低壓擴散應(yīng)用于晶硅太陽電池的可行性工作總結(jié)報告

1、精選文檔低壓集中應(yīng)用于晶硅太陽電池的可行性工作總結(jié)報告一、立項背景面對日益短缺的能源與不斷惡化的自然環(huán)境，人們將目光投向那些綠色環(huán)保、可再生的新能源的身上，如太陽能、風能、生物能、地熱能、潮汐能等等。作為可再生清潔能源的典型代表，光伏發(fā)電以其無污染、可再生、儲量豐富等優(yōu)點引起了世界各國的高度重視，而據(jù)國際能源署(IEA)和歐盟聯(lián)合爭辯中心(JRC)的猜測，到2040年世界太陽能光伏發(fā)電量將占世界電力總供應(yīng)的20%以上。依據(jù)猜測如圖1所示，太陽能在將來能源結(jié)構(gòu)當中所占的比例越來越大，在本世紀末太陽能將可能會成為主要的能源供應(yīng)來源，所占比例可能會超過60%。圖1.世界能源使用現(xiàn)狀及將來能源需求結(jié)構(gòu)

2、猜測圖在各種太陽能電池中，硅太陽能電池因其牢靠性高、壽命長、能承受各種環(huán)境變化等優(yōu)點成為太陽能電池的主要品種。太陽電池產(chǎn)業(yè)化所面臨的主要問題之一是如何在保證電池高轉(zhuǎn)換效率前提下提高產(chǎn)能。集中制作P-N結(jié)是晶體硅太陽電池的核心，也是電池質(zhì)量好壞的關(guān)鍵之一。對于集中工序，最大的問題是如何提高集中的均勻性。集中的均勻性直接體現(xiàn)在硅片集中后PN結(jié)結(jié)深的差異性上，均勻性好則結(jié)深的差異性小，反之亦然。而不同的結(jié)深對應(yīng)的燒結(jié)溫度也是不一樣的。換個角度來說，同樣的燒結(jié)條件對于集中均勻性好的電池片，其歐姆接觸就會好，短路電流、填充因子等電性能參數(shù)也會比較穩(wěn)定。這樣，電池片的轉(zhuǎn)換效率也就更穩(wěn)定。并且，電池片與電池

3、片之間的電性能參數(shù)全都性好，也有利于組件的穩(wěn)定性和防衰減性，從而提高了太陽電池的使用壽命。因此，如何來提高集中的均勻性就顯得格外有必要。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，改善集中后硅片的均勻性，提高晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，我們提出將低壓集中技術(shù)引入晶硅太陽能電池中。二、項目執(zhí)行狀況1、 成立項目工作小組為確保本項目的順當實施，公司已經(jīng)形成了有來自浙江高校、湖南科技高校、中國科學院等有名高等院校10多名碩士組成的技術(shù)研發(fā)團隊，共同致力于公司技術(shù)研發(fā)工作，公司以內(nèi)部研發(fā)中心為依托，成立項目工作小組，該小組下設(shè)設(shè)備優(yōu)化爭辯小組、工藝研發(fā)小組和試驗生產(chǎn)小組，對研發(fā)工作進行了細化分解。各小組分工明確，責任到

4、人，從組織上保證了項目的正常運行。各小組細化工作如下：項目工作小組設(shè)備優(yōu)化小組工藝研發(fā)小組試驗生產(chǎn)小組設(shè)備改造工藝研發(fā)和試驗試生產(chǎn)和品質(zhì)管控2、項目進展報告（1）2016.3 2016.5立足公司現(xiàn)有的集中設(shè)備，針對常規(guī)集中設(shè)備按低壓集中爐核心結(jié)構(gòu)進行改造。低壓集中爐的核心結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2.低壓集中核心結(jié)構(gòu)示意圖從進氣管1進入工藝氣體，在腔室2中進行低壓集中，尾氣從尾氣管3排出，泵7、8、9負責制造真空條件，泵出口連接排酸管道。為保證改造后爐體滿足低壓真空條件，除爐體做密封改良處理外，爐門更換為特地針對低壓集中的高密封性自冷爐門如圖3所示。前期改造工作在3個月左右時間基本完成。圖3.改造后

5、集中爐爐門（2）2016.62016.9對于多晶硅，在低壓條件下，探究溫度、氣體流量、工藝步驟對集中方阻和集中均勻性的影響。爭辯初始低壓集中條件與最終所得電池片性能參數(shù)間的關(guān)系，成功設(shè)計并優(yōu)化初步得出一種高方阻的低壓集中工藝。（3）2016.102016.12運用高方阻低壓集中工藝的基礎(chǔ)上，建立了中試生產(chǎn)線，對產(chǎn)品進行試生產(chǎn)。對中途消滅的問題不斷排查緣由并改善，經(jīng)過生產(chǎn)線近3個月的努力，已基本形成新工藝的批量生產(chǎn)力量。3、項目總結(jié)從2016年3月到2016年12月，浙江向日葵光能科技股份有限公司低壓集中應(yīng)用于晶硅太陽能電池項目在公司領(lǐng)導(dǎo)的支持下，通過前期爭辯，可以運用到生產(chǎn)中。主要爭辯內(nèi)容本項

