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1、单晶硅太阳能电池制作工艺（总1 6页）-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以根据需求调整合适字体及大小-单晶硅太阳能电池/DSSC/PERC技术2015-10-20单晶硅太阳能电池三、单晶硅太阳能电池的工作原理单晶硅太阳能电池片的结构主要包括t正面梳状电极、 减反射膜r N型层、PN结、PgJJzS沔而电极等.如下卧 所示；势-空R开路电压Uog,即将太阳能电池置于100 mW/cm2的光源 照射下，/ Wiiiil开路时，点阳能电池的输出电压值。-短路电流曲，就是将太阳能电池理了标瞧光源的照射下， 在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流-最大输岀功率戸叫如果选择的负载电阻值能
2、使输出电压和 电流的乘积最大，即可获得最大输出功率口-填充因了FF,他是最大输出功率与卄路电压和短路电流乘 积之比，是代表太阳能电池在带最佳负载时，能输川的最 大功率的特性.*转换效率口指在外部回路上连接最住负载电阻时的最大能 址转换效率。伏安特性，工作状态下太阳电池的电压-电流特性.h禅H莒电极丄 十敢反射膜、T :0. Sinni工作原理：当A阳光照射到太阳电池上并被吸收时，其 中能;丿，# 皿度的光能把价带中电激发到导带上去, 形成自由电&价带中留下带正电的自由空穴，即电子一空 穴对；自巾电f和空穴不停的込动中扩散到RN结的空间电 荷区，被该区的内建电场分肉，电子被扫到电池的N型一侧，
3、空穴被扫到电池的P型-侧，从而在电池上下两面（W极）分别 形成了正负电荷积累，产生龍光生电压抒，即“光伏效应”， 若在电池两侧引出也极并接上负载，负载中就有“光纶电流” 通过。evo. * 0 o 4* Aiejt电丽V工作原理圈2太阳能电池片的化学清洗工艺切片要求：切割精度高、表面平行度 高、翘曲度和厚度公差小。断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。提 高成品率，缩小刀（钢丝）切缝，降低原材料损耗。提高切割速度，实现自动 化切割。具体来说太阳能硅片表面沾污大致可分为三类：1、有机杂质沾污： 可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来 去除。 2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声
4、波清洗技术来去除粒 径三|jm颗粒，利用兆声波可去除三|jm颗粒.3、金属离子沾污：该污染必须 采用化学的方法才能将其清洗掉。硅片表面金属杂质沾污又可分为两大类： （1）、沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。 （2）、带正电的金属 离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。1、用H2O2作强氧化剂，使“电镀”附着到硅表面的金属离子氧化成金属， 溶解在清洗液中或吸附在硅片表面2、用无害的小直径强正离子（如H+）, 般用HCL作为H+的来源，替代吸附在硅片表面的金属离子，使其溶解于清洗 液中，从而清除金属离子。 3、用大量去离子水进行超声波清洗，以排除溶液中 的金属离子。由于SC-1是
5、H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化 和 NH4OH 的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗 而被排除；同时溶液具有强氧化性和络合性，能氧化 Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性 络合物而随去离子水的冲洗而被去除。因此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机 沾污，亦能去除某些金属沾污。在使用 SC-1 液时结合使用兆声波来清洗可获得 更好的清洗效果。另外SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，具有极强的氧化性和络合性，能与氧化以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。被氧 化的金属离子与CL-作
6、用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。具体的制作工艺说明 （1） 切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的 硅片。（2） 清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅 片表面切割损伤层除去30 - 50um（3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。（4） 磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成 PN 结，结深一般为。（5） 周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层， 会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。（6）去除背面PN +结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN +结。（7）制作上下电极：用真
7、空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然 后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。 （8） 制作减反射膜：为了 减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2 , SiO2 , A12O3 , SiO , Si3N4 , Ti02 , Ta2O5 等。工艺方法可用真空 镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。（9）烧结： 将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。（10）测试分档：按规定参数规范，测试 分类。生产电池片的工艺比较复杂，一般要经过硅片检测、表面制绒、扩散制 结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀、镀减反射膜、丝网印刷、快速烧结和检测分
8、装 等主要步骤。本文介绍的是晶硅太阳能电池片生产的一般工艺与设备。一、硅片检测 硅片是太阳能电池片的载体，硅片质量的好坏直接决定了太 阳能电池片转换效率的高低，因此需要对来料硅片进行检测。该工序主要用来 对硅片的一些技术参数进行在线测量，这些参数主要包括硅片表面不平整度、 少子寿命、电阻率、P/N型和微裂纹等。该组设备分自动上下料、硅片传输、 系统整合部分和四个检测模块。其中，光伏硅片检测仪对硅片表面不平整度进 行检测,同时检测硅片的尺寸和对角线等外观参数；微裂纹检测模块用来检测硅 片的内部微裂纹；另外还有两个检测模组，其中一个在线测试模组主要测试硅片体电阻率和硅片类型， 另一个模块用于检测硅
