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1、第三章. 晶体太阳电池制造工艺 光伏产业链1一.硅材料制备工艺流程(西门子法)硅砂冶金硅三氯氢 硅多晶硅盐酸电炉焦碳还原2 硅太阳电池制造过程3 硅片制备4n1.由硅砂到冶金硅n将石英砂放在大型电弧炉中,用焦碳进行还原。 SiO2+2C Si+2CO 硅定期从炉中倒出,并用氧气或氧-氯 混合气体吹之以进一步提纯。然后倒入浅槽,逐渐凝固,便成冶金硅 (含硅97%-99%)5n2.由冶金硅到三氯氢硅n 将冶金硅破碎成粉末,与盐酸在液化床上进行反应,得到三氯氢硅(TCS)。 Si+3HCl SiHCl3+H26n3.由三氯氢硅到多晶硅n对三氯氢硅进行分馏,以达到超纯状态。 n对超纯三氯氢硅用H2通过
2、化学气相沉积(CVD)方法还原成多晶硅。 SiHCl3+H2 Si+3HCl7n4. 多晶硅锭的制造n 由西门子法得到的多晶硅棒,因未掺杂等原因,不能直接用来制造太阳电池。 n 将熔化的硅经过定向凝固后,即可获得掺杂均匀,晶粒较大,成纤维状的多晶硅铸锭。 8 由硅砂到太阳电池组件9n5.单晶硅棒的制造n(1) 切克劳斯基(CZ)法n 在单晶炉中将硅熔化,并将籽晶引向融熔的硅液,然后一边旋转,一边提拉,融熔的硅就在同一方向定向凝固,得到单晶硅棒。 n 掺杂可在熔化硅之前进行,利用许多杂质在硅凝固和熔化时的溶解度之差,使一些有害杂质浓集于底部,可以起到纯化作用。 10 切氏(CZ)法和区溶(FZ)
3、法制单晶11n(2) 区熔(FZ)法n 用水冷的高频线圈环绕硅单晶棒,使硅棒内产生涡电流而自身加热,使硅棒局部熔化,出现浮区,及时缓慢移动高频线圈,同时硅棒旋转,使熔化的硅重新结晶。利用硅中杂质的分凝现象,提高了硅的纯度。反复移动高频线圈,可使得硅棒中段不断提纯。最后得到高纯的单晶硅棒。 12n5. 带状晶体硅的制造n 定边喂膜(EFG)法n 与直拉方法相似,在坩埚中使融熔的硅从能润湿硅的模具狭缝中通过而引出单晶硅带。 13 多晶硅片和硅带制备14n6. 非晶硅膜的制造n利用化学气相沉积 (CVD)法或物理气相沉积 (PVD)法，可以得到非晶硅膜。 n(CVD)法有: 热化学气相沉积法； 辉光
4、放电法； 光化学气相沉积法。n(PVD)法有: 溅射法； 电子蒸发法。15二. 晶体硅电池片制造工艺n 工艺流程硅片制备清洗腐蚀扩散制结去背结电极制备去边制减反膜烧结检测16n2. 硅片制备n 选择硅片时，要考虑硅材料的导电类型、电阻率、晶向、位错、少子寿命等。将符合要求的圆形单晶硅棒切割成厚度为0.2-0.4mm的硅片，并切去四边成方形。 n 对于多晶硅锭先进行破锭，再按要求切片。 n在经过切、磨、抛、及腐蚀等工序后，硅材料一般要损失60%左右。 17n3.表面清洗腐蚀n用有机溶剂(如甲苯等)初步去油，再用热硫酸作化学清洗，去除沾污的杂质。 n在酸性或碱性腐蚀液中进行表面腐蚀，去除表面的切片