6、目提出接受低壓集中工藝改善集中均勻性，它一種通過改善爐管氣密性、增加真空系統(tǒng)實現(xiàn)的集中方式，真空系統(tǒng)供應(yīng)低壓力氛圍，從而增加三氯氧磷分子平均自由程，提高集中均勻性、穩(wěn)定性和成膜致密性；通過低壓集中工藝，可以獲得均勻的p-n結(jié)結(jié)構(gòu)，更易實現(xiàn)淺結(jié)高方阻集中工藝，提升電池轉(zhuǎn)換效率。同時低壓集中以其優(yōu)異的方阻均勻性大大提高單管產(chǎn)能，降低制造成本。我們的初步爭辯表明該工藝可以改善集中的均勻性。針對高方阻的低壓集中，成功設(shè)計出一種較有用的低壓集中工藝，其工藝步驟如圖4所示。進舟抽真空升溫檢漏通氧集中推動充氣出舟圖4.低壓集中工藝步驟低壓集中工藝分如下三步進行：(1)關(guān)閉放有硅片的集中爐爐門后,抽氣使爐內(nèi)壓

7、強至設(shè)定壓強并用高溫氧化硅片,在硅片表面生成一薄層SiO2；(2)接受兩步集中法制備PN結(jié)：第一步低溫預(yù)集中,其次步高溫集中；(3)退火,轉(zhuǎn)變集中爐內(nèi)部壓強除去雜質(zhì)；步驟(1)至(3)中設(shè)定的工藝參數(shù)如下：所述步驟(1)設(shè)定的工藝參數(shù)為：爐內(nèi)壓強為50100mbar；氧化溫度為780800；氧化時間為200800sec；大氮流量為1000030000ml/min；氧氣流量為5002000ml/min；所述步驟(2)設(shè)定的工藝參數(shù)為：第一步低溫預(yù)集中工藝參數(shù)為：爐內(nèi)壓強為50100mbar；爐內(nèi)溫度為780800；集中時間為250800sec；大氮流量為1000030000ml/min；小氮流量

8、為6001000ml/min；氧氣流量為5002000ml/min；其次步高溫集中工藝參數(shù)為：爐內(nèi)壓強為50100mbar；爐內(nèi)溫度為800830；集中時間為250800sec；大氮流量為1000030000ml/min；小氮流量為6001000ml/min；氧氣流量為5002000ml/min；所述步驟(3)設(shè)定的工藝參數(shù)為：設(shè)定退火溫度550650、時間為10003000sec；爐內(nèi)壓強從設(shè)定的50100mbar升至1000mbar,再從1000mbar降至設(shè)定的50100mbar,反復(fù)轉(zhuǎn)變24次,每個壓強轉(zhuǎn)變周期在400sec以內(nèi)。試驗低壓集中工藝，檢測所得方阻均勻性，設(shè)定方阻目標值10

9、5115，接受密舟800片滿載進爐，按常規(guī)先測中心點的五點測試法所得結(jié)果如下表1所示。表1.低壓集中工藝所得硅片各位置方阻位置測試點1測試點2測試點3測試點4測試點5爐口11010310110411010310511211010810499109108103爐中107106108112112113117117112113爐尾119122127125125方阻平均值111方阻均勻性3.60%低壓集中由于分子的穿透力量變強，摻雜均勻性提高。接受密舟裝載方式在爐管恒溫區(qū)長度不變的前提下單管裝片量由原來的500片/管提升至800片/管，產(chǎn)能大幅度提升；集中方阻均勻性把握在4%以下，相對于常規(guī)集中，均勻

10、性明顯改善。爭辯結(jié)果顯示，公司現(xiàn)有常規(guī)集中爐可以花費相對較少的資金成功改造成低壓集中爐，并接受相對合理的低壓集中工藝成功制備出方阻均勻符合生產(chǎn)要求的電池片，同時產(chǎn)能獲得大幅提升。經(jīng)過低壓集中的電池片經(jīng)后續(xù)清洗、PECVD和絲印，轉(zhuǎn)換效率比常規(guī)集中電池片提高0.2%0.3%。三、技術(shù)創(chuàng)新點和技術(shù)解決方案（1）集中設(shè)備改造。爐門系統(tǒng)為保證低壓集中的密封效果，爐門接受雙層密封加自冷結(jié)構(gòu)，精致的爐門預(yù)緊力自調(diào)整機構(gòu)，削減了爐門損壞現(xiàn)象，石英件使用壽命更長。真空系統(tǒng)整臺真空系統(tǒng)包括進口干泵，冷卻裝置及相關(guān)閥門。進口干泵為耐腐蝕干泵，冷卻裝置為特地定制產(chǎn)品，能充分冷卻反應(yīng)后的氣體，并完成收集的工作。（2）

