太阳能电池用单晶硅片，一般有两种形状：一种是圆形，另一种是方形。区别是：圆形硅片是割断滚圆后，利用金刚石砂轮磨削晶体硅的表面，可以使整根单晶硅的直径统一，并且能达到所需直径，后直接切片，切片是圆形；而方形硅片则需要在切断晶体硅后，进行切片方块处理，沿着晶体棒的纵向方向，也就是晶体的生长方向，利用外圆切割机将晶体硅锭切成一定尺寸的长方形硅片，其截面为正方形，通常尺寸为125mm×125mm或156mm×156mm。在太阳能效率和成本方面，其主要区别为：圆形硅片的材料成本相对于方形硅片较低，组成组件时，圆形硅片的空间利用率比方形硅片低，要达到同样的太阳能电池输出功率，正方形硅片的太阳能电池组件板的面积小，既利于空间的有效利用，也降低了太阳能电池的总成本。因此，对于大直径单晶硅或需要高输出功率的太阳能电池，其硅片的形状一般为方形。
传统的圆形硅片加工的具体工艺流程一般为：单晶炉取出单晶→检查称重量、量直径和其他表观特征→切割分段→测试→清洗→外圆研磨→检测分档。检测项目包括直径、划痕、破损、裂纹、方向指示线（标明头尾）、定位面、长度、重量。导电类型、电阻率、电阻率均匀性、少数载流子寿命。位错、旋涡缺陷和其他微缺陷等；切片→倒角→清洗→磨片→清洗→检验→测厚分类→化学腐蚀→测厚检验→抛光→清洗→再次抛光→清洗→电性能测量→检验→包装→储存。
圆形硅片主要工序步骤如图6－1所示，方形硅片主要工序步骤如图6－2所示。
图6－1 圆形硅片加工的主要步骤
图6－2 方形硅片加工的主要步骤
直拉单晶硅生长完成后呈圆棒状，而太阳能电池需要利用硅片，因此，单晶硅生长完成后需要进行机械加工。对于不同的器件，单晶硅需要不同的机械加工程序。对于大规模集成电路所用单晶硅而言，一般需要对单晶硅棒进行切断、滚圆、切片、倒角、磨片、化学腐蚀和抛光等一系列工艺，在不同的工艺间还需进行不同程度的化学清洗。而对于太阳能电池用单晶硅而言，硅片的要求比较低，通常应用前几道加工工艺，即切断、滚圆、切片、倒角、磨片和化学腐蚀等。为了便于理解，我们将大规模集成电路的硅片加工进行一一介绍，并与太阳能电池硅片进行对比。
1．硅抛光片的几何参数及一些参数定义
集成电路硅片的规格要求比较严格，必须有一系列参数来表示和限制。主要包括：硅片的直径或边长，硅片的厚度、平整度、翘曲度及晶向的测定，下面分别一一进行讨论。
1）硅片的直径（边长）
硅片的厚度是硅片的重要参数。如果硅片的直径（边长）太大，基于硅片的脆性，要求厚度增厚，这样就浪费昂贵的硅材料，而且平整度难以保证，对后续加工及电池的稳定性影响较大，再说单晶硅的硅锭直径也很难产生很大；直径或边长太小，厚度减小，用材少，平整度相对较好，电池的稳定性较好，但是硅片的后续加工会增加电极等方面的成本。一般情况下，太阳能电池的硅片是根据硅锭的大小设置直径或边长的大小，一般的圆形单晶、多晶硅硅片的直径为（76．2mm）或（101．6mm），而单晶正方形硅片的边长为100mm、125mm、156mm；多晶正方形硅片的边长为125mm、156mm、210mm。
2）硅片的平整度
硅片的平整度是硅片的最重要参数，它直接影响到可以达到的特征线宽和器件的成品率。对于太阳能硅片则影响转换效率和寿命，不同级别集成电路的制造需要不同的平整度参数，平整度目前分为直接投影和间接投影，直接投影的系统需要考虑的是整个硅片的平整度，而分步进行投影的系统需要考虑的是投影区域局部的平整度。太阳能硅片要求较低，硅片的平整度一般用TIR和FPD这两个参数来表示。
3）硅片的翘曲度
硅片的翘曲度是衡量硅片的参数之一，它也影响到可以达到的光刻的效果和器件的成品率。不同级别集成电路的制造需要不同的翘曲度参数，硅片的翘曲度一般用BOW、TTV和WARP这3个参数来表示。
太阳能电池所用硅片对这些参数的要求不是很高，通常只是对硅片的厚度进行控制。但是，平行度和翘曲度过大，在太阳能电池加工和组件加工过程中，会造成硅片碎裂，导致生产成本增加。
4）晶向的测定也是一个重要的参数
晶向是指晶列组的方向，它用晶向指数表示。半导体集成电路是在低指数面的半导体衬底上制作的。硅MOS集成电路硅片通常为（100）晶面的硅片，硅双极集成电路硅片通常为（111）晶面或（100）晶面的硅片。
硅片表面的晶体取向对于器件制造较为重要，在单晶切割、定位面研磨和切片操作之前都要进行晶向定向，使晶向及其偏差范围符合工艺规范的要求。晶向测定的方法主要是X射线法。X射线法的精度较高，已经得到了广泛应用。
但是，对太阳能电池所用硅片通常不进行晶向的检查，只是对硅片的厚度进行控制。如晶向念头过大，会影响光电转换效率。
2．割断
割断是指在晶体生长完成取出后，沿垂直于晶体生长的方向切去晶体硅头和硅尾无用的部分，即头部的籽晶和放肩部分以及尾部的收尾部分。一般利用外圆切割机进行切断，而大直径的单晶硅，一般使用带式切割机来割断。切断后所形成的是圆柱体，其截面是圆形；对于正方形硅片加工的硅棒，一样进行割断后所形成的是圆柱体，其截面是圆形。