5、机械损伤，每面大约腐蚀掉30-50 m。 n再用王水或其他其它清洗液进行化学清洗。 n每道工序后都要用高纯的去离子水冲洗。 18n4. 扩散制结n是制造太阳电池的关键工序n方法有热扩散；离子注入；外延；激光或高频电注入等。 一般常用热扩散方法。 n热扩散方法有:n 涂布源扩散，又分简单涂布源扩散和二 氧化硅乳胶源涂布扩散； n 液态源扩散； n 固态源扩散。 19n5. 去背结n在高温扩散过程中，硅片的背面也形成了p-n结，所以要把背结去除。 n常用的方法有化学腐蚀法；磨砂法和蒸鋁烧结法。 20n6. 制作上、下电极n 上电极通常是栅线状，以收集光生电流。下电极布满在电池的背面，以减少电池的串
6、联电阻。 n 制作方法有真空蒸镀、化学镀膜、鋁浆印刷烧结等。目前主要用鋁浆印刷烧结。 n用涤纶薄膜制成所需电极图形的掩膜，贴在丝网上，然后套在硅片上用银、鋁浆印刷，再在真空和保护气氛中烧结。 n用化学镀镍制备下电极。 21n7. 腐蚀周边n 在扩散时,硅片的周边也形成扩散层,可能产生局部短路,使电池的并联电阻下降,影响电池性能。 n 可以将硅片的两边涂黑胶、粘贴耐酸胶带或挤压后放入腐蚀液中,不到1分钟,即可取出洗净。 n 目前常用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下去除含有扩散层的周边。 22n8. 制减反膜n硅表面反射损失率大约为1/3。为了减少这部分损失，可采用减反射膜。 n减反射膜材料常用：
7、 SiO2、TiO2 、Ta2O5等。 n制备方法常用：真空镀膜和离子镀膜法、溅射法、印刷法、喷涂法、PECVD沉积法。 23n9. 检测试验n 检验太阳电池性能是否合格，主要测试：太阳电池的伏-安特性曲线；开路电压；短路电流；最大输出功率等参数。 n 挑选分档，入库保管。 24三.太阳电池组件的封装n 单体太阳电池不能直接供电,需要提供机械、电气及化学等方面的保护。 n 太阳电池组件-有封装及内部连接的、能单独提供直流电输出的,最小不可分割的太阳电池组合装置。 25n组件封装工艺流程电池分选组合焊接层压封装测试包装装接线盒安装边框白玻璃EVAPVF电池互连条26n1. 电池分选n 用测试仪器
8、将不同性能参数的太阳电池分档，把参数相近的太阳电池进行组合。n 串联时要将工作电流相近的太阳电池串在一起；并联时要将工作电压相近的太阳电池连在一起。以提高太阳电池组件的性能。 27n2. 组合焊接n 用金属互连条将电池的上、下电极按要求进行焊接，并清洗干净。28n3.层压封装n 上盖板常用低铁水白钢化玻璃，小型组件也有用聚丙烯酸类树脂、聚碳脂等材料。 n电池两边用EVA， PVB透明薄膜覆盖。 n电池背面常用聚氟乙烯(PVF)复合膜。 n在层压机中抽真空加热加压后，冷却，固化。 29n4. 安装边框n 平板太阳电池组件层压封装后必须加上经过氧化的鋁合金边框。边框与粘结剂构成对组件边缘的密封，同时也便于与支架固定连接。 30n5. 装接线盒n 通常在组件背面安装接线盒,引出正、负电极.n 接线盒要求防潮、防尘、密封.连接可靠,接线方便.31n6. 测试包装n 在组件测试台上进行性能测试，在组件背面贴上铭牌，表明组件的主要参数，如：功率、伏-安特性曲线、最佳工作电压、最佳工作电流、开路电压、短路电流、填充因子等。 n 最后进行包装入库。 32 全自动组件生产线路示意图33电池 组件 方阵34n全自动热交换铸锭炉35n破锭机36n线锯37n扩散炉38n等离子刻蚀机39n太阳能模拟仪40n层压机41n纯水设备42
