太陽(yáng)能電池知識(shí)介紹

1、太陽(yáng)能電池知識(shí)介紹 部門部門:工藝部 日期：日期：2012-5-21目錄目錄1.電池片知識(shí)介紹電池片知識(shí)介紹2.電池片生產(chǎn)流程及原理電池片生產(chǎn)流程及原理3. 產(chǎn)品類型及特性電池片知識(shí)介紹電池片知識(shí)介紹光伏產(chǎn)業(yè)流程光伏產(chǎn)業(yè)流程太陽(yáng)能電池分類與結(jié)構(gòu)1.太陽(yáng)電池的分類按結(jié)構(gòu)分:同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)、肖特基、多結(jié)按材料分：晶體硅、化和物半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體、薄膜按用途分:空間、地面2.太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu):BSF電池 、紫光電池、絨面電池、異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池 、M1S電池、 MINP電池、聚光電池 新型結(jié)構(gòu):PESC、 PERC 、PERL、埋柵電池、 PCCPCC、 LBSFLBSF、異質(zhì)異質(zhì)pp+pp+結(jié)

2、結(jié) 硅棒的鑄造硅棒的鑄造單晶硅單晶硅多晶硅多晶硅單晶硅與多晶硅單晶硅與多晶硅單晶硅：?jiǎn)尉Ч瑁?在整個(gè)晶體內(nèi)，原在整個(gè)晶體內(nèi)，原子都是周期性的規(guī)則排子都是周期性的規(guī)則排列，稱之為單晶。列，稱之為單晶。多晶硅多晶硅: 由許多取向不同的由許多取向不同的單晶顆粒雜亂地排列單晶顆粒雜亂地排列在一起的固體稱為多在一起的固體稱為多晶。晶。電池片生產(chǎn)流程電池片生產(chǎn)流程進(jìn)料檢驗(yàn)硅片領(lǐng)料硅片分選制絨清洗甩干測(cè)試分檔成品分選成品包裝入庫(kù)出庫(kù)擴(kuò)散刻蝕去PSG清洗甩干PECVD絲網(wǎng)印刷燒結(jié)電池片生產(chǎn)流程及原理電池片生產(chǎn)流程及原理制絨和清洗制絨和清洗概述概述u硅片表面處理的目的：硅片表面處理的目的：去除硅片表面的機(jī)械損傷

3、層清除表面油污和金屬雜質(zhì)形成起伏不平的絨面，增加對(duì)太陽(yáng)光的吸收甩干甩干檢查絨檢查絨面面制絨后稱制絨后稱重重流出流出來(lái)料檢來(lái)料檢驗(yàn)驗(yàn)插片插片制絨前稱制絨前稱重重超聲波清洗超聲波清洗制絨制絨酸洗酸洗水洗水洗噴淋噴淋表面損傷層的危害表面損傷層的危害 表面損傷層如果去除不凈，將會(huì)導(dǎo)致殘余缺陷、殘余缺陷在后續(xù)高溫處理過(guò)程中向材料深處繼續(xù)延伸、切割過(guò)程中導(dǎo)致的雜質(zhì)未能完全去除，這些都會(huì)增加硅片的表面復(fù)合速率，嚴(yán)重影響電池片的效率。損傷層的去除方法損傷層的去除方法 就目前線切割技術(shù)來(lái)說(shuō)，一般硅片表面的損傷層厚度（雙面）保持在10um，通過(guò)硅片的減薄量減薄量來(lái)衡量。對(duì)于單晶硅片，通常采用粗拋或細(xì)拋的方法來(lái)消除

