第5期　总第313期

2020年5月

太　阳　能

SOLARENERGY

No.5　TotalNo.313

May,2020

文章编号：1003-0417(2020)05-62-07

单晶硅片制绒后产生白斑的原因分析及改善措施

杜喜霞

*

，

姜　倩

(国家电投集团西安太阳能电力有限公司，西安710100)

摘　要：

针对单晶硅片在制绒后出现的白斑及脏污现象，通过对异常硅片进行绒面测试、厚度测试和产线对

比实验，排查异常现象产生的原因，并结合显微红外测试和X射线能谱分析(EDS)测试对产生异常的原因

进行深入分析。分析结果表明：硅片制绒后出现白斑现象主要是硅片生产环节造成的。进刀面出现异常，一

方面是由于硅片清洗液残留所致，另一方面是由于粘棒胶通过金刚线带入硅片表面后，后道工序难以清洗造

成的。M2异常硅片进刀面有大片灰白状是有机硅类物质附着、粘胶导致的；M2和157.4mm异常硅片其他

异常区域有小片亮白、灰白状，主要是清洗剂中的磷酸盐、硅酸盐残留。

关键词：

单晶硅片；制绒；白斑；清洗

中图分类号

：TM914.4

文献标志码：

A

0引言

太阳电池是光伏组件的核心部件，其质量的

稳定性和可靠性将直接影响光伏组件的质量。制

绒是太阳电池生产过程中的首道工序，制绒后硅

片的质量是决定能否产出高质量电池的基础和关

键。但在现有生产技术中，制绒后的硅片经常产

生白斑现象[1]，这个问题困扰着各电池生产厂家。

白斑占比高直接影响了电池生产的节拍，既降低

了产线的合格率，又增加了生产成本，因此，避

免产生白斑已成为电池生产质量管控的重点。本

文主要针对单晶硅片在制绒后出现白斑及脏污的

现象，通过对制绒后的异常硅片进行绒面测试、

厚度测试和产线对比实验来排查异常现象产生的

原因，结合显微红外测试和X射线能谱分析(EDS)

测试对产生异常的原因进行了深入分析，并提出

了改善措施。

用这一原理，将特定晶向的单晶硅片放入碱溶液

中腐蚀，即可在硅片表面产生出许多细小的“金

字塔”状外观，这一过程称为单晶碱制绒。这一

过程的化学反应方程式为：

Si+2NaOH+H

2

O=Na

2

SiO

3

+2H

2

↑

(1)

