太陽電池是光伏組件的核心部件，其質量的穩定性和可靠性將直接影響光伏組件的質量。制絨是太陽電池生產過程中的首道工序，制絨后硅片的質量是決定能否產出高質量電池的基礎和關鍵。但在現有生產技術中，制絨后的硅片經常產生白斑現象[1]，這個問題困擾著各電池生產廠家。白斑占比高直接影響了電池生產的節拍，既降低了產線的合格率，又增加了生產成本，因此，避免產生白斑已成為電池生產質量管控的重點。本文主要針對單晶硅片在制絨后出現白斑及臟污的現象，通過對制絨后的異常硅片進行絨面測試、厚度測試和產線對比實驗來排查異?，F象產生的原因，結合顯微紅外測試和X射線能譜分析(EDS)測試對產生異常的原因進行了深入分析，并提出了改善措施。

1 單晶硅片制絨原理

單晶硅片在一定濃度的堿溶液中被腐蝕時是各向異性的，不同晶向上的腐蝕速率不一樣。利用這一原理，將特定晶向的單晶硅片放入堿溶液中腐蝕，即可在硅片表面產生出許多細小的“金字塔”狀外觀，這一過程稱為單晶堿制絨。這一過程的化學反應方程式為：


通過制絨可以提高硅片的陷光作用，降低反射，增加對光的吸收。

2 異?，F象描述

產線投入157.4 mm×157.4 mm 的單晶硅片(下文簡稱“157.4 mm 硅片”)，制絨后的硅片存在白斑異常，異常硅片的比例占總投入片數的0.39%；投入156.75 mm×156.75 mm 的單晶硅片(下文簡稱“M2 硅片”)，制絨后的硅片存在白斑及臟污異常，異常硅片的比例占總投入片數的0.36%。2 種單晶硅片的異常圖片及異常數據如表1 所示。


從表1 的統計數據可以看出，157.4 mm 異常硅片的異常區域主要分為進刀面和兩側2種；且異常區域主要為進刀面，異常占比為66.85%。

M2 異常硅片的異常區域也分為進刀面和兩側2種；且異常區域主要為進刀面，異常占比為63.29%。對比后可以發現，2 種單晶硅片的異常區域均主要表現在進刀面，但二者的異?，F象略有差異[2]。從外觀來看，157.4 mm 異常硅片的異常區域及M2 異常硅片兩側的異常區域的白斑呈小片的亮白和灰白狀，而M2 異常硅片進刀面的異常區域的白斑呈大片的灰白狀。

3 異常原因排查

針對上述2種不同規格的單晶硅片制絨后出現的異?，F象[3]，分別對異常硅片進行了絨面測試、厚度測試和產線對比實驗，以排查異?，F象產生的原因。

3.1 異常硅片絨面測試

從單晶硅片的絨面數據來看，幾類異常硅片未形成“金字塔”狀絨面，異常區域未發生腐蝕，或單晶各項異性腐蝕效果未體現。如果是未發生腐蝕，推測其表面存在不易被酸堿清洗腐蝕的物質；如果是發生了腐蝕但未形成“金字塔”狀絨面，則推測是硅片晶向異?；蛑平q溶液異常[4]。2 種單晶硅片的異常硅片絨面測試結果如圖1、圖2 所示，結果證實，硅片外觀存在異常。


3.2 異常硅片厚度測試

對2 種單晶硅片的異常硅片進行厚度測試。每片異常硅片測試4 個點，其中，測試點1 為異常區域中心點，測試點2 為異常區域邊緣，測試點3 為硅片中心點，測試點4 為異常區域對稱位置，示例圖如圖3 所示；然后分別測試不同異常硅片測試點的厚度，并與正常硅片( 生產中未出現異常的M2 硅片) 在對應位置的厚度進行對比，結果如表2 所示。


從測試結果來看，M2 異常硅片、157.4mm 異常硅片與正常硅片相應測試位置的厚度減薄平均相差約5 μm。而制絨工序對硅片的減薄，雙面腐蝕厚度一般為8～10 μm，因此5μm 是單面腐蝕厚度，這說明該異常區域未被腐蝕，推測該區域表面被不易被酸堿清洗腐蝕的物質所覆蓋。

