單晶硅太陽(yáng)電池工藝課件

P型單晶硅太陽(yáng)電池工藝joe2目錄TestwafersTexturingCleaningbeforediffusionDiffusionEdgeisolationandremovePSGPECVDScreenprintingandfiringSEsolarcellsintroducejoe3來(lái)料檢驗(yàn)

現(xiàn)在有的電池生產(chǎn)公司會(huì)有這道生產(chǎn)工序，因?yàn)閮?yōu)質(zhì)硅片在市場(chǎng)上常常處于“有價(jià)無(wú)市”的狀態(tài)，缺貨嚴(yán)重，許多硅片制造商經(jīng)常會(huì)用硅棒的“頭尾料”來(lái)以次充好，賣(mài)給下游電池制造商，所以加上這道工序用來(lái)檢驗(yàn)硅片的質(zhì)量。此道工序主要檢驗(yàn)硅片的厚度、少子壽命、表面平整度、是否有微裂紋、電阻率、表面油污等，同時(shí)具有插片功能，可將硅片插入25片一盒的晶片盒中。我所知的設(shè)備供應(yīng)商是韓國(guó)的fortix公司。這種設(shè)備插片速度不是很快，所以平時(shí)也只是用來(lái)做抽查檢驗(yàn)，大部分硅片還是手工插入晶片盒流入下一工序。joe5

國(guó)內(nèi)一般采用深圳捷佳創(chuàng)in-line制絨機(jī)。我所見(jiàn)的該廠家的制絨機(jī)有單槽產(chǎn)200、300和400片三種，制絨槽的材料有PVC樹(shù)脂和不銹鋼兩種。工藝條件視硅片表面質(zhì)量而定，以200片一槽不銹鋼材質(zhì)的設(shè)備為例，硅片表面油污較少易于制出絨面，堿濃度可在0.8-1.2%之間，醇添加6-10升即可，硅酸鈉500克。反應(yīng)時(shí)間18-25分鐘，反應(yīng)溫度80-82度。若表面較臟，工藝的變數(shù)就很大了，反應(yīng)時(shí)間一般是延長(zhǎng)至40分鐘，同時(shí)加大堿濃度，甚至在制絨前采用高濃度堿液腐蝕的“粗拋”工藝。由于受原材料影響較大，所以制絨工藝很不穩(wěn)定，需要很有經(jīng)驗(yàn)的工藝人員在場(chǎng)控制。制絨工藝所用的化學(xué)輔料現(xiàn)在普遍是NaOH,異丙醇和硅酸鈉。有個(gè)別公司不用硅酸鈉。texturingjoe6擴(kuò)散前清洗制絨后會(huì)進(jìn)行擴(kuò)散制結(jié)，在擴(kuò)散前要進(jìn)行酸洗，洗去硅片表面附著的金屬離子。主要采用鹽酸溶液，清洗機(jī)一般采用捷佳創(chuàng)和北京七星華創(chuàng)的。清洗作業(yè)還要用到HF溶液，洗去硅片表面上的薄氧化層。硅片經(jīng)過(guò)兩種酸液的清洗順序沒(méi)有嚴(yán)格要求，一般是先經(jīng)過(guò)HCl，再經(jīng)過(guò)HF。joe7diffusionjoe9擴(kuò)散結(jié)的在線檢測(cè)手段主要有兩種，四探針測(cè)方塊電阻和測(cè)少子壽命。不同生產(chǎn)商對(duì)方塊電阻的要求不同，看重短路電流的生產(chǎn)商要求方塊電阻在45-50之間，而看重開(kāi)路電壓的生產(chǎn)商會(huì)要求方塊電阻在35-40之間。diffusion左圖為四探針測(cè)方阻，右圖為少子壽命測(cè)試儀joe10EdgeisolationandremovePSG

