摘要(yao)：對比(bi)觀(guan)察了(le)不同(tong)工藝條(tiao)件(jian)下(xia)金(jin)剛石(shi)線(xian)鋸和砂漿線(xian)鋸切(qie)割晶(jing)體(ti)Si片的(de)表(biao)面(mian)微(wei)觀(guan)形(xing)貌；分析(xi)了(le)其切(qie)割機(ji)理及去除模(mo)式(shi)；對比(bi)分(fen)析(xi)了(le)三種(zhong)不(bu)同(tong)化學方(fang)法(fa)鈍化Si片的(de)效(xiao)果和穩定(ding)性(xing)；采(cai)用(yong)逐(zhu)層腐蝕(shi)去除(chu)Si片的(de)損(sun)傷層，使用碘酒對其(qi)進(jin)行(xing)化學(xue)鈍化，然後(hou)測試(shi)其(qi)少子壽(shou)命，分(fen)析Si片少(shao)子(zi)壽(shou)命(ming)隨(sui)去除(chu)深(shen)度(du)的(de)變(bian)化(hua)趨(qu)勢(shi)，根(gen)據Si片少(shao)子(zi)壽(shou)命(ming)達到(dao)zui大(da)值時(shi)的(de)腐(fu)蝕深度(du)，測試(shi)確定(ding)Si片的(de)損(sun)傷層厚度(du)。經實(shi)驗(yan)測得，砂(sha)漿線(xian)鋸切(qie)割Si片的(de)損(sun)傷層厚度(du)為10μm左右(you)，金(jin)剛石(shi)線(xian)鋸切(qie)割Si片的(de)損(sun)傷層厚度(du)為6μm左右(you)。結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，相比(bi)於(yu)砂漿線(xian)鋸切(qie)割Si片，金(jin)剛石(shi)線(xian)鋸切(qie)割Si片造成(cheng)的(de)表(biao)面(mian)損(sun)傷層更淺(qian)，表(biao)面(mian)的(de)機(ji)械(xie)損(sun)傷也(ye)更小。

關(guan)鍵(jian)詞(ci)：矽片；切(qie)割(ge)；表(biao)面(mian)損(sun)傷；少(shao)子(zi)壽(shou)命；鈍化

0 引(yin)言(yan)

      Si片表(biao)面(mian)和近表(biao)面(mian)特性(xing)對晶(jing)體(ti)矽(gui)太(tai)陽電池(chi)的(de)性(xing)能(neng)有很大影響。太(tai)陽電池(chi)用Si片普(pu)遍(bian)采(cai)用(yong)砂漿線(xian)鋸切(qie)割技術(shu)切片。近年(nian)來Si片的(de)切(qie)割設備與(yu)工藝(yi)技(ji)術(shu)不斷改(gai)進，各個廠(chang)家(jia)的(de)Si 片表(biao)面(mian)機(ji)械(xie)損(sun)傷情(qing)況實際有(you)很(hen)大(da)差(cha)異(yi)，特別是近期固(gu)結(jie)金(jin)剛石(shi)磨(mo)料線鋸開(kai)始應用(yong)於(yu)Si片切(qie)割(ge)，其(qi)表(biao)面(mian)機(ji)械(xie)損(sun)傷情(qing)況更有本質(zhi)不(bu)同(tong)。因此(ci)，對切(qie)割(ge)Si片的(de)機(ji)械(xie)損(sun)傷及(ji)其(qi)對電學(xue)性(xing)能(neng)影響的(de)測(ce)定(ding)顯得極其重(zhong)要(yao)。