3.3 產線對比實驗

為了判斷單晶硅片制絨后表面的殘留物質究竟是從制絨環節引入，還是從硅片生產環節引入，進行了4 組對比實驗。實驗1 選取A 廠家157.4 mm 硅片，實驗2 選取B 廠家硅片，實驗3 選取A 廠家M2+ 硅片，實驗4 選取A廠家中心厚度實驗M2 硅片，分別投入產線后，實驗結果如表3 所示。



從表3 的實驗結果可以看出，實驗1 中A廠家157.4 mm 硅片出現了絨面異常，異常比例為2.75%；而實驗2～實驗4 的硅片在制絨后均無異常。這說明異常硅片并非是由制絨引起的，異常問題在于單晶硅片本身的生產制造環節。

3.4 小結

根據制絨后異常硅片的絨面測試、厚度對比測試及產線對比實驗結果可以判定，單晶硅片制絨后出現白斑異常的原因不在于制絨環節，而在于單晶硅片生產制造環節。

4 異常原因分析

根據異常原因的排查結果，進一步對產生異常的原因進行分析，對異常硅片進行顯微紅外測試，并對有機硅、磷酸鹽、硅酸鹽、碳酸鈣的來源進行分析。

4.1 顯微紅外測試

考慮到單晶硅片表面殘留成分僅為微量，選用檢出限低的顯微紅外設備，分別對157.4 mm異常硅片、M2 異常硅片、正常硅片的進刀面與兩側位置進行顯微紅外測試，測試數據如圖4～圖7所示。


對圖4～圖7 的測試結果進行分析，可得出：

1)157.4 mm 異常硅片的進刀面：對波峰進行數據庫對比分析，顯微紅外測試結果顯示，雜質可能是無機磷酸鹽類物質，主要匹配到磷酸鹽、焦磷酸鹽、硅酸鹽等。

2)157.4 mm 異常硅片的兩側位置：對波峰進行數據庫對比分析，顯微紅外測試結果顯示，雜質可能是無機硅酸鹽類物質。

3)M2 異常硅片的進刀面：根據顯微紅外測試結果，對波峰進行數據庫對比分析，結果顯示，雜質可能為有機硅和碳酸鈣。

4)M2 異常硅片的兩側位置：對波峰進行數據庫對比分析，顯微紅外測試結果顯示，雜質可能是無機鹽類，匹配到磷酸二氫鹽、硅酸鹽。

5) 正常硅片：無明顯波峰，因此分析認為無有機物質。

測試結果顯示，M2 異常硅片進刀面的雜質為有機硅和碳酸鈣，其他異常區域的雜質為磷酸鹽、硅酸鹽，對比正常硅片的測試結果后認為，有機硅、磷酸鹽、硅酸鹽是異常物質。因此可以認為，M2 異常硅片的進刀面呈現大片的灰白狀物質是有機硅類物質附著所導致，其他異常區域中小片的亮白、灰白狀物質主要是磷酸鹽、硅酸鹽殘留。

4.2 有機硅和磷酸鹽、硅酸鹽、碳酸鈣的來源分析

硅片生產環節涉及的有機化學品主要有粘棒膠、脫膠劑、切割液和清洗劑，依據顯微紅外測試和EDS 測試結果對這些有機化學品逐一進行分析。

1) 粘棒膠：是一種環氧樹脂，小分子結構經固化形成高聚物，起到粘合的作用。因為切割時每一刀都會切在膠上，膠極有可能粘在金剛線上，然后在下一刀切割時會從硅片進刀位置帶入。生產中反饋的2 種異常硅片進刀面的異常比例分別為66.85%、63.29%( 見表1)，這是引入異常的源頭之一。顯微紅外測試和EDS 測試數據顯示，此處雜質中含有碳酸鈣，而生產環節中膠棒樹脂板中含有鈣，這說明有膠的殘留。

2) 脫膠劑：脫膠劑是通過乳化、滲透降低粘接力，從而起到脫膠效果，作用過程是破壞共聚物的組織結構，發生的是物理性能的變化。脫膠劑是一種有機酸，后道工序中易被堿去除，在雜質中存在的風險低。

