晶硅太陽能電池常規(guī)工藝簡介課件

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版副標(biāo)題樣式晶硅太陽能電池常規(guī)工藝簡介常規(guī)晶硅電池工藝流程電池片生產(chǎn)流程剖面圖制絨P型襯底擴散刻蝕+ 去PSGn+ 發(fā)射極P型襯底PECVD鍍膜氮化硅減反層P型襯底燒結(jié)氮化硅減反層n+ 發(fā)射極背電場鋁背接觸P型襯底背面銀電極正銀柵線金屬電極印刷背面銀電極正銀柵線P型襯底鋁背接觸P型襯底清洗制絨（texture）目的1、清洗表面油污及金屬雜質(zhì)；2、去除表面損傷層；3、形成表面織構(gòu)化，減少光反射。硅片機械損傷層（410微米）硅表面損傷層去除單晶硅絨面減反射示意圖單晶制絨原理： Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 總反應(yīng)方程式為：面晶體硅在堿性溶液

2、中由于各向異性腐蝕，形成金字塔結(jié)構(gòu)：單晶硅槽式制絨設(shè)備單晶制絨工藝流程圖多晶硅片在HF-HNO3溶液中，由于反應(yīng)的不均勻形成大小不等的腐蝕坑；反應(yīng)如下： Si+2HNO3+6HF = H2SiF6+2HNO2+2H2O 3Si+4HNO3+18HF = 3H2SiF6+4NO+8H2O 3Si+2HNO3+18HF = 3H2SiF6+2NO+4H2O+3H2 5Si+6HNO3+30HF=5H2SiF6+2NO2+4NO+10H2O+3H2 多晶硅片制絨原理多晶硅絨面形貌圖多晶硅制絨工藝流程刻蝕/制絨干燥漂洗堿洗漂洗酸洗漂洗干燥在線式制絨設(shè)備在線式制（RENA）在線式制絨內(nèi)部結(jié)構(gòu)（Schmi

3、d）制絨工序檢驗內(nèi)容減薄量反射率 外觀均勻性硅片制絨前后的反射率對比擴散制結(jié)（diffusion）在P型硅襯底擴散N型雜質(zhì)，在襯底表層形成PN結(jié)。一般硅太陽能電池中襯底雜質(zhì)為硼（B），擴散雜質(zhì)為磷（P）為什么有一面沒有結(jié)？擴散制結(jié)基礎(chǔ)（diffusion）制結(jié)過程是在一塊半導(dǎo)體基體材料上生成導(dǎo)電類型不同的半導(dǎo)體層。制結(jié)方法有熱擴散，離子注入，外延，激光及高頻電注入法等。擴散是物質(zhì)分子或原子運動引起的一種自然現(xiàn)象，熱擴散制pn結(jié)法為用加熱方法使V族雜質(zhì)摻入P型或族雜質(zhì)摻入N型硅而制成。硅太陽電池中最常用的V族雜質(zhì)元素為磷，族雜質(zhì)元素為硼。制結(jié)方法為使磷元素在擴散進硼摻雜的半導(dǎo)體，在兩種摻雜的半導(dǎo)

4、體交界處形成PN結(jié)。P型半導(dǎo)體（P指positive，帶正電的）：由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的三價元素組成，會在半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶正電的空穴； N型半導(dǎo)體（N指negative，帶負電的）：由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的五價元素組成，會在半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶負電的自由電子。PN結(jié)（PN junction）N型P型空間電荷區(qū)（P-N結(jié)）電 子空 穴P 型硅片N 型在N型和P型半導(dǎo)體的交界面處存在有電子和空穴濃度梯度，N區(qū)中的電子就向P區(qū)滲透擴散，擴散的結(jié)果是N型區(qū)域中鄰近P型區(qū)域一邊的薄層內(nèi)有一部分電子擴散到N型中去了。由于這個薄層失去了一些電子，在N區(qū)就形成帶正電荷的區(qū)域。同樣，P型區(qū)域中鄰近N型