9、片的少子寿命。在进行少子寿命和电阻率检测之前，需 要先对硅片的对角线、微裂纹进行检测，并自动剔除破损硅片。硅片检测设备 能够自动装片和卸片，并且能够将不合格品放到固定位置，从而提高检测精度 和效率。二、表面制绒 单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米 硅表面形成几百万个四面方锥体也即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反 射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。硅的各向异 性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和 乙二胺等。大多使用廉价的浓度约为 1%的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀 温度为70-85C。为了获得均匀的绒面，还应在溶液
10、中酌量添加醇类如乙醇和异 丙醇等作为络合剂，以加快硅的腐蚀。制备绒面前，硅片须先进行初步表面腐 蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约2025m，在腐蚀绒面后，进行一般的化学清 洗。经过表面准备的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结。三、扩散制结太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光能到电能的转换，而扩散炉 即为制造太阳能电池PN结的专用设备。管式扩散炉主要由石英舟的上下载部 分、废气室、炉体部分和气柜部分等四大部分组成。扩散一般用三氯氧磷液态 源作为扩散源。把P型硅片放在管式扩散炉的石英容器内，在850-900摄氏度 高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过三氯氧磷和硅片进行反应，得 到
11、磷原子。经过一定时间，磷原子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，形成了 N型半导体和P型半导体的交界面， 也就是PN结。这种方法制出的PN结均匀性好，方块电阻的不均匀性小于百分 之十，少子寿命可大于10ms。制造PN结是太阳电池生产最基本也是最关键的工 序。因为正是PN结的形成，才使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样就 形成了电流，用导线将电流引出，就是直流电。四、去磷硅玻璃 该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀 法也即把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物 六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层磷硅玻璃。在扩散
12、过程 中，POCL3与02反应生成P2O5淀积在硅片表面。P2O5与Si反应又生成 SiO2和磷原子，这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻 璃。去磷硅玻璃的设备一般由本体、清洗槽、伺服驱动系统、机械臂、电气控 制系统和自动配酸系统等部分组成，主要动力源有氢氟酸、氮气、压缩空气、 纯水，热排风和废水。氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸与二氧化硅反应 生成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与 氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。五、等离子刻蚀 由于在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，硅片的所有表 面包括边缘都将不可避免地扩散上磷。PN结的正面所收集
13、到的光生电子会沿着 边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路。因此，必须对太阳能电 池周边的掺杂硅进行刻蚀，以去除电池边缘的PN结。通常采用等离子刻蚀技 术完成这一工艺。等离子刻蚀是在低压状态下，反应气体CF4的母体分子在射 频功率的激发下，产生电离并形成等离子体。等离子体是由带电的电子和离子 组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性 反应基团由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，在那里与被刻蚀材料表面 发生化学反应，并形成挥发性的反应生成物脱离被刻蚀物质表面，被真空系统 抽出腔体。六、镀减反射膜 抛光硅表面的反射率为 35%,为
14、了减少表面反射,提高电池 的转换效率,需要沉积一层氮化硅减反射膜。现在工业生产中常采用 PECVD 设 备制备减反射膜。PECVD即等离子增强型化学气相沉积。它的技术原理是利用 低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电 使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体SiH4和NH3,气体经一 系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜即氮化硅薄膜。一般 情况下，使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在70nm 左右。这样厚度的薄膜具有光学的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反 射大为减少，电池的短路电流和输出就有很大增加，效率也有相当的提高。
15、七、丝网印刷太阳电池经过制绒、扩散及PECVD等工序后，已经制成PN结，可以在光 照下产生电流，为了将产生的电流导出，需要在电池表面上制作正、负两个电 极。制造电极的方法很多，而丝网印刷是目前制作太阳电池电极最普遍的一种 生产工艺。丝网印刷是采用压印的方式将预定的图形印刷在基板上，该设备由 电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成。其 工作原理为：利用丝网图形部分网孔透过浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加 一定压力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮刀从图形部分的网孔中 挤压到基片上。由于浆料的粘性作用使印迹固着在一定范围内，印刷中刮板始 终与丝网印版和基片呈线性接触，接触线随刮刀移动而移动，从而完成印刷行 程。八、快速烧结 经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧 结，将有机树脂粘合剂燃烧掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅 片上的银电极。当银电极和晶体硅在温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定 的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形成上下电极的欧姆接触，提高电 池片的开路电压和填充因子两个关键参数，使其具有电阻特性，以提高电池片 的转换效率。烧结炉分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。预烧结阶段目的 是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶段中 烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，