4、。但由于現(xiàn)在市場(chǎng)上的硅片普遍較薄，所以，粗泡的方法一般不會(huì)采用。我們目前單晶制絨的工藝，制絨前的高溫稀堿超聲就是細(xì)拋。對(duì)于多晶硅片，通常都會(huì)在制絨的同時(shí)已經(jīng)對(duì)損傷層進(jìn)行了去除，單晶有時(shí)候也是采用這樣的方法的。制絨和清洗制絨和清洗硅片表面損傷層的去除硅片表面損傷層的去除u硅片表面沾污主要包硅片表面沾污主要包括：括： 有機(jī)雜質(zhì)沾污有機(jī)雜質(zhì)沾污 顆粒沾污顆粒沾污 金屬粒子沾污金屬粒子沾污制絨和清洗制絨和清洗硅片表面預(yù)處理硅片表面預(yù)處理制絨和清洗制絨和清洗化學(xué)清洗原理化學(xué)清洗原理 HF去除硅片表面氧化層：去除硅片表面氧化層： HCl去除硅片表面金屬雜質(zhì)：去除硅片表面金屬雜質(zhì)：鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作

5、用，氯離子能與 Pt 2+、Au 3+、 Ag +、Cu +、Cd 2+、Hg 2+等金屬離子形成可溶于水的絡(luò)合物。 OH2SiFHHF6SiO2622制絨和清洗制絨和清洗絨面光學(xué)原理絨面光學(xué)原理入射光入射光反射光陷光原理：陷光原理：當(dāng)光入射到一定角度的斜面，光會(huì)反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，從而增加吸收率。依靠表面金字塔形的方錐結(jié)構(gòu),對(duì)光進(jìn)行多次反射,不僅減少了反射損失,而且改變了光在硅中的前進(jìn)方向,延長(zhǎng)了光程,增加了光生載流子的產(chǎn)量；曲折的絨面又增加了p-n結(jié)面積,從而增加對(duì)光生載流子的收集率；并改善了電池的紅光響應(yīng)。制絨和清洗制絨和清洗單晶制絨腐蝕原理單晶制絨腐蝕原理單晶硅

6、片的絨面金相顯微鏡圖片利用低濃度堿溶液對(duì)晶體硅在不同晶體取向上具有不同腐蝕速率的各向異性腐蝕特性，在硅片表面腐蝕形成角錐體（就是我們所說(shuō)的金字塔）密布的表面形貌 ，就稱為表面織構(gòu)化。角錐體四面全是由111面包圍形成。制絨和清洗制絨和清洗多晶制絨腐蝕原理多晶制絨腐蝕原理多晶硅片的絨面金相顯微鏡圖片多晶硅制絨是損傷層的去除和制絨面同時(shí)進(jìn)行的。控制的主要參數(shù)是減薄量減薄量。為保證損傷層的去除干凈，減薄必須要夠，但不能過(guò)大。我們使用的多晶酸腐工藝是適用的CrO3和HF，CrO3的主要作用是起氧化，HF的作用是去除氧化層，二者結(jié)合在一塊使得硅片不斷的剝離反應(yīng)。單獨(dú)一樣化學(xué)藥品是達(dá)不到腐蝕效果的。表面問(wèn)題

7、 我們可以稱硅片表面為電池片的臉，臉洗不好，是最容易被察覺(jué)的。常見(jiàn)的問(wèn)題有： 單晶：雨點(diǎn)，白斑，發(fā)白，發(fā)亮，流水印等 多晶：一般不存在什么表面的問(wèn)題，主要集中多 晶體單晶面的問(wèn)題上。 絨面問(wèn)題 單晶：金字塔尺寸大小不均，過(guò)大，過(guò)小等 多晶：減薄不夠?qū)е聯(lián)p傷層去除不凈，腐蝕坑過(guò) 深過(guò)窄，減薄過(guò)大導(dǎo)致腐蝕坑過(guò)大，大的 不規(guī)則腐蝕坑洞較多，絨面一致性差等。制絨和清洗制絨和清洗常見(jiàn)問(wèn)題常見(jiàn)問(wèn)題太陽(yáng)電池制造的核心工序太陽(yáng)電池制造的核心工序 制作太陽(yáng)電池的硅片是P型的，也就是說(shuō)在制造硅片時(shí)，已經(jīng)摻進(jìn)了一定量的硼元素，使之成為P P型的硅片型的硅片。 如果我們把這種硅片放在一個(gè)石英容器內(nèi)，同時(shí)對(duì)此石英容器內(nèi)