11、低壓集中工藝的爭辯。低壓集中通過管內(nèi)負壓環(huán)境提升集中制結(jié)的性能，對方阻均勻性的影響主要體現(xiàn)在以下 3個方面：通過低壓環(huán)境使分子自由程增長，增加穿透力，從而提升摻雜均勻性。隨著反應(yīng)管真空度的提升，分子平均自由行程加大，增加分子的穿透力（見表2），使源摻雜均勻性更好，消減了傳統(tǒng)集中的光環(huán)效應(yīng)（即硅片中間方阻值高，而四周方阻值低），提高了集中的均勻性。由于分子的穿透力量變強，石英舟槽間距設(shè)計可由目前標準的 4.76 mm 降為 2.38 mm，甚至可降至 2mm 以下，在集中爐恒溫區(qū)不變的前提下產(chǎn)能得以大幅度提升。削減紊流，提高氣氛均勻性。集中爐的爐內(nèi)壓力越低越有利于氣流的穩(wěn)定。爭辯表明：爐內(nèi)壓力為

12、 10 k Pa 時，即使在集中爐管的末端，氣流照舊穩(wěn)定，幾乎沒有湍流產(chǎn)生；隨著氣壓的上升，當壓力為 100 k Pa 時，集中爐管中消滅湍流；當壓力為 100 k Pa 時，集中爐管內(nèi)湍流格外明顯。由此可見，降低管內(nèi)的壓力可削減湍流產(chǎn)生，提高氣氛均勻性，從而提高集中的均勻性?？焖倥趴?，削減表面復(fù)合、降低摻雜源耗。低壓集中爐，可以實現(xiàn)快速排空，利于形成淺結(jié)，削減表面復(fù)合，適應(yīng)高效晶體硅太陽能電池淺結(jié)高方阻集中的進展趨勢，此外，在低壓集中環(huán)境中，摻雜原子分壓比大，降低摻雜源耗，降低成本。表 2不同真空度環(huán)境下的分子平均自由行程壓力壓力/Kpa平均自由行程常壓10068nm負壓301×1

13、0-10.1100m中真空1×10-11×10-30.1100mm高真空1×10-41×10-810cm1km（3）低壓集中爐工藝探究中各氣氛流量、時間、溫度的不斷調(diào)試修正，形成一套適合設(shè)備現(xiàn)狀、生產(chǎn)實際和技術(shù)要求的工藝是本技術(shù)的創(chuàng)新點。四、低壓集中特點及應(yīng)用狀況低壓集中技術(shù)特點格外突出，工藝中低的雜質(zhì)源飽和蒸氣壓、提高了雜質(zhì)的分子自由程，它對156尺寸的硅片每批次產(chǎn)量1000片的狀況下其集中均勻性仍優(yōu)于5%，是高品質(zhì)集中的首選與環(huán)境友好型的生產(chǎn)方式。有爭辯表明，降低集中爐工作腔內(nèi)的氣壓會提高集中爐管內(nèi)氣流的均勻性，避開湍流產(chǎn)生，從而提高集中的均勻性。目

14、前，國外先進的低壓集中技術(shù)可使晶體硅電池在高至120/sq 的方塊電阻范圍內(nèi)仍具有優(yōu)異的集中均勻性，為晶體硅太陽能電池效率的進一步提高奠定了基礎(chǔ)。此外，低壓集中還有諸多優(yōu)點，例如隨著方阻均勻性的提高，裝片石英舟槽間距設(shè)計可由目前標準的4.76mm降為標準值的一半左右2.38mm，這樣帶來的效果是在設(shè)備體積不變的狀況下產(chǎn)能大幅提升。另外，接受低壓工藝以后，集中過程化學品的吸取效率大幅提高，可大大降低工藝過程中化學品的用量，節(jié)省成本。鑒于低壓集中所具有的高均勻性、高產(chǎn)能、和低消耗的優(yōu)勢，低壓集中爐能夠在低成本和小占地面積的狀況下生產(chǎn)高品質(zhì)的太陽電池，為晶體硅太陽電池集中工藝設(shè)定了全新標準，是將來集中工藝進展的趨勢。五、科技成果轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)費投入狀況，包括總經(jīng)費和科研經(jīng)費投入狀況。 項目自2016年12月底完成以來，已應(yīng)用于公司新生產(chǎn)線，投入規(guī)?；a(chǎn)，同時，將項目研發(fā)過程中形成的核心技術(shù)，關(guān)鍵材料和技術(shù)擁有自主學問產(chǎn)權(quán)。經(jīng)紹興興業(yè)會計師事務(wù)全部限公司審計，項目投入技術(shù)開發(fā)經(jīng)費合計萬元，包括：科研用材料費萬元，人員經(jīng)費萬元，測試費萬元，水電費萬元。六、 成果轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)化完成的技術(shù)和經(jīng)濟效益指標。項目實施以來，已較好完成合同規(guī)定的技術(shù)、研制出低壓集中工藝，設(shè)計出