ddiraddio os caiff ei sgrafellu'n fecanyddol. Mae angen trin arwynebau goddefol yn ofalus wrth eu gosod er mwyn atal crafu. Wrth nodi gwresogyddion goddefol, cadarnhewch fod yr haen goddefol yn gorchuddio'r holl arwynebau gwlyb gan gynnwys pennau torri a thrawsnewidiadau fflans, wrth i ymylon heb eu trin ddod yn fannau problemus echdynnu haearn sy'n cyfrif am 30% i 50% o gyfanswm yr haearn a ryddhawyd er eu bod yn cynrychioli dim ond 5% o'r arwynebedd.
Protocol Profi ar gyfer Dilysu Cyflenwr
Dylai gweithgynhyrchwyr celloedd solar ei gwneud yn ofynnol i gyflenwyr gynnal profion echdynnu haearn ar samplau cynrychioliadol cynhyrchu gan ddefnyddio'r cymysgedd asid gwirioneddol a thymheredd y broses benodol. Mae'r dull prawf fesul SEMI F57 yn cynnwys trochi o 100 cm² o ddeunydd gwresogydd mewn 500 mL o 70% HNO₃/5% HF ar 25 gradd am 168 awr, gyda'r hydoddiant yn cael ei newid bob 24 awr i atal dirlawnder. Mae dadansoddiad trwy sbectrometreg màs plasma wedi'i gyplysu'n anwythol ar gyfer yr hydoddiant cyfun yn darparu cyfradd echdynnu gyfartalog. Mae cyfraddau derbyniol ar gyfer llinellau monocrisialog effeithlonrwydd uchel yn is na 0.05 ug/cm²·day. Dylai cyflenwyr sy'n methu â chyflawni hyn â PFA llawn carbon gynnig PFA heb ei lenwi neu ddogfennu'r fasnach rhwng gwella eiddo mecanyddol a risg halogiad.
Canllawiau Manyleb ar gyfer Gwresogyddion Bath Solar Etch
Ar gyfer ysgythru silicon gradd solar sy'n gofyn am effeithlonrwydd celloedd dros 21%, nodwch wresogyddion PFA heb eu llenwi i ddileu risg echdynnu haearn yn gyfan gwbl er gwaethaf dargludedd thermol ychydig yn is. Ar gyfer cymwysiadau sydd angen PFA wedi'i lenwi â charbon ar gyfer ymwrthedd ymgripiad mewn-pwysedd uchel neu amodau beicio thermol, mae angen llenwad du thermol gyda chynnwys haearn wedi'i ddogfennu o dan 50 ppm a goddefiad fflworineiddio arwyneb. Mae'r cyfuniad o lenwi haearn isel a thriniaeth arwyneb yn cyflawni echdynnu haearn o dan 0.04 ug/cm²·day, gan fodloni gofynion ar gyfer y celloedd effeithlonrwydd uchaf. Wrth ofyn am ddyfynbrisiau, cynhwyswch y cyfansoddiad asid penodol, tymheredd y bath, a'r ychwanegiad haearn mwyaf a ganiateir fesul lot wafferi. Gall cyflenwyr sy'n gyfarwydd â gofynion y diwydiant solar ddarparu data prawf echdynnu ar eu cyfansoddyn penodol yn hytrach na manylebau llenwi generig. Ar gyfer llinellau cynhyrchu newydd, ystyriwch redeg cymhwyster 500-awr gyda samplau cwpon yn y bath ysgythriad gwirioneddol, gan fesur croniad haearn yn wythnosol i gadarnhau bod echdynnu cyflwr cyson yn parhau i fod yn is na'r trothwy gofynnol.