通过制绒可以提高硅片的陷光作用，降低反

射，增加对光的吸收。

2异常现象描述

产线投入157.4mm

×

157.4mm的单晶硅片

(下文简称“157.4mm硅片”)，制绒后的硅片

存在白斑异常，异常硅片的比例占总投入片数的

0.39%；投入156.75mm

×

156.75mm的单晶硅片

(下文简称“M2硅片”)，制绒后的硅片存在白

斑及脏污异常，异常硅片的比例占总投入片数的

0.36%。2种单晶硅片的异常图片及异常数据如

表1所示。

从表1的统计数据可以看出，157.4mm异常

硅片的异常区域主要分为进刀面和两侧2种；且

异常区域主要为进刀面，异常占比为66.85%。

1单晶硅片制绒原理

单晶硅片在一定浓度的碱溶液中被腐蚀时是

各向异性的，不同晶向上的腐蚀速率不一样。利

收稿日期：

2019-08-05

通信作者：

杜喜霞(1981—)，女，硕士、工程师，主要从事太阳电池方面的研究。123675218@

62

第

5

期

杜喜霞等：单晶硅片制绒后产生白斑的原因分析及改善措施

技术应用

表12种单晶硅片的异常图片及异常数据表

Table1Theanomalousimagesanddataofmonocrystallinesiliconwafer

硅片规格异常类别图例异常占比/%EL图像

进刀方向66.85

157.4mm

硅片

两侧方向33.15

进刀方向63.29

M2硅片-

两侧方向36.71

注：两侧方向是指垂直于硅片刀纹的方向，进刀方向是指平行于硅片刀纹的方向

M2异常硅片的异常区域也分为进刀面和两侧2

种；且异常区域主要为进刀面，异常占比为63.29%。

对比后可以发现，2种单晶硅片的异常区域

均主要表现在进刀面，但二者的异常现象略有差

63

异[2]。从外观来看，157.4mm异常硅片的异常区

域及M2异常硅片两侧的异常区域的白斑呈小片

的亮白和灰白状，而M2异常硅片进刀面的异常

区域的白斑呈大片的灰白状。

技术应用太阳能

2020

年

3异常原因排查

针对上述2种不同规格的单晶硅片制绒后出

现的异常现象[3]，分别对异常硅片进行了绒面测

试、厚度测试和产线对比实验，以排查异常现象

产生的原因。

3.1异常硅片绒面测试

从单晶硅片的绒面数据来看，几类异常硅片

未形成“金字塔”状绒面，异常区域未发生腐蚀，

或单晶各项异性腐蚀效果未体现。如果是未发生

腐蚀，推测其表面存在不易被酸碱清洗腐蚀的物

质；如果是发生了腐蚀但未形成“金字塔”状绒

面，则推测是硅片晶向异常或制绒溶液异常[4]。

2种单晶硅片的异常硅片绒面测试结果如图1、

图2所示，结果证实，硅片外观存在异常。

b.两侧

图2157.4mm异常硅片绒面测试结果

Fig.2Thetestresultsofanomalous157.4mmtexturing

siliconwafer

3.2异常硅片厚度测试

对2种单晶硅片的异常硅片进行厚度测试。

每片异常硅片测试4个点，其中，测试点1为异

常区域中心点，测试点2为异常区域边缘，测试

点3为硅片中心点，测试点4为异常区域对称位

置，示例图如图3所示；然后分别测试不同异常

硅片测试点的厚度，并与正常硅片(生产中未出

现异常的M2硅片)在对应位置的厚度进行对比，

结果如表2所示。

a.进刀面

b.两侧

图1M2异常硅片绒面测试结果

Fig.1ThetestresultsofanomalousM2texturingsiliconwafer

图3异常硅片厚度测试的测试点分布图示例

Fig.3Thetestpointdistributionexampleofthicknesstestof

anomaloussiliconwafer

表2各测试点的厚度测试结果

Table2Theresultsofthicknesstestofdifferent

testpoint

硅片类型

M2异常硅片

157.4mm

异常硅片

a.进刀面

测试点1测试点2测试点3测试点4

/

µ

m/

µ

m/

µ

m/

µ

m

177

174

176

172

169

176

172

170

178

171

169

177正常硅片

64

第

5

期

杜喜霞等：单晶硅片制绒后产生白斑的原因分析及改善措施

技术应用

从测试结果来看，M2异常硅片、157.4

