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1、太阳能电池培训 -工艺组 电池结构 材料的选择 The most important parameters of a semiconductor material for solar cell operation are: 1. the band gap; 2. the number of free carriers available for conduction; 3. the generation and recombination of free carriers in response to light shining on the material. 影响因素 Band Gap=1
2、.1242 eV 影响因素 Intrinsic carrier concentration in a semiconductor at two temperatures. Note that in both cases, the number of electrons and the number of holes is equal. Intrinsic carrier concentration 影响因素 Equilibrium Carrier Concentration Equilibrium carrier concentration for low and high doping, s
3、howing that as the doping increases, the minority carrier concentration decreases. 影响因素 Absorption of Light 1.Eph EG Photons with energy much greater than the band gap are strongly absorbed 影响因素 Absorption of Light 影响因素 Absorption Depth 影响因素 Recombination 1.Radiative recombination 影响因素 Recombination
4、 2.Recombination Through Defect Levels 影响因素 Recombination 2. Auger Recombination 生产流程 制绒 扩散 等离子刻蚀及去PSG PECVD丝网印刷与烧结测试分档 制绒 制绒的三个目的 1）去除表面机械损伤层（硅锭切割的时候的物理损伤） 2）在前清洗中的酸洗中，HF酸和HCL的作用分别为清除表面 氧化物和清除表面金属离子。 3） 减少光的反射率，提高短路电流（Isc），最终提高电 池的光电转换效率（表面织构化，陷光原理）。 制绒 陷光原理：当光入射到一定角度的斜面，光会反射到另一角 度的斜面，形成二次或者多次吸收，从而
5、增加吸收率。 制绒 制绒药液一 槽体药液功能 1HF/HNO3制绒 2KOH碱洗（多孔硅） 3HF/HCL去除金属离子和氧化物 制绒后硅片表面形态 制绒 2）制绒反应 3Si+4HNO3=3SiO2+2H2O+4NO SiO2+6HFH2SiF6+2H2 制绒 制绒药液二 Si + 2NaOH + H2O Na2SiO3 + 2H2 Si + HNO3 + 6HF H2SiF6 + HNO2 + H2O + H2 制绒后硅片表面形态 扩散 扩散概述 太阳能电池的心脏是一个PN结。PN结是不能简单地用两块 不同类型（p型和n型）的半导体接触在一起就能形成的。要 制造一个PN结，必须使一块完整的半
6、导体晶体的一部分是P 型区域，另一部分是N型区域。也就是在晶体内部实现P型和 N型半导体的接触。 扩散的目的：形成PN结 扩散 制作太阳电池的硅片是P型的，也就是说在制造硅片时，已 经掺进了一定量的硼元素，使之成为P型的硅片。 高温下在石英管内通入磷源蒸汽(通源),在硅片周围包围着许 许多多的磷的分子，因此磷原子能从四周进入硅片的表面层 ，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散。在有磷 渗透的一面就形成了N型. 扩散 三氯氯氧磷（POCl3）液态态源扩扩散 扩散原理： POCl3在高温下（600）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（ P2O5），其反应式如下： 在有外来O2存在的情况
7、下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2 ）其反应式如下： 生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原 子，其反应式如下： 扩散 POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、 平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大面积结的 太阳电池是非常重要的。 在太阳电池扩散工艺中，扩散层薄层电阻（方块电阻）是反 映扩散层 质量是否符合设计要求的重要工艺指标之一。 方块电阻也是标志进入半导体中的杂质总量的一个重要参数 。 刻蚀和去PSG（后清洗） 一，用化学方法或物理方法去掉边缘的N型硅,使得硅片的边 缘相互绝缘. 二，去除PSG的目的： 1）去除掉扩
8、散中堆积在表面的磷硅玻璃。 2）洗掉部分的发射区死层。 刻蚀和去PSG（后清洗） 去磷硅玻璃主要反应方程式 SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2O PECVD 1.定义： PECVD: Plasma Enhance Chemical Vapor Deposition -等离子增强化学气相沉积 等离子体： 气体在一定条件下受到高能激发，发生电离， 部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混 合组成的一种形态，这种形态就称为等离子态，它广泛存在 于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四 态。 PECVD 2.工作原理： PECVD 是借助微波或射频等使含有薄膜组
9、 成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活 性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。 反应方程式： SiH4+NH3 Si3N4+H2 PECVD 3.外观特点 PECVD 4.氮化硅 4.1 保护作用 结构致密，硬度大 能抵御碱金属离子的侵蚀 介电强度高 耐湿性好 耐一般的酸碱，除HF和热H3PO4 PECVD 4.2高效的光学减反射性能 光波损失 R=(n2-n1)/(n2+n1) =(3.42-1)/(3.42+1) =0.2998 T=1-R=0.7002 PECVD 薄膜干涉 PECVD R极小值条件： n1 =n0n2=(11.5)*3.42 n1=1.84
10、9 2.265 h1=/4n1 PECVD Eg =1.1242 eV max =1103nm 取=600nm, n1=2.0 h1=75nm PECVD 4.3优良的钝化效果 丝网印刷与烧结 1.丝网印刷 背电极 背电场 正电极 丝网印刷与烧结 作用 电极-收集并传输电流 丝网印刷与烧结 背电场作用 1.收集并传输电流 2.增加对光的吸收 丝网印刷与烧结 2.浆料 银浆包括银粉，有机载体和无机相三部分 银粉导电性颗粒物质 有机载体将乙基纤维溶于有机溶剂而得到的一种粘性液 体 适当的粘性保证浆料有适合丝网印刷的流动性 良好的触变形保证浆料在印刷后能够保持好的形态 良好的润湿性保证银粉在有机载体
11、中均匀分布，不 产生团聚 良好的挥发性减少在热处理过程中形成气孔和减少 烧结过程中形成 丝网印刷与烧结 无机相无机相与硅片和银粉的作用示意图 银浆与硅片的示意性接触 玻璃料穿透绝缘层 银颗粒溶解在液态玻璃中 硅和液态的银接触 冷却过程中，发生相分离 丝网印刷与烧结 烧结-燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良 好的金属电极。 测试与分档 目的测试性能，加以分类 测试与分档 将太阳电池接上负载。在光照条件下，改变负载的电阻，太阳电池的输 出电压V、输出电流I 和输出功率P 将随之变化。记录下V、I、P 的变化 情况，并将数据绘成曲线，将得到上图的曲线，称为太阳电池的电流 电压特性。 测试与分档
12、半导体结构与I-V曲线 测试与分档 电池I-V曲线 测试与分档 Iscshort-circuit current(短路电流） Isc = IL 测试与分档 Isc影响因素： 1. the area of the solar cell 2. the number of photons -the light intensity 3. the spectrum of the incident light 4. the optical properties 5. the collection probability 测试与分档 Air Mass 测试与分档 测试与分档 Vocopen-circuit voltage（开路电压） 测试与分档 FF-fill factor （填充因子） 测试与分档 Eff-efficiency （转换效率） 测试与分档 标准测试条件： 1.Air Mass：AM1.5 2.Total irradiance: 1000W/m 3.Cell temperature: 25 谢谢！