5、區(qū)域一邊的薄層內(nèi)有一部分空穴擴散到N型區(qū)域一邊去了。由于這個薄層失去了一空穴，在P區(qū)就形成了帶負電荷的區(qū)域。這樣在N型區(qū)和P型區(qū)交界面的兩側(cè)形成了帶正、負電荷的區(qū)域，叫做空間電荷區(qū)，也叫PN結(jié)。太陽能電池擴散方法擴散工藝的摻雜源各不相同，基本的擴散有:固態(tài)源： 磷紙，硼紙，磷酸二氫銨(結(jié)晶狀),用于管式擴散。 絲網(wǎng)印刷磷漿料后(鏈?zhǔn)?擴散液態(tài)源： POCL3，BBr3，用于管式擴散。 噴涂磷酸二氫銨水溶液后(鏈?zhǔn)?擴散。 其中POCl3液態(tài)源擴散方法具有生產(chǎn)效率較高，得到PN結(jié)均勻、平整和擴散層表面良好等優(yōu)點，這對于制作具有大面積結(jié)的太陽電池是非常重要的。因此目前國內(nèi)使用最多的是POCl3液態(tài)

6、源擴散法。熱擴散反應(yīng)POCl3在高溫下（600）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反應(yīng)式如下：生成的P2O5在擴散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反應(yīng)式如下： POCl3熱分解時，如果沒有外來的氧（O2）參與其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且對硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態(tài)。在有外來O2存在的情況下，PCl5會進一步分解成P2O5并放出氯氣（Cl2）其反應(yīng)式如下： 生成的P2O5又進一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見在磷擴散時，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮氣的同時通入一定流量的氧

7、氣 。 在有氧氣的存在時，POCl3熱分解的反應(yīng)式為： POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應(yīng)生成SiO2和磷原子并在硅片表面形成一層磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中進行擴散 。擴散設(shè)備及擴散間設(shè)備操作擴散管路原理圖擴散基本步驟擴散工序檢測內(nèi)容方塊電阻（四探針測試儀）少子壽命（semilab WT1000)方塊電阻的意義及測量擴散層的薄層電阻也稱方塊電阻，即表面為正方形的半導(dǎo)體薄層在電流方向（電流方向平行于正方形的邊）所呈現(xiàn)的電阻。用Rs和R表示，sheet resistance。一般用四探針法測量。Rs=/t (其中為塊材的電阻率,t為塊材厚度）方塊電阻的大小直接反映了擴

8、散入硅內(nèi)部的凈雜質(zhì)總量對于太陽能電池擴散工藝，可以認為硅片周圍的雜質(zhì)濃度是恒定的，不隨時間而改變，硅片的表面濃度Ns保持不變。雜質(zhì)在硅中的分布近似為余誤差分布。高濃度磷原子分布示意圖刻蝕去邊或腐蝕去背結(jié)擴散過程中，在硅片的周邊表面也形成了擴散層。周邊擴散層使電池的上下電極形成短路環(huán)，必須將它除去。周邊上存在任何微小的局部短路都會使電池并聯(lián)電阻下降，以至成為廢品。去邊的方法有干法刻蝕和濕法腐蝕兩種刻蝕原理干法刻蝕原理：等離子體刻蝕是采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料進行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除。它的優(yōu)勢在于快速

9、的刻蝕速率同時可獲得良好的物理形貌 。濕法腐蝕原理：在硝酸、氫氟酸、硫酸組成的腐蝕液中腐蝕秒鐘左右，去除硅片背面結(jié)及周邊結(jié)部分，一般使用的設(shè)備為在線式腐蝕設(shè)備。等離子刻蝕機去磷硅玻璃硅片在經(jīng)過等離子體刻蝕后，在前表面尚存在一層磷硅玻璃層（PSG層，含磷的二氧化硅），PSG層具有親水性，易潮解，必須在PECVD鍍膜之前去掉。去PSG在HF溶液中進行，反應(yīng)如下：SiO2+6HF = H2SiF6+2H2OP型襯底為什么只有一面消失？等離子刻蝕基本步驟去磷硅玻璃清洗機刻蝕+去PSG檢測內(nèi)容邊緣P-N型（冷熱探針法）外觀 （目測）PECVD鍍膜PECVD：Plasma Enhanced Chemica

10、l Vapor Deposition等離子增強化學(xué) 氣相沉積等離子體：氣體在一定條件下受到高能激發(fā)，發(fā)生電離，部分外層電子脫離原子核，形成電子、正離子和中性粒子混合組成的一種形態(tài),這種形態(tài)就稱為等離子態(tài)，等離子體從宏觀來也是電中性但是在局部可以為非電中性。PECVD鍍膜工藝目的P型襯底氮化硅減反層n+ 發(fā)射極 在擴散后的硅片上形成一層致密的氮化硅（SiNx）層，進一步降低反射率。富H的氮化硅在經(jīng)過一定的高溫后（燒結(jié)過程）能夠?qū)梵w材料形成很好的鈍化作用。阻擋金屬離子和水蒸汽的擴散。形成良好的絕緣層。PECVD原理 PECVD技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，