mm异常硅片与正常硅片相应测试位置的厚度

减薄平均相差约5

μ

m。而制绒工序对硅片的

减薄，双面腐蚀厚度一般为8

～

10

μ

m，因此5

μ

m是单面腐蚀厚度，这说明该异常区域未被腐

蚀，推测该区域表面被不易被酸碱清洗腐蚀的

物质所覆盖。

3.3产线对比实验

为了判断单晶硅片制绒后表面的残留物质

究竟是从制绒环节引入，还是从硅片生产环节

引入，进行了4组对比实验。实验1选取A厂

家157.4mm硅片，实验2选取B厂家硅片，

实验3选取A厂家M2+硅片，实验4选取A

厂家中心厚度实验M2硅片，分别投入产线后，

实验结果如表3所示。

表3产线实验结果统计表

Table3Thestatisticaldatainproductionline

源进行分析。

4.1显微红外测试

考虑到单晶硅片表面残留成分仅为微量，选

用检出限低的显微红外设备，分别对157.4mm

异常硅片、M2异常硅片、正常硅片的进刀面与

两侧位置进行显微红外测试，测试数据如图4

～

图7所示。

100

98

96

94

92

80

60

40

20

80

60

40

20

4000

透

过

率/

%

透

过

率/

%

透

过

率/

%

3000

a.进刀面

2000

波数/cm

-1

1000

序号

实验2

实验3

实验4

片源

B厂家硅片

A厂家M2+硅片

A厂家中心厚度

实验M2硅片

数量/片异常比例/%

吸

光

度

透

过

率/

%

104

102

100

98

96

90

80

70

60

50

40

30

20

10

实验1A厂家157.4mm硅片56000

200

115200

72000

2.75

0.00

0.00

0.00

从表3的实验结果可以看出，实验1中A

厂家157.4mm硅片出现了绒面异常，异常比例为

2.75%；而实验2

～

实验4的硅片在制绒后均无异

常。这说明异常硅片并非是由制绒引起的，异常

问题在于单晶硅片本身的生产制造环节。

3.4小结

根据制绒后异常硅片的绒面测试、厚度对比

绒后出现白斑异常的原因不在于制绒环节，而在

于单晶硅片生产制造环节。

测试及产线对比实验结果可以判定，单晶硅片制

35

波数/cm

b.两侧位置

2000

-1

15001000

图4157.4mm异常硅片的显微红外测试结果

Fig.4Themicro-infraredtestresultofanomalous157.4mm

texturingsiliconwafer

0.19

0.18

0.17

0.16

0.15

0.14

0.13

90

80

70

60

50

40

30

20

10

4000

4异常原因分析

根据异常原因的排查结果，进一步对产生异

常的原因进行分析，对异常硅片进行显微红外测

试，并对有机硅、磷酸盐、硅酸盐、碳酸钙的来

65

透

过

率/

%

吸

光

度

3000

a.进刀面

2000

波数/cm

-1

1000

技术应用

64

62

60

58

56

54

52

50

48

46

90

80

70

60

50

40

30

20

10

4000

太阳能

2020

年

杂质可能是无机硅酸盐类物质。

3)M2异常硅片的进刀面：根据显微红外测

试结果，对波峰进行数据库对比分析，结果显示，

杂质可能为有机硅和碳酸钙。

4)M2异常硅片的两侧位置：对波峰进行数

据库对比分析，显微红外测试结果显示，杂质可

能是无机盐类，匹配到磷酸二氢盐、硅酸盐。

30002000

波数/cm

-1

b.两侧位置

1000

透

过

率/

%

吸

光

度

5)正常硅片：无明显波峰，因此分析认为无

有机物质。

测试结果显示，M2异常硅片进刀面的杂质

为有机硅和碳酸钙，其他异常区域的杂质为磷酸

盐、硅酸盐，对比正常硅片的测试结果后认为，

有机硅、磷酸盐、硅酸盐是异常物质。因此可以

认为，M2异常硅片的进刀面呈现大片的灰白状

物质是有机硅类物质附着所导致，其他异常区域

中小片的亮白、灰白状物质主要是磷酸盐、硅酸

图5M2异常硅片的显微红外测试结果

