硅太陽電池的工作原理培訓

晶體硅太陽能電池工藝原理及流程蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司工藝部潘勵剛光伏技術的發(fā)展晶體硅太陽電池是光伏行業(yè)的主導產(chǎn)品，占市場份額的90%，尤其是多晶硅太陽電池的市場份額已遠超過單晶硅電池的市場份額，自從六十年代太陽能電池作為能源應用于宇航技術以來，太陽能電池的技術得到非常迅速的發(fā)展，單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已接近25%，多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已接近20%。1980年以后的轉(zhuǎn)換效率的世界紀錄主要由澳大利亞新南威爾斯大學保持。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的發(fā)展過程實驗室高效太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖成品電池片

負電極副柵線負電極主柵線正電極背電場光伏產(chǎn)業(yè)流程太陽能電池分類與結(jié)構(gòu)1.太陽電池的分類按結(jié)構(gòu)分:同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)、肖特基、多結(jié)按材料分：晶體硅、化和物半導體、有機半導體、薄膜按用途分:空間、地面2.太陽能電池的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu):BSF電池、紫光電池、絨面電池、異質(zhì)結(jié)太陽電池、M1S電池、

MINP電池、聚光電池

新型結(jié)構(gòu):PESC、PERC、PERL、埋柵電池、PCC、

LBSF、異質(zhì)pp+結(jié)

單晶硅與多晶硅單晶硅

在整個晶體內(nèi)，原子都是周期性的規(guī)則排列，稱之為單晶。多晶硅

由許多取向不同的單晶顆粒雜亂地排列在一起的固體稱為多晶。晶體硅轉(zhuǎn)換效率

中試轉(zhuǎn)換效率分別達到18.5%

和16.5%

6.5%

硅太陽能電池工作原理與特性硅太陽電池生產(chǎn)中常用的硅（Si），磷（P），硼（B）元素的原子結(jié)構(gòu)模型如圖所示第三層4個電子第二層8個電子第一層2個電子Si+14P+15B最外層5個電子最外層3個電子siPB硅太陽能電池工作原理與特性太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導體的光電效應，一般的半導體主要結(jié)構(gòu)如下：圖中正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。

硅太陽能電池工作原理與特性當硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖：圖中正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有3個電子，所以就會產(chǎn)生入圖所示的藍色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成P（positive）型半導體。

硅太陽能電池工作原理與特性同樣，硅中摻入磷原子以后，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非?；钴S，形成N（negative）型半導體。黃色的為磷原子核，紅色的為多余的電子。硅太陽能電池工作原理與特性

P型半導體中含有較多的空穴，而N型半導體中含有較多的電子，當P型和N型半導體結(jié)合在一起時，由于P型半導體多空穴，N型半導體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會擴散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會擴散到N區(qū)，一旦擴散就形成了一個由N指向P的“內(nèi)建電場”，從而阻止擴散進行。達到平衡后，就形成了這樣一個特殊的薄層，形成電勢差，這一薄層就是PN結(jié)。

硅太陽能電池工作原理與特性當晶片受光后，由于光生伏特效應，在半導體P-N結(jié)上會激發(fā)出新的空穴-電子對，在P-N結(jié)電場的作用下，在P-N結(jié)內(nèi)空穴由N區(qū)流向P區(qū)，電子由P區(qū)流向N區(qū)，接通電路后就形成電流，這就是太陽能電池的工作原理，因此，太陽電池又稱為“光伏電池”。硅PN結(jié)太陽電池基本結(jié)構(gòu)metaln+p(

-

)(

+

)t

finger-+p+正面銀電極鋁背場硅鋁合金層太陽電池的等效電路圖太陽電池的重要參數(shù)

Isc：短路電流Voc：開路電壓FF：填充因子Rs:串聯(lián)電阻（Voc處的斜率）Rsh:并聯(lián)電阻（Isc處的斜率）Im:Pm處的電流Vm:Pm處的電壓EFF：轉(zhuǎn)換效率（EFF=Isc*Voc*FF/S）晶體硅太陽電池生產(chǎn)工藝流程

1.去除損傷層表面絨面化

2.發(fā)射區(qū)擴散

3.刻蝕去PSG4.PECDV沉積SiN

5.絲網(wǎng)印刷

6.燒結(jié)

7電池片測試

1.去除損傷層表面絨面化硅片P型，晶向為（100）的單晶硅片。利用氫氧化鈉溶液對單晶硅片進行各向異性腐蝕的特點來制備絨面，可以得到整齊均勻的金字塔形的角錐體組成的絨面。絨面具有受光面積大，反射率低的特點?？商岣邌尉Ч杼栯姵氐亩搪冯娏鳎瑥亩岣咛栯姵氐墓怆娹D(zhuǎn)換效率.圖(13)單晶硅片絨面形狀

2.發(fā)射區(qū)擴散采用三氯氧磷氣體攜帶源方式，分為兩步，第一步用氮氣通過液態(tài)的ＰＯＣ１３，將所需的雜質(zhì)用載流氣體輸運至高溫半導體表面，雜質(zhì)擴散深度約幾百個納米。第二步是高溫處理，使預沉積在表面的雜質(zhì)原子繼續(xù)向基體深處擴散。這樣就形成了pn結(jié)。

POCl3+O2——PCl5+P2O5P2O5+Si——SiO2+PPCl5+O2——P2O5+P3.刻蝕去PSG去除硅片擴散后邊緣和表面的PSGSi+O2+CF4——SiF4+CO2

SIO2+HF——H2（SiF6）+H2O4.PECDV沉積SiN拋光的硅表面的反射率為３５％，為了減少表面反射，提高電池的轉(zhuǎn)換效率，需要沉積一層減反層，減反層有很多種，可以是ＳｉＯ２、ＺｎＳ、ＳｉＮｘ或是它們的組合。

用氨氣和硅烷反應，可以在硅表面形成一層無定形的氮化硅（ＳｉNｘ）層。氮化硅減反層具有良好的絕緣性、致密性和穩(wěn)定性，并且它還能阻止雜質(zhì)原子，特別是Ｎａ原子的滲透進入電池基體。

SiN，作為減反射膜，最大可能地減少對光的反射,同時生成了大量的原子氫,這些氫原子能對多晶硅片具有表面鈍化和體鈍化的雙重作用,可用于大批量生產(chǎn)高效多晶硅太陽電池,5.絲網(wǎng)印刷通過三次印刷金屬漿料，分別制成電池片背面電極，背面電場和正面電極三次印刷分別使用銀鋁槳、鋁槳、銀槳6.燒結(jié)

銀槳、銀鋁槳、鋁槳印刷過的硅片，通過烘干有機溶劑完全揮發(fā)，膜層收縮成為固狀物緊密粘附在硅片上，這時，可視為金屬電極材料層和硅片接觸在一起。燒結(jié)工藝是采用銀—硅的共晶溫度，同時在幾秒鐘內(nèi)單晶硅原子溶入到金屬電極材料里，之后又幾乎同時冷卻形成再結(jié)晶層，這個再結(jié)晶層是較完美單晶硅的