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1、晶体硅太阳能电池工艺原理及流程,苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 工艺部 潘励刚,光伏技术的发展,晶体硅太阳电池是光伏行业的主导产品，占市场份额的90%，尤其是多晶硅太阳电池的市场份额已远超过单晶硅电池的市场份额，自从六十年代太阳能电池作为能源应用于宇航技术以来，太阳能电池的技术得到非常迅速的发展，单晶硅太阳能电池的转换效率已接近25%，多晶硅太阳能电池的转换效率已接近20%。1980年以后的转换效率的世界纪录主要由澳大利亚新南威尔斯大学保持。,单晶硅太阳能电池转换效率的发展过程,实验室高效太阳能电池结构示意图,成 品电 池 片,负电极副栅线,负电极主栅线,正电极,背电场,光伏产业流程,太阳能电
2、池分类与结构,1. 太阳电池的分类 按结构分:同质结、异质结、肖特基、多结 按材料分：晶体硅、化和物半导体、有机半导体、薄膜 按用途分:空间、地面 2. 太阳能电池的结构 传统结构:BSF电池 、紫光电池、绒面电池、异质结太阳电池 、M1S电池、 MINP电池、聚光电池 新型结构:PESC、 PERC 、PERL、埋栅电池、 PCC、 LBSF、异质pp+结,单晶硅与多晶硅,单晶硅 在整个晶体内，原子都是周期性的规则排列，称之为单晶。 多晶硅 由许多取向不同的单晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多晶。,晶体硅转换效率,中试转换效率分别达到18.5% 和16.5% 6.5%,硅太阳能电池工作原理与
3、特性,硅太阳电池生产中常用的硅（Si），磷（P），硼（B）元素的原子结构模型如图所示,硅太阳能电池工作原理与特性,太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下： 图中正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。,硅太阳能电池工作原理与特性,当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图： 图中正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（posit
4、ive）型半导体。,硅太阳能电池工作原理与特性,同样，硅中掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。,硅太阳能电池工作原理与特性,P型半导体中含有较多的空穴，而N型半导体中含有较多的电子，当P型和N型半导体结合在一起时，由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内建电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层，形成电势差，这一薄层就是PN结。,硅太阳能电池工作原理与特性,当晶片
5、受光后，由于光生伏特效应，在半导体P-N结上会激发出新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，在P-N结内空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流，这就是太阳能电池的工作原理，因此，太阳电池又称为“光伏电池”。,硅PN结太阳电池基本结构,太阳电池的等效电路图,太阳电池的重要参数,Isc：短路电流,Voc：开路电压,FF： 填充因子,Rs: 串联电阻（Voc处的斜率） Rsh: 并联电阻 （Isc处的斜率）,Im: Pm处的电流 Vm: Pm处的电压,EFF：转换效率（EFF=Isc*Voc*FF/S）,晶体硅太阳电池生产工艺流程,1.去除损伤层表面绒面化 2.发射区扩散 3
6、.刻蚀去PSG 4.PECDV沉积SiN 5.丝网印刷 6.烧结 7电池片测试,1.去除损伤层表面绒面化,硅片P型，晶向为（100）的单晶硅片。利用氢氧化钠溶液对单晶硅片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面，可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。绒面具有受光面积大，反射率低的特点。可提高单晶硅太阳电池的短路电流，从而提高太阳电池的光电转换效率.,图(13)单晶硅片绒面形状,2.发射区扩散,采用三氯氧磷气体携带源方式，分为两步，第一步用氮气通过液态的，将所需的杂质用载流气体输运至高温半导体表面，杂质扩散深度约几百个纳米。第二步是高温处理，使预沉积在表面的杂质原子继续向基体深处扩散。这样就形成
7、了pn结。 POCl3+O2PCl5+P2O5 P2O5+SiSiO2+P PCl5+O2P2O5+P,3.刻蚀去PSG,去除硅片扩散后边缘和表面的PSG Si+O2+CF4SiF4+CO2 SIO2+HFH2（SiF6）+H2O,4.PECDV沉积SiN,抛光的硅表面的反射率为，为了减少表面反射，提高电池的转换效率，需要沉积一层减反层，减反层有很多种，可以是、或是它们的组合。 用氨气和硅烷反应，可以在硅表面形成一层无定形的氮化硅（N）层。氮化硅减反层具有良好的绝缘性、致密性和稳定性，并且它还能阻止杂质原子，特别是原子的渗透进入电池基体。 SiN，作为减反射膜，最大可能地减少对光的反射,同时生
8、成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产高效多晶硅太阳电池,5.丝网印刷,通过三次印刷金属浆料，分别制成电池片背面电极，背面电场和正面电极 三次印刷分别使用银铝桨、铝桨、银桨,6.烧结,银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，通过烘干有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上，这时，可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。烧结工艺是采用银硅的共晶温度，同时在几秒钟内单晶硅原子溶入到金属电极材料里，之后又几乎同时冷却形成再结晶层，这个再结晶层是较完美单晶硅的晶格点阵结构，形成较好的欧姆接触。,7.电池片测试,太阳电池生产流水线,制绒清洗设备,扩散炉,等离子刻蚀机,扩散后清洗机(去PSG),PECVD,PECVD,丝网印刷,印刷及烧结,电池片出炉,测 试 分 选,测试分选,不良片举例,不良片举例,不良片举例,结束收工！ Thanks！,