Fig.5Themicro-infraredtestresultofanomalousM2texturing

siliconwafer

3.0

2.4

k

C

n

t1.8

1.2

0.6

0.0

0.004.008.00

energy/kev

12.00

盐残留。

4.2有机硅和磷酸盐、硅酸盐、碳酸钙的来源分析

硅片生产环节涉及的有机化学品主要有粘棒

胶、脱胶剂、切割液和清洗剂，依据显微红外测

试和EDS测试结果对这些有机化学品逐一进行

分析。

1)粘棒胶：是一种环氧树脂，小分子结构经

固化形成高聚物，起到粘合的作用。因为切割时

每一刀都会切在胶上，胶极有可能粘在金刚线上，

然后在下一刀切割时会从硅片进刀位置带入。生

产中反馈的2种异常硅片进刀面的异常比例分别

图6M2异常硅片的进刀面测试数据

Fig.6Themicro-infraredtestresultofanomalousM2texturing

siliconwaferliceside

40

35

30

25

20

15

10

45

40

35

30

25

20

15

10

4000

透

过

率/

%

透

过

率/

%

30002000

波数/cm

-1

1000

为66.85%、63.29%(见表1)，这是引入异常的源

头之一。显微红外测试和EDS测试数据显示，

此处杂质中含有碳酸钙，而生产环节中胶棒树脂

板中含有钙，这说明有胶的残留。

2)脱胶剂：脱胶剂是通过化、渗透降低粘

接力，从而起到脱胶效果，作用过程是破坏共聚

物的组织结构，发生的是物理性能的变化。脱胶

剂是一种有机酸，后道工序中易被碱去除，在杂

质中存在的风险低。

3)切割液：主要作用是冷却、润滑、清洗、

66

图7正常硅片的显微红外测试结果

Fig.7Themicro-infraredtestresultofnormalsiliconwafer

对图4

～

图7的测试结果进行分析，可得出：

1)157.4mm异常硅片的进刀面：对波峰进

行数据库对比分析，显微红外测试结果显示，杂

质可能是无机磷酸盐类物质，主要匹配到磷酸盐、

焦磷酸盐、硅酸盐等。

2)157.4mm异常硅片的两侧位置：对波峰

进行数据库对比分析，显微红外测试结果显示，

第

5

期

杜喜霞等：单晶硅片制绒后产生白斑的原因分析及改善措施

技术应用

消泡，主要组成是消泡剂和冷却剂，这2种物质

不互溶，可通过增加溶剂来改善消泡剂和冷却剂

的互溶性。在放置过程中，切割液容易出现分层，

消泡剂会漂浮在上层，其中含有较难清洗的硅油，

使用分层后的切割液容易将上层的硅油附着在硅

片表面，且在后续工序中难以清洗；同时在运输

过程中，切割液会受温度影响，温度过低会导致

其因分散性不好而形成絮状物，附着在硅片表面，

这样也难以清洗。

测试结果显示，杂质中含有有机硅，但在硅

片生产过程涉及的化学品中，只有切割液的消泡

剂含有此类物质。通过观察砂浆罐发现，确实有

油污漂浮，观察废水池也可以发现有絮状物漂浮，

咨询切割液厂家后得知，上述两处出现的油污和

漂浮物属于异常现象，该油污和絮状漂浮物也正

是M2异常硅片进刀面的异常区域的污染来源。

4)清洗剂：主要成分是活性剂、螯合剂、碱、

添加剂等，主要作用是去除油脂、颗粒粉尘、金

属离子等。磷有较好的清洗作用，会作为添加剂

的成分。测试结果显示，杂质中含有磷酸盐、磷

酸二氢盐、焦磷酸盐、硅酸盐，而粘棒胶、切割

液、脱胶剂中均不含磷元素，因此认为磷酸盐的

残留主要来源于清洗环节中的清洗剂。另外，硅

酸盐的产生主要在清洗环节，硅片表面有信号检

出，说明清洗液有残留。

生产数据显示，进刀面的异常占比高，测试

显示有粘棒胶残留，因此观察清洗环节，发现进

刀面在清洗花篮的最下面，下方的进刀面容易夹

液、挂液，从而易造成清洗残留。

综上所述，砂浆罐中的油污漂浮、废水池中

絮状物漂浮是M2异常硅片进刀面的异常区域的

污染来源。测试出的有机硅信号是切割液中消泡

剂里的硅油产生的。进刀面的异常占比高，一方

面是因为胶的残留，另一方面是因为进刀面在清

洗花篮的最下面，容易夹液、挂液，从而易造成

清洗残留。测试结果中显示有磷酸盐、磷酸二氢

盐、焦磷酸盐、硅酸盐信号，这主要是清洗液残

留；碳酸钙主要是粘棒胶残留。

5建议与改善措施