擴(kuò)散后，我們只希望硅片上面存在PN結(jié)，可是擴(kuò)散后的硅片在側(cè)面也存在PN結(jié)，側(cè)面的N型區(qū)是不需要的，因?yàn)樗菍?dǎo)致成品電池反向漏電的一個(gè)原因，所以要去掉側(cè)邊的N型區(qū)。過(guò)去采用的辦法是等離子刻蝕，將硅片上下表面用夾具擋住，只留出側(cè)邊放入等離子刻蝕機(jī)進(jìn)行干刻，刻蝕氣體為CF4和O2,比例10:1即可。刻蝕后，用冷熱探針接觸硅片邊緣，顯示“P”即可，或用萬(wàn)用表的觸筆測(cè)試邊緣，電阻大于5000歐亦可?，F(xiàn)今一些大公司引進(jìn)了德國(guó)的RENA濕法刻蝕設(shè)備，使硅片在滾輪上漂浮通過(guò)硝酸、硫酸、氫氟酸的混合溶液，利用“虹吸原理”使硅片邊緣吸入酸液腐蝕掉N型區(qū)，同時(shí)硅片背面的絨面結(jié)構(gòu)被腐蝕平整。大規(guī)模生產(chǎn)后證明，濕法刻蝕相對(duì)于干法刻蝕，將電池效率提高了0.15-0.2%。等離子刻蝕后會(huì)進(jìn)行去“磷硅玻璃”清洗，因?yàn)閿U(kuò)散后，硅片表面會(huì)生長(zhǎng)一層含磷的二氧化硅層，稱(chēng)為“磷硅玻璃”。清洗溶液為HF溶液，濃度在5%左右。RENA設(shè)備整合了去磷硅玻璃這一步，邊緣腐蝕后，硅片會(huì)漂到HF溶液中。這里順便提一下，國(guó)外的公司進(jìn)行邊緣刻蝕采用了激光刻蝕，用激光將硅片邊緣切除達(dá)到去N型區(qū)的目的，這一步在做成成品電池后進(jìn)行，激光器加在了燒結(jié)爐和Berger測(cè)試儀之間（后面會(huì)提及）。國(guó)內(nèi)也嘗試過(guò)這種辦法，但是激光刻蝕國(guó)內(nèi)公司使用總是不穩(wěn)定，所以很少有公司添加了這種設(shè)備，擁有這種設(shè)備的公司一般只是在等離子刻蝕不完全時(shí)加上激光刻蝕，防止反向漏電大現(xiàn)象。joe11EdgeisolationandremovePSGjoe13PECVD板式PECVDjoe14PECVD

鍍膜的工藝氣體只有硅烷和氨氣，板式鍍膜采用MWgenerator,激發(fā)頻率較大，所以氨氣用量較小，管式設(shè)備采用HF（高頻）generator,頻率不超過(guò)13.56MHz,氨氣難電離，所以氨氣消耗量很大。板式設(shè)備氨氣與硅烷的比例對(duì)電池的效率影響較大，以效率為17%的P型單晶硅電池為例，氨氣與硅烷的比例一般控制在2.3：1左右，總氣流量為2500sccm,一般來(lái)說(shuō)，在一定范圍內(nèi)，硅烷量多一些，鈍化效果更好些。管式設(shè)備氨氣量耗費(fèi)大致在每batch100L左右，流量為5L/min,硅烷流量450-550sccm即可。反應(yīng)溫度在400-450度，功率2600-3000W，不同公司的工藝參數(shù)會(huì)有些許不同。實(shí)際的鍍膜效果來(lái)看，管式設(shè)備做出的電池效率比板式的高0.2-0.3%，多晶硅電池采用這兩種設(shè)備鍍膜，做出的電池效率差距更明顯。從QE譜圖上看，管式設(shè)備做出的電池短波響應(yīng)更高一些。joe15Screenprintingandfiring

鍍膜后做金屬電極的方法很多，國(guó)內(nèi)廠商商業(yè)化生產(chǎn)大多采用AMATBaccini的絲網(wǎng)印刷設(shè)備。將金屬漿料通過(guò)不銹鋼網(wǎng)版印到硅片上，背面主要印背電極和背場(chǎng)，烘箱烘干后翻片，再在上表面印正電極，通過(guò)燒結(jié)工藝使正面金屬漿料穿透氮化硅膜與硅片表面形成歐姆接觸。joe17joe18左圖為軟件工藝參數(shù)更改界面，常被更改的是以下四個(gè)參數(shù)。snap-off稱(chēng)為絲網(wǎng)間距，down-stop稱(chēng)為刮板高度，pressure是印刷壓力，printingspeed是印刷速度。修改OFFSETS框內(nèi)的X，Y，Theta值可以保證在硅片上印刷圖形的準(zhǔn)確。絲網(wǎng)印刷設(shè)備組成部分較多，詳細(xì)介紹起來(lái)十分繁瑣，如有興趣可共同研究，這里不做更詳細(xì)的介紹了。joe19firing燒結(jié)是絲網(wǎng)印刷后電池制造的最后一道工序，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商采用的燒結(jié)爐主要來(lái)自三個(gè)廠商，Centrotherm,BTU和Despatch.joe21IRlampjoe22絲網(wǎng)印刷到測(cè)試整個(gè)過(guò)程具體的工藝流程如下：1.印背電極，材料為銀鋁漿或銀漿烘干2.印背電場(chǎng)，材料為鋁漿，燒結(jié)后會(huì)用鋁進(jìn)入硅片背面，形成P+-P結(jié)構(gòu)，拉大了內(nèi)電勢(shì)，提高了開(kāi)路電壓，同時(shí)兼有背部鋁吸雜的作用。烘干3.翻片，印正電極，材料為銀漿4.燒結(jié)5.Berger測(cè)試電池片性能參數(shù)主要參數(shù)為Isc,Voc,Eff,Pmax,Irev,Rs,Rsh,FFj