11、利用輝光放電使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)薄膜。PECVD方法的特點是等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學(xué)氣相沉積過程所需的激活能。電子與氣相分子的碰撞可以促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，生成活性很高的各種化學(xué)基團，能顯著降低薄膜沉積的溫度范圍。反應(yīng)方程式：PECVD等離子產(chǎn)生方式：直接式基片位于一個電極上，直接接觸等離子體（低頻放電10-500kHz 或高頻13、56MHz),在射頻激發(fā)的等離子的腔體內(nèi)，高速運動的 電子激發(fā)反應(yīng)氣體NH3和SiH4產(chǎn)生等離子，沉積在硅片表面。間接式基片不接觸激發(fā)電極

12、（如2、45GHz微波激發(fā)等離子),在微波激 發(fā)等離子的設(shè)備里，等離子產(chǎn)生在反應(yīng)腔之外，然后由石英管 導(dǎo)入反應(yīng)腔中。在這種設(shè)備里微波只激發(fā)NH3，而SiH4直接進 入反應(yīng)腔。 間接PECVD的沉積速率比直接的要高很多，這對大規(guī)模生產(chǎn)尤其重要。直接式PECVD間接式PECVD等離子的兩種產(chǎn)生方式比較PECVD設(shè)備結(jié)構(gòu)平板式PECVD設(shè)備平板式PECVD工藝過程管式PECVD鍍膜設(shè)備管式PECVD工藝控制過程boatheating cassetteplasma generatorCESARloadingmachinegas supplyN2SiH4NH3vacuumpumpscrubberExha

13、ust管式PECVD的基本工藝步驟PECVD檢測內(nèi)容膜厚、折射率（橢偏儀）反射率（D8反射儀）外觀均勻性、顏色（目測）制備電極制備電極的目的：1、收集電流2、引出電流3、將單體電池焊接成串制備電極的方法絲網(wǎng)印刷法：在網(wǎng)版上制作特定電極圖形，通過刮刀的運動將網(wǎng)版上的金屬漿料擠出網(wǎng)版，落在網(wǎng)版下面的硅片上，形成電極圖形。絲網(wǎng)印刷方法制作電極圖形成本低，產(chǎn)量高，是目前規(guī)?；a(chǎn)中普遍采用的一種制備電極的方法?？滩勐駯欧ǎ河眉す饣蛘邫C械的方法在電池表面劃出電極槽，在電極槽內(nèi)重摻之后將不同的金屬按照不同的順序叫住的電極槽內(nèi)，這種方法制作成本高，但電池效率高，一般用于高效電池的制作。噴墨打印法：使用氣體帶

14、動金屬漿料從特制的噴嘴噴出，沉積到電池表面形成電極，這種方法制備的電極具有較好的高寬比，但目前設(shè)備尚不成熟，規(guī)模化應(yīng)用較少。絲網(wǎng)印刷的原理印刷基材（硅片）刮刀擠壓印刷油墨，并借助刮刀面和網(wǎng)版網(wǎng)結(jié)的阻攔，使印刷油墨呈現(xiàn)出逆向滾動狀態(tài)，當(dāng)油墨行至網(wǎng)版未被乳膠膜阻擋的電極圖形區(qū)時即向下穿透網(wǎng)孔接觸印刷基材(硅片)，刮刀繼續(xù)往前推移是，則因網(wǎng)版張力及離版間距，使油墨脫離網(wǎng)版，附著于印刷基材上，達到印刷的目的。網(wǎng) 框印 刷 網(wǎng) 粘著劑刮 刀印 墨版 膜印 刷基 材絲網(wǎng)印刷流程P型襯底背電極印刷烘干背電場印刷烘干正電極印刷烘干+燒結(jié)測試分選電池的正背面電極圖形柵線（銀漿）背電場：鋁漿背電極：鋁漿或銀鋁漿電