3) 切割液：主要作用是冷卻、潤滑、清洗、消泡，主要組成是消泡劑和冷卻劑，這2 種物質不互溶，可通過增加溶劑來改善消泡劑和冷卻劑的互溶性。在放置過程中，切割液容易出現分層，消泡劑會漂浮在上層，其中含有較難清洗的硅油，使用分層后的切割液容易將上層的硅油附著在硅片表面，且在后續工序中難以清洗；同時在運輸過程中，切割液會受溫度影響，溫度過低會導致其因分散性不好而形成絮狀物，附著在硅片表面，這樣也難以清洗。

測試結果顯示，雜質中含有有機硅，但在硅片生產過程涉及的化學品中，只有切割液的消泡劑含有此類物質。通過觀察砂漿罐發現，確實有油污漂浮，觀察廢水池也可以發現有絮狀物漂浮，咨詢切割液廠家后得知，上述兩處出現的油污和漂浮物屬于異?，F象，該油污和絮狀漂浮物也正是M2 異常硅片進刀面的異常區域的污染來源。

4) 清洗劑：主要成分是活性劑、螯合劑、堿、添加劑等，主要作用是去除油脂、顆粒粉塵、金屬離子等。磷有較好的清洗作用，會作為添加劑的成分。測試結果顯示，雜質中含有磷酸鹽、磷酸二氫鹽、焦磷酸鹽、硅酸鹽，而粘棒膠、切割液、脫膠劑中均不含磷元素，因此認為磷酸鹽的殘留主要來源于清洗環節中的清洗劑。另外，硅酸鹽的產生主要在清洗環節，硅片表面有信號檢出，說明清洗液有殘留。


生產數據顯示，進刀面的異常占比高，測試顯示有粘棒膠殘留，因此觀察清洗環節，發現進刀面在清洗花籃的最下面，下方的進刀面容易夾液、掛液，從而易造成清洗殘留。

綜上所述，砂漿罐中的油污漂浮、廢水池中絮狀物漂浮是M2 異常硅片進刀面的異常區域的污染來源。測試出的有機硅信號是切割液中消泡劑里的硅油產生的。進刀面的異常占比高，一方面是因為膠的殘留，另一方面是因為進刀面在清洗花籃的最下面，容易夾液、掛液，從而易造成清洗殘留。測試結果中顯示有磷酸鹽、磷酸二氫鹽、焦磷酸鹽、硅酸鹽信號，這主要是清洗液殘留；碳酸鈣主要是粘棒膠殘留。

5 建議與改善措施

1) 在硅片生產過程中，需要檢查切割液是否有分層，以及其是否存在因分散不好而呈絮狀的異?，F象。在確認目前使用的切割液合格后，檢查砂漿罐是否按要求進行清洗，并徹底清洗砂漿罐，以降低對硅片的污染。

2) 進刀面的異常占比高，建議優化進刀面清洗方法，防止花籃出槽時夾液、掛液的現象。

3) 測試結果中發現磷酸鹽、磷酸二氫鹽、焦磷酸鹽、硅酸鹽殘留，因此，一方面，需要在進料檢驗時抽測監控清洗劑的成分，確認產品質量與出廠報告的一致性；另一方面，需要把控清洗劑與切片工藝的匹配性，解決清洗劑殘留問題。

6 結論

本文針對單晶硅片在制絨后出現白斑及臟污的現象進行了實驗分析，得出以下結論：

1) 異常出現在進刀面的占比高，一方面是因為進刀面在清洗花籃的最下面，硅片在出槽時易夾液、掛液，易造成清洗殘留；另一方面，粘棒膠通過金剛線帶入硅片表面，但后續工序中難以清洗干凈，從而導致殘留。

2)M2 異常硅片進刀面的大片灰白狀物質是有機硅類物質附著、粘膠導致，有機硅的信號是切割液中消泡劑里的硅油產生的。砂漿罐中的油污漂浮、廢水池中絮狀物漂浮是M2 異常硅片進刀面中異常區域的污染來源。

3)M2 異常硅片和157.4 mm 異常硅片其他異常區域的小片亮白、灰白狀物質主要是磷酸鹽、硅酸鹽殘留?？紤]粘棒膠、切割液、脫膠劑中沒有磷元素，認為磷酸鹽的殘留主要來源于清洗劑。硅酸鹽的產生主要在清洗環節，異常來源也是清洗劑有殘留。

原標題：單晶硅片制絨后出現白斑及臟污原因分析及改善措施