　　研(yan)究和測量(liang)Si片的(de)表(biao)面(mian)質(zhi)量和近表(biao)面(mian)損(sun)傷的(de)方(fang)法(fa)有(you)很多^［1］：張力誘導(dao)畸(ji)變(bian)測(ce)量(liang)法(fa)、X 射(she)線(xian)雙(shuang)晶(jing)衍射(she)法(fa)、表(biao)面(mian)粗(cu)糙度(du)測量(liang)法(fa)、光譜(pu)漫(man)放(fang)射(she)法(fa)、去(qu)極化紅(hong)外掃描(miao)法和激光(guang)聲波(bo)法等。還有(you)壹(yi)些(xie)間(jian)接(jie)表(biao)征Si片表(biao)面(mian)損(sun)傷的(de)方(fang)法(fa)，例(li)如通(tong)過表(biao)面(mian)光(guang)電壓(ya)法(fa)或(huo)微(wei)波(bo)光(guang)電導(dao)衰減法(fa)測定(ding)Si片的(de)少(shao)子壽命等。微(wei)波(bo)光(guang)電導(dao)衰減法(fa)（μ-PCD）測試(shi)少(shao)子壽(shou)命具(ju)有(you)無(wu)接(jie)觸(chu)、相(xiang)對簡(jian)單(dan)、快(kuai)捷準(zhun)確等優點(dian)，較(jiao)其(qi)他(ta)測量(liang)損(sun)傷層深度(du)的(de)方(fang)法(fa)更(geng)加(jia)方(fang)便(bian)，適(shi)合(he)生產上應用^［2］。此(ci)方(fang)法(fa)測(ce)量損(sun)傷層的(de)基(ji)礎是依靠於(yu)Si片的(de)少(shao)子壽命與(yu)機(ji)械(xie)損(sun)傷引(yin)入(ru)的(de)復(fu)合(he)中心(xin)密度(du)緊(jin)密相關。μ-PCD方(fang)法(fa)實(shi)測得到的(de)少(shao)子壽命稱為有(you)效(xiao)少子(zi)壽(shou)命(ming)，它主(zhu)要(yao)受(shou)兩個因素(su)影響(xiang)：體(ti)壽(shou)命(ming)和表(biao)面(mian)壽(shou)命。Si片較(jiao)薄(bo)時(shi)，表(biao)面(mian)壽(shou)命遠遠小於(yu)體(ti)壽(shou)命(ming)，此時(shi)的(de)有(you)效(xiao)壽命(ming)基(ji)本上(shang)等於(yu)表(biao)面(mian)壽(shou)命；在(zai)Si片厚(hou)度(du)壹(yi)定(ding)的(de)情(qing)況下，如果表(biao)面(mian)復(fu)合(he)速(su)率很(hen)大(da)，則在(zai)測試(shi)高(gao)體(ti)壽(shou)命(ming)樣品(pin)時(shi)，測(ce)試的(de)壽(shou)命值與(yu)體(ti)壽(shou)命(ming)值就(jiu)會(hui)偏差(cha)很(hen)大(da)；而對於(yu)低體(ti)壽(shou)命(ming)的(de)樣(yang)品(pin)，不(bu)會(hui)使少子壽(shou)命(ming)降低很多。因此(ci)，表(biao)面(mian)復(fu)合(he)對有(you)效(xiao)少子(zi)壽(shou)命(ming)的(de)影(ying)響是非(fei)常(chang)明(ming)顯的(de)。

　　砂(sha)漿線(xian)鋸切(qie)割Si片的(de)機(ji)械(xie)損(sun)傷，多(duo)數(shu)學(xue)者已經(jing)進(jin)行(xing)了(le)大量(liang)的(de)研(yan)究，而金(jin)剛石(shi)線(xian)鋸切(qie)割Si片的(de)近表(biao)面(mian)損(sun)傷，學(xue)者們(men)對此(ci)研(yan)究較(jiao)少(shao)。本(ben)文(wen)采(cai)用(yong)逐(zhu)層腐蝕(shi)的(de)方(fang)法(fa)去(qu)除Si片的(de)近表(biao)面(mian)損(sun)傷層，並結(jie)合(he)微(wei)波(bo)光(guang)電導(dao)衰減法(fa)測量(liang)其(qi)少子(zi)壽命(ming)，然(ran)後根據少(shao)子(zi)壽(shou)命的(de)變(bian)化(hua)趨(qu)勢(shi)，對砂(sha)漿線(xian)鋸和金(jin)剛石(shi)線(xian)鋸切(qie)割Si片的(de)損(sun)傷層進行(xing)測定(ding)，對比(bi)分(fen)析(xi)其(qi)切割損(sun)傷的(de)深(shen)度(du)及其(qi)原(yuan)因機(ji)理。

1 實驗方(fang)法(fa)

　　實(shi)驗中所(suo)選用(yong)的(de)材(cai)料為直(zhi)拉(la)法制(zhi)備的(de)電子(zi)級(ji)單(dan)晶(jing)矽棒，尺(chi)寸(cun)為Ø42mm；線(xian)鋸切(qie)割而成(cheng)的(de)太(tai)陽能(neng)級(ji)Si片，厚(hou)度(du)為200μm左右(you)。采(cai)用(yong)金(jin)剛石(shi)線(xian)鋸對單(dan)晶(jing)Si棒進(jin)行(xing)切割(ge)加(jia)工，去(qu)除頭尾較(jiao)差(cha)的(de)Si料，垂(chui)直(zhi)於(yu)單晶(jing)Si棒軸(zhou)線(xian)方(fang)向(xiang)進(jin)行(xing)切片，切(qie)得(de)Si片的(de)厚(hou)度(du)為1.50mm左右(you)。如(ru)圖1 （a）所(suo)示為國(guo)外某(mou)廠生產，直(zhi)徑為300μm，其(qi)表(biao)層鑲嵌尺寸為Ø25～40μm的(de)金(jin)剛石(shi)顆(ke)粒，分(fen)布很稀(xi)疏; 如圖1（b）所(suo)示金(jin)剛石(shi)線(xian)鋸為國(guo)內(nei)某(mou)廠(chang)生產，直(zhi)徑為270μm，表(biao)面(mian)鑲嵌較(jiao)密集的(de)金(jin)剛石(shi)顆(ke)粒，顆(ke)粒大(da)小為Ø20～35μm，切(qie)割(ge)實驗(yan)在(zai)沈陽科晶(jing)601A 型往復(fu)式單線(xian)切割機(ji)上進行(xing)，線張力為30N，切(qie)割(ge)線速(su)度(du)為2m/s，進(jin)給(gei)速(su)度(du)為6μm/s，采(cai)用(yong)水作(zuo)為切(qie)削(xue)液(ye)。切割(ge)後(hou)的(de)Si片在(zai)無(wu)水(shui)乙(yi)醇中超(chao)聲波(bo)清洗10min，超(chao)純水清洗數(shu)次，質(zhi)量(liang)濃(nong)度(du)為18%的(de)HCl溶液(ye)中清洗5min，然(ran)後在(zai)超(chao)純水中超(chao)聲波(bo)清洗10min，超(chao)純水沖(chong)洗數(shu)次，冷(leng)風吹(chui)幹備用。