15、池片正面電池片反面絲網(wǎng)印刷的設(shè)備(Baccini)絲網(wǎng)印刷檢測內(nèi)容副柵線寬度、高度（晶相顯微鏡）印刷濕重（電子天平）印刷圖形完整性（目測）燒結(jié)的目的燃盡金屬漿料中的有機成分；燒穿絕緣的氮化硅膜，使?jié){料中的金屬和硅熔融合金，形成歐姆接觸；對經(jīng)過等離子轟擊的硅片退火，激活摻雜的原子，消除晶格損傷；激活氮化硅膜( )中的氫離子，使之鈍化硅片內(nèi)部晶格缺陷。燒結(jié)的原理燒結(jié)可看作是原子從系統(tǒng)中不穩(wěn)定的高能位置遷移至自由能最低位置的過程。漿料中的固體顆粒系統(tǒng)是高度分散的粉末系統(tǒng)，具有很高的表面自由能。因為系統(tǒng)總是力求達到最低的表面自由能狀態(tài)，所以在燒結(jié)過程中，粉末系統(tǒng)總的表面自由能必然要降低，這就是燒結(jié)的動

16、力學(xué)原理。固體顆粒具有很大的比表面積，具有極不規(guī)則的復(fù)雜表面狀態(tài)以及在顆粒的制造 、細化處理等加工過程中，受到的機械、化學(xué)、熱作用所造成的嚴重結(jié)晶缺陷等，系統(tǒng)具有很高自由能.燒結(jié)時，顆粒由接觸到結(jié)合，自由表面的收縮、空隙的排除、晶體缺陷的消除等都會使系統(tǒng)的自由能降低，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)中更穩(wěn)定的狀態(tài)。這是粉末系統(tǒng)在高溫下能燒結(jié)成密實結(jié)構(gòu)的原因。 燒結(jié)的設(shè)備燒結(jié)爐despatch燒結(jié)爐（centrotherm）燒結(jié)爐內(nèi)部機構(gòu)及工藝圖測試分選&包裝入庫測試目的：通過模擬太陽光對太陽能電池進行參數(shù)測試和分析，并將電池片按照電性能和外觀等要求進行分類，包裝入庫。標(biāo)準(zhǔn)太陽光功率密度： 1kW/m2 =10

17、0mW/m2 ，以此作為測試儀器的入射光的功率密度即：Pin= 1kW/m2 =100mW/m2 測試環(huán)境溫度：25 電池參數(shù)的定義短路電流Isc：電池短路（Uoc=0)時的電流，即最大電流；開路電壓Uoc：電池開路（Isc=0）時的電壓，即最大電壓;最大功率Pmax: 電池在光照下輸出的最大功率值；填充因子FF：最大功率/(最大電壓*最大電流) = Pmax / (Isc*Uoc)轉(zhuǎn)換效率：電池輸出功率與太陽 光入射功率的比值測試分選設(shè)備(臺達）電池片的包裝入庫潔凈室標(biāo)準(zhǔn)目前世界各國雖有自訂規(guī)格，但普遍還是采用美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn) 209 為多，今就209D 及209E 和世界上其他各國之所訂標(biāo)準(zhǔn)再

18、做更進一步之介紹與相互比較。美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)Fed-Sta-209E為潔凈室潔凈等級，一個歷史階段以來，為世界各國所采用，在規(guī)范設(shè)計行為方面，發(fā)揮了巨大的作用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它完成了其歷史使命。美國環(huán)境科學(xué)委員會，于2001年11月24日正式宣布，由即日起取消并廢除潔凈室的美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)Fed-Sta-209E，在美國等效使用“ISO14644-1”潔凈室等級的國際標(biāo)準(zhǔn)。在以后的文件中，再出現(xiàn)美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)Fed-Sta-209E的等級內(nèi)容的字樣，該文件可視之無效文件，或劣質(zhì)文件或不合格文件。 我國修訂后的“潔凈廠房設(shè)計規(guī)范GB50073-2001”，已經(jīng)在2002年開始實行，其中，關(guān)于潔凈室潔凈等級，等效采用“ISO14644-1”潔凈室等級的國際標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了與國際接軌。晶硅太陽能電池車間潔凈度制絨萬級（ISO class7）擴散前清洗、擴散千級（ISO class6）刻蝕、去PSG萬級（ISO class7）PECVD 、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)、測試分選十萬級（ISO class8）車間潔凈度測試方法：激光粒子計數(shù)儀習(xí)題1. 制作晶硅太陽能電池的主要 步驟有哪些？答：制絨，擴散，刻蝕，去磷硅