1)在硅片生产过程中，需要检查切割液是否

有分层，以及其是否存在因分散不好而呈絮状的

异常现象。在确认目前使用的切割液合格后，检

图8砂浆罐设备

Fig.8Theimageofmortartankequipment

查砂浆罐是否按要求进行清洗，并彻底清洗砂浆

罐，以降低对硅片的污染。

2)进刀面的异常占比高，建议优化进刀面清

洗方法，防止花篮出槽时夹液、挂液的现象。

3)测试结果中发现磷酸盐、磷酸二氢盐、焦

磷酸盐、硅酸盐残留，因此，一方面，需要在进

料检验时抽测监控清洗剂的成分，确认产品质量

与出厂报告的一致性；另一方面，需要把控清洗

剂与切片工艺的匹配性，解决清洗剂残留问题。

图9废水池

Fig.9Theimageofwastewaterpool

67

6结论

本文针对单晶硅片在制绒后出现白斑及脏污

技术应用太阳能

2020

年

的现象进行了实验分析，得出以下结论：

1)异常出现在进刀面的占比高，一方面是因

为进刀面在清洗花篮的最下面，硅片在出槽时易

夹液、挂液，易造成清洗残留；另一方面，粘棒

胶通过金刚线带入硅片表面，但后续工序中难以

清洗干净，从而导致残留。

2)M2异常硅片进刀面的大片灰白状物质是

有机硅类物质附着、粘胶导致，有机硅的信号是

切割液中消泡剂里的硅油产生的。砂浆罐中的油

污漂浮、废水池中絮状物漂浮是M2异常硅片进

刀面中异常区域的污染来源。

3)M2异常硅片和157.4mm异常硅片其他异

常区域的小片亮白、灰白状物质主要是磷酸盐、

硅酸盐残留。考虑粘棒胶、切割液、脱胶剂中没

有磷元素，认为磷酸盐的残留主要来源于清洗剂。

硅酸盐的产生主要在清洗环节，异常来源也是清

洗剂有残留。

[参考文献]

[1]

[2]

[3]

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陈志均.电致发光(EL)对产业化常规晶硅太阳电池的检

测与分析[D].呼和浩特:内蒙古大学,2017.

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半导体光电,2017,38(1):21

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古贺生.单晶硅太阳电池制绒新技术研究[D].杭州:浙

江大学,2011.

孙林锋.单晶硅太阳电池表面制绒新方法研究[D].杭州:

浙江大学,2010.

CAUSESANALYSISANDIMPROVEMENTOFWHITESPOTSIN

TEXTURINGOFMONOCRYSTALLINESILICONWAFER

DuXixia

，

JiangQian

(

SPICXi'anSolarPowerCo.，Ltd.，Xi'an710100，China

)

Abstract

：

Thispaperstudiesthecausesofwhitespotsanddirtthatappearinglecrystalsiliconwafersafter

-depthanalysisiscompletedthroughthetexturingtest

，

lysis

showsthattheoccurrenceofwhitespotsonthesiliconwaferaftertexturingismainlycausedbytheproduction

ereisadeviationinthecuttingedgeofthecuttingsiliconwafer

，

itwill

causetheresidualcleaningliquidofthesiliconwafer

，

orthestickystickglueisbroughtintothesurfaceofthe

siliconwaferthroughthediamondwire

，

ge-scale

mall-sizedbrightwhitepatches

andgray-likepatchesaremainlyphosphateorsilicateresiduesinthecleaningagent.

Keywords

：

monocrystallinesiliconwafer

；

texturing

；

whitespot

；

cleaning

68