采(cai)用(yong)氫(qing)氟(fu)酸和硝酸混(hun)合(he)溶液(ye)對砂(sha)漿線(xian)鋸切(qie)割的(de)多(duo)晶(jing)Si片進(jin)行(xing)化學(xue)拋光數(shu)分(fen)鐘，然(ran)後(hou)浸入(ru)重鉻酸鉀、氫(qing)氟(fu)酸和冰乙(yi)酸的(de)混(hun)合(he)溶液(ye)中進(jin)行(xing)位(wei)錯(cuo)腐蝕。所(suo)使用的(de)化(hua)學拋光液(ye)配比(bi)為：V（HF）∶V（HNO₃）=1∶3；位(wei)錯(cuo)腐蝕液(ye)配比(bi)為：V（K₂Cr2O₇溶液(ye)）（0.15mol/L）：V（HF）（49%）：V（冰乙(yi)酸）=25∶50∶1。

　　用(yong)質(zhi)量(liang)濃(nong)度(du)20%的(de)NaOH水(shui)溶液(ye)，在(zai)水浴(yu)溫度(du)85 ℃的(de)百分比環境下對砂(sha)漿線(xian)鋸和金(jin)剛石(shi)線(xian)鋸切(qie)割的(de)單(dan)晶(jing)Si片進(jin)行(xing)逐(zhu)層腐蝕(shi)，每次腐(fu)蝕(shi)數(shu)秒(miao)後，用(yong)靈(ling)敏(min)度(du)為0.1mg的(de)高(gao)精度(du)電子(zi)天(tian)平稱重，采(cai)用(yong)稱重法(fa)測算矽片被(bei)腐(fu)蝕(shi)的(de)深(shen)度(du)。Si片經(jing)NaOH溶液(ye)腐蝕(shi)後(hou)，超(chao)純水清洗數(shu)次；放(fang)入(ru)體(ti)積百分比18%的(de)HCl溶液(ye)中清洗5min，以(yi)去除(chu)腐(fu)蝕(shi)引(yin)入(ru)的(de)金(jin)屬(shu)雜質；超(chao)純水沖(chong)洗數(shu)次，冷(leng)風吹(chui)幹，稱重。

　　為了(le)降低(di)和消(xiao)除表(biao)面(mian)復(fu)合(he)對Si片有(you)效(xiao)少子(zi)壽(shou)命(ming)的(de)影(ying)響，需要(yao)對Si片表(biao)面(mian)進(jin)行(xing)鈍化，降低(di)其表(biao)面(mian)復(fu)合(he)速(su)率。表(biao)面(mian)鈍化降低(di)Si片的(de)表(biao)面(mian)活(huo)性(xing)，使表(biao)面(mian)的(de)復(fu)合(he)速(su)度(du)降低(di)，其(qi)主要(yao)方(fang)式(shi)就(jiu)是飽(bao)和表(biao)面(mian)的(de)懸(xuan)掛(gua)鍵(jian)，降(jiang)低表(biao)面(mian)活(huo)性(xing)，增加(jia)表(biao)面(mian)的(de)清潔程(cheng)序，避(bi)免(mian)由(you)於(yu)雜質在(zai)表(biao)面(mian)層的(de)引(yin)入(ru)或(huo)吸附而形(xing)成(cheng)復(fu)合(he)中心(xin)，以此來(lai)降低(di)少數(shu)載(zai)流(liu)子(zi)的(de)表(biao)面(mian)復(fu)合(he)速(su)度(du)。使用質量(liang)濃(nong)度(du)2.51%的(de)碘(dian)酒^［3］對其(qi)進(jin)行(xing)化學(xue)鈍化，裝袋(dai)密封，立即(ji)測(ce)量鈍化後Si片的(de)少(shao)子壽命。少(shao)子(zi)壽(shou)