PERC SE 單晶電池工藝-培訓(xùn)資料

PERCSE高效單晶電池生產(chǎn)工藝培訓(xùn)2019-05-04JiaYueSOLAR2021/6/271前言-太陽(yáng)能電池在整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)鏈中的位置虛線(xiàn)部分為電池片在產(chǎn)業(yè)鏈中的位置JiaYueSOLAR2021/6/272PERC電池結(jié)構(gòu)與工藝流程PERCSE電池結(jié)構(gòu)為在正面制備選擇性發(fā)射結(jié)，背面沉積介質(zhì)膜鈍化層AlOx/SiNx，此結(jié)構(gòu)可提高電池光電轉(zhuǎn)換效率。降低擴(kuò)散層復(fù)合，提高光線(xiàn)的短波響應(yīng)；減少前金屬電極與硅的接觸電阻，提高短路電流、開(kāi)路電壓和填充因子；降低背表面復(fù)合速率，提升開(kāi)路電壓；增強(qiáng)背表面長(zhǎng)波光反射效應(yīng)，提升短路電流。PERCSE電池結(jié)構(gòu)ARC(SiOx+SiNx)AgAlBSF(Local)AlOxSiNxP-SiN-Si(SE)JiaYueSOLAR2021/6/273PERC電池結(jié)構(gòu)與工藝流程PERC高效電池工藝流程制絨擴(kuò)散刻蝕熱氧+AlOx+SiNxPECVD/ARC激光開(kāi)槽選擇性發(fā)射結(jié)絲網(wǎng)印刷燒結(jié)測(cè)試分選退火TexturingDiffusionEtchingHotOxy+AlOx+SiNxPassivationPECVD/ARCLasergroovingSelectiveEmitterPrintingFiringFiringannealingJiaYueSOLAR2021/6/274PERC電池制程@制絨制絨原理：一定濃度、一定溫度條件下，堿溶液與硅片反應(yīng)，各向異性腐蝕；目的：去除表面損傷層，降低表面反射率（多次光吸收）；化學(xué)反應(yīng)式：Si+2KOH+H2O→K2SiO3+2H2↑絨面結(jié)構(gòu)：多次光吸收原理圖表面金字塔結(jié)構(gòu)JiaYueSOLAR2021/6/275P-typeSi原理Principle：Si+2KOH+H2O→K2SiO3+2H2↑PERC電池制程@制絨JiaYueSOLAR2021/6/276PERC電池制程@擴(kuò)散擴(kuò)散原理：采用三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴(kuò)散方法，在硅片表面形成N型層；目的：形成PN結(jié)（太陽(yáng)電池核心單元）；化學(xué)反應(yīng)式：4POCl3+3O2→2P2O5+6Cl2↑2P2O5+5Si→5SiO2+4P↓擴(kuò)散裝置示意圖JiaYueSOLAR2021/6/277PPPPPPPPPPPPPPPPPPP-typeSiPPPPPPPPPPPPPN-typeSi原理Principle：4POCl3+3O2→2P2O5+6Cl2↑2P2O5+5Si→5SiO2+4P↓800~900℃PERC電池制程@擴(kuò)散JiaYueSOLAR2021/6/278①SE電池：

SE電池是選擇性擴(kuò)散電池（selectiveemitter）,由中電光伏（CSUN）的趙建華博士發(fā)明。即在金屬柵線(xiàn)（電極）與硅片接觸部位進(jìn)行重?fù)诫s，在電極之間位置進(jìn)行輕摻雜，這樣的結(jié)構(gòu)可降低擴(kuò)散層復(fù)合，由此可以提高光線(xiàn)的短波響應(yīng)，同時(shí)減少前金屬電極與硅的接觸電阻，使得短路電流、開(kāi)路電壓和填充因子都得到較好的改善，從而提高轉(zhuǎn)換效率。SE電池的主要特點(diǎn)是金屬化區(qū)域磷高濃度摻雜，光照區(qū)域磷低濃度摻雜。金屬化區(qū)域濃擴(kuò)散區(qū)結(jié)深大，燒結(jié)過(guò)程中金屬等雜質(zhì)不易進(jìn)入耗盡區(qū)形成深能級(jí)，反向漏電小，并聯(lián)電阻高；光照區(qū)域摻雜濃度低，短波響應(yīng)好，短路電流高；橫向擴(kuò)散高低結(jié)前場(chǎng)作用明顯，利于光生載流子收集。②激光SE電池原理：

單晶硅片制絨后進(jìn)行淺結(jié)熱擴(kuò)散，利用激光根據(jù)金屬化圖形將硅片擴(kuò)散后形成的PSG層作為雜質(zhì)源進(jìn)行摻雜處理，驅(qū)入實(shí)現(xiàn)局部重?cái)U(kuò)散。在原有的電池工藝基礎(chǔ)上增加激光二次擴(kuò)散制作SE電池。③激光SE電池工藝關(guān)鍵點(diǎn)：