3．滚圆或切方块
无论是直拉单晶硅还是区熔单晶硅，由于晶体生长时的热振动、热冲击等一些原因，晶体表面都不是非常平滑的，整根单晶硅的直径有一定偏差起伏；而且晶体生长完成后的单晶硅棒表面存在扁平棱线，所以需要进一步加工，使得整根单晶硅棒的直径达到统一，以便在今后的材料和器件加工工艺中操作。一般是利用金刚石砂轮磨削晶体硅的表面，可以使得整根单晶硅的直径统一，并且能达到所需直径。而切方块也就不需要进行滚圆这个工序，只需先进行切方块处理，沿着晶体棒的纵向方向，也就是晶体的生长方向，利用外圆切割机将晶体硅锭切成一定尺寸的长方体硅片，其截面为正方形。
滚圆或切方块会在晶体硅的表面造成严重的机械损伤，因此磨削加工所达到的尺寸与所要求的硅片尺寸相比要留出一定的余量。对于轻微裂纹，会在其后的切片过程中引起硅片的微裂纹和崩边，所以在滚圆或切方块后一般要进行化学腐蚀等工序，去除滚圆或切方块的机械损伤。
4．切片
在单晶硅滚圆或切方块工序完成后，接着需要对单晶硅棒切片。切片是硅片制备中的重要工序之一，微电子工业用的单晶硅在切片时，硅片的厚度、晶向、翘曲度和平行度是关键参数，需要严格控制。经过这道工序晶锭重量损耗了大约1/3。
太阳能电池用单晶硅片的厚度为200μm左右，也有报道硅片厚度可为150μm左右。单晶硅锭切成硅片，通常采用内圆切割机或线切割机。内圆切割机是高强度轧制圆环状钢板刀片，外环固定在转轮上，将刀片拉紧，环内边缘有坚硬的颗粒状金刚石，如图6－3所示。切片时，刀片高速旋转，速度达到1 000～2 000r/min。在冷却液的作用下，固定在石墨条上的单晶硅向刀片会做相对移动。这种切割方法，技术成熟，刀片稳定性好，硅片表面平整度较好，设备价格相对较便宜，维修方便。但是由于刀片有一定的厚度，在250～300μm之间，约有1/2的晶体硅在切片过程中会变成锯末，所以这种切片方式的晶体硅材料的损耗很大；而且，内圆切割机切片的速度较慢，效率低，切片后硅片的表面损伤大。
另一种切片方法是线切割，通过粘有金刚石颗粒的金属丝的运动来达到切片的目的，如图6－4所示。线切割机的使用始于1995年，一台线切割机的产量相当于35台内圆切割机。通常线切割的金属直径仅有180μm，对于同样的晶体硅，用线切割机可以使材料损耗降低，在25%左右，所以切割损耗小，而且线切割的应力小，切割后硅片的表面损伤较小；但是，硅片的平整度稍差，设备相对昂贵，维修困难。太阳能电池用单晶硅片对硅片平整度的要求并不高；因此线切割机比较适用于太阳能电池用单晶硅的切片。切片结束后，将硅片清洗，检测厚度、电阻率和导电类型。
图6－3 单晶硅正方形硅片的内圆切割示意图
图6－4 单晶硅圆形硅片的线切割示意图
5．倒角
倒角工艺是用具有特定形状的砂轮磨去硅片边缘锋利的崩边、棱角、裂缝等。硅片边缘锋利的崩边、棱角、裂缝等会给以后的表面加工和集成电路工艺带来以下一些危害：
①使硅片在加工和维持过程中容易产生碎屑，这些碎屑会对硅片表面造成损伤，损坏光刻掩膜，使图形产生针孔等问题；
②在硅片后续热加工（如高温氧化、扩散等）过程中，棱角、崩边、裂缝处的损伤会在硅片中产生位错，并且这些位错会通过滑移或增殖过程向晶体内部传播；
③在硅片外延工艺中，硅片边缘的棱角、崩边、裂缝的存在还会导致外延的产生。
6．化学腐蚀
切片后，硅片表面有机械损伤层，目前利用X射线双晶衍射的方法来测量硅片的机械损伤层厚度。因此，一般切片后，在制备太阳能电池前，需要对硅片进行化学腐蚀，去除损伤层。每化学腐蚀一次，进行一次X射线双晶衍射，目的是考虑是否进一步进行化学腐蚀。
腐蚀液的类型、温度、配比、搅拌与否以及硅片放置的方式都是硅片化学腐蚀效果的主要影响因素，这些因素既影响硅片的腐蚀速度，又影响腐蚀后硅片的表面质量。目前使用较多的是氢氟酸、硝酸和乙酸混合的酸性腐蚀液，以及氢氧化钾或氢氧化钠等碱性腐蚀液。对于太阳能电池用单晶硅的化学腐蚀，一般利用氢氧化钠腐蚀液，腐蚀深度要超过硅片机械损伤层的厚度，为20～30μm。
在氢氧化钠化学腐蚀时，采用10%～30%的氢氧化钠水溶液，温度80～90℃，将硅片浸入腐蚀液中，腐蚀液不需搅拌，腐蚀后硅片的平行度较好；碱腐蚀后硅片表面相对比较粗糙。如果碱腐蚀的时间较长，硅片表面还会出现像金字塔结构的形状，称为“绒面”，这种“绒面”结构有利于减少硅片表面的太阳光反射，增加光线的射入和吸收。所以在单晶硅太阳能电池实际工艺中，一般将化学腐蚀和绒面制备工艺合二为一，以节约生产成本。而酸腐蚀，主要是浓硝酸等，会产生一些如NOx等的有毒气体。
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