要提高SE電池的光譜響應(yīng)及光譜響應(yīng)范圍，提高電池效率，需要對(duì)電池正面無(wú)柵線(xiàn)區(qū)域制作淺的PN結(jié)，又需要足夠的P源以利于使用二次激光擴(kuò)散。激光二次擴(kuò)散的結(jié)深要與后續(xù)的正面銀電極燒結(jié)相匹配。使得正面銀電極與電池片形成歐姆接觸，且銀電極不能燒穿結(jié)區(qū)。PERC電池制程@SE(SelectiveEmitter,選擇性發(fā)射極)JiaYueSOLAR2021/6/279SE單晶PERC電池SEM形貌SE技術(shù)要點(diǎn)淺結(jié)擴(kuò)散技術(shù)梯度摻雜SE單晶PERC電池剖面結(jié)構(gòu)示意圖SiNx(PE)P型硅片(~200μm)SiO2(熱氧)淺結(jié)擴(kuò)散(0.2μm)Ag電極梯度摻雜激光掃描區(qū)激光掃描區(qū)激光掃描區(qū)的SEM形貌顯示仍為完整的金字塔結(jié)構(gòu)PERC電池制程@SE(SelectiveEmitter,選擇性發(fā)射極)JiaYueSOLAR2021/6/2710PERC電池制程@刻蝕刻蝕原理：實(shí)現(xiàn)硅片的單面腐蝕（對(duì)于PERC電池，背面刻蝕和拋光尤為重要）；目的：PN結(jié)邊緣隔離和背面拋光；化學(xué)反應(yīng)式：3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2OSiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O背面刻蝕（含拋光）JiaYueSOLAR2021/6/2711P-typeSiN-typeSi原理Principle：

3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2OSiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2OPERC電池制程@刻蝕JiaYueSOLAR2021/6/2712熱氧原理：將已形成PN結(jié)的硅片放入高溫爐中，在高溫下氧氣和硅反應(yīng)生成二氧化硅層；目的：

氧原子與硅表面未飽和的硅原子結(jié)合形成SiO2薄膜，從而降低硅片表面懸掛鍵密度，很好地控制界面陷阱和固定電荷，起到對(duì)太陽(yáng)能電池表面進(jìn)行鈍化的目的。化學(xué)反應(yīng)式：Si+O2=SiO2PERC電池制程@熱氧SiO2和Si3N4堆疊鈍化效果更好，因?yàn)镾i3N4與硅片附著力不好，易脫落，而SiO2與硅片的附著力和相容性均好，除鈍化外，在中間起到緩沖和中介作用；其物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易受到環(huán)境因素影響。JiaYueSOLAR2021/6/2713PERC電池制程@AlOx+SiNx沉積（MAIA）原理：PECVD沉積AlOx+SiNx薄膜；目的：制備背面鈍化介質(zhì)層；工藝流程：BMOBufferModulesOutBMO/UMBuffer-Out/UnloadModuleLM/BMILoad/Buffer-InModulePMProcessModules(1stPM:AlOx;2ndand3rdPM:SiNx)TM/BMITransfer/Buffer-InModuleBeforebacksideAfterbacksideAlOxSiNxSiNxTMA+N2O→Al2O3SiH4+NH3→S

ixNy+12H2JiaYueSOLAR2021/6/2714P-typeSiSiNxSiH4/NH3400~500℃原理Principle：TMA+N2O→Al2O3SiH4+NH3→S

ixNy+12H2PERC電池制程@AlOx+SiNx沉積JiaYueSOLARAlOx2021/6/2715PERC電池制程@PECVD/ARCPECVD/ARC原理：PECVD沉積SiNx減反射膜；目的：表面鈍化和降低反射率；太陽(yáng)光能譜減反射原理n1d1=λ/4d1≈78nm（n=2.12）短波光穿透深度小，在電池表面附近被吸收；長(zhǎng)波光穿透深度大，可注入至電池體內(nèi)及背表面SiH4+NH3→S

ixNy+12H2JiaYueSOLAR2021/6/2716PERC電池制程@激光開(kāi)槽激光開(kāi)槽原理：激光消融背面介質(zhì)層，形成局域背場(chǎng)接觸，收集電流；目的：形成局域背場(chǎng)接觸，收集電流；激光開(kāi)槽（示例）PERC電池電流方向示意圖JiaYueSOLAR2021/6/2717絲網(wǎng)印刷是把帶有圖像或圖案的模版被附著在絲網(wǎng)上進(jìn)行印刷的。當(dāng)承印物直接放在帶有模版的絲網(wǎng)下面時(shí)，絲網(wǎng)印刷油墨或涂料在刮刀的擠壓下穿過(guò)絲網(wǎng)中間的網(wǎng)孔，印刷到承印物上。絲網(wǎng)上的模版把一部分絲網(wǎng)小孔封住使得顏料不能穿過(guò)絲網(wǎng)，而只有圖像部分能穿過(guò)，因此在承印物上只有圖像部位有印跡。印刷和燒結(jié)-制備金屬電極JiaYueSOLAR2021/6/2718PERC電池制程@絲網(wǎng)印刷&燒結(jié)絲網(wǎng)印刷&燒結(jié)：PERC電池需使用專(zhuān)用背銀和背鋁漿料，保證AlOx+SiNx疊層膜鈍化效果，以使電池性能達(dá)到最優(yōu)。下圖為激光開(kāi)槽處鋁漿填充處的SEM圖，需搭配鋁漿和燒結(jié)方能實(shí)現(xiàn)卓越的填充效果。激光開(kāi)槽處鋁漿填充效果由差至好JiaYueSOLAR2021/6/2719PERC電池制程@恢復(fù)爐光照下衰減加熱下光照恢復(fù)在硅材料中硼和氧同時(shí)存在時(shí)，光照和暗條件下加偏壓（注入多數(shù)載流子）都能導(dǎo)致衰減，在這一過(guò)程中激活了一種亞穩(wěn)態(tài)缺陷，形成了復(fù)合中心制程目的：在加熱和光照條件下，使電池片BO形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而減少光衰，處理后的電池在工作條件下理論上不再衰減；JiaYueSOLAR2021/6/2720制程目的：Purpose：(1)光電轉(zhuǎn)換效率的量測(cè)與分級(jí)。Photovoltaicconversionefficiencytestingandgrading.(2)檢測(cè)電池的外觀、顏色。Cellappearanceandcolorsorting.PERC電池制程@測(cè)試/分選EFF=（Uoc*Isc*