8、加熱到一定溫度，并將含磷的氣體通入這個(gè)石英容器內(nèi)，這時(shí)施主雜質(zhì)磷可從化合物中分解出來(lái)，在容器內(nèi)充滿著含磷的蒸汽。 在硅片周圍包圍著許許多多的磷的分子，因此磷原子能從四周進(jìn)入硅片的表面層，并且通過(guò)硅原子之間的空隙向硅片內(nèi)部滲透擴(kuò)散。在有磷滲透的一面就形成了N型，在沒(méi)有滲透的一面是原始P型的， 這樣就達(dá)到了在硅片內(nèi)部形成了所要的PN結(jié)。-這就是所說(shuō)的擴(kuò)散。擴(kuò)散擴(kuò)散原理原理擴(kuò)散的目的：形成PN結(jié)硅太陽(yáng)能電池工作原理與特性硅太陽(yáng)能電池工作原理與特性硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)中常用的硅（硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)中常用的硅（Si），磷（），磷（P），硼（），硼（B）元素的原子）元素的原子結(jié)構(gòu)模型如圖所示結(jié)構(gòu)模型如圖所示第三層第

9、三層4個(gè)電子個(gè)電子第二層第二層8個(gè)電子個(gè)電子第一層第一層2個(gè)電子個(gè)電子Si+14P+15B最外層最外層5個(gè)電子個(gè)電子最外層最外層3個(gè)電子個(gè)電子siPB擴(kuò)散擴(kuò)散半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體的特性P型半導(dǎo)體（受主摻雜）型半導(dǎo)體（受主摻雜）-接受自由電子接受自由電子空空鍵鍵接受電接受電子子空空穴穴N型半導(dǎo)體（施主摻雜）型半導(dǎo)體（施主摻雜）-提供自由電子提供自由電子多余多余電子電子三氯氧磷（三氯氧磷（POClPOCl3 3）液態(tài)源擴(kuò)散）液態(tài)源擴(kuò)散噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散本公司目前采用的是第一種方法。本公司目前采用的是第一種方法。 POCl3液態(tài)源擴(kuò)散方法具有生產(chǎn)效率較高，得到到PN結(jié)均勻

10、、平整和擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于制作具有大面積結(jié)的太陽(yáng)電池是非常重要的。擴(kuò)散擴(kuò)散磷擴(kuò)散方法磷擴(kuò)散方法進(jìn)舟升溫恒溫預(yù)擴(kuò)散擴(kuò)散推進(jìn)降溫出舟擴(kuò)散擴(kuò)散裝置示意圖和反應(yīng)原理裝置示意圖和反應(yīng)原理在高溫條件和有氧氣通入的情況下， POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應(yīng)生成SiO2和磷原子。4P5SiO5SiO2P252擴(kuò)散擴(kuò)散設(shè)備設(shè)備u48所擴(kuò)散爐uTempress擴(kuò)散爐在太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝中，擴(kuò)散層薄層電阻（方塊電阻）是反映擴(kuò)散層質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求的重要工藝指標(biāo)之一。方塊電阻也是標(biāo)志進(jìn)入半導(dǎo)體中的雜質(zhì)總量的一個(gè)重要參數(shù)。擴(kuò)散擴(kuò)散升降按鈕測(cè)試檔擴(kuò)散擴(kuò)散等離子體刻蝕等離子體刻蝕刻蝕的

11、目的刻蝕的目的由于在擴(kuò)散過(guò)程中，即使采用背靠背的單面擴(kuò)散方式，硅片的所有表面（包括邊緣）都將不可避免地?cái)U(kuò)散上磷。PN結(jié)的正面所收集到的光生電子會(huì)沿著邊緣擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)的背面，而造成短路。此短路通道等效于降低并聯(lián)電阻。經(jīng)過(guò)刻蝕工序，硅片邊緣的帶有的磷將會(huì)被去除干凈，避免PN結(jié)短路造成并聯(lián)電阻降低。等離子體刻蝕等離子體刻蝕刻蝕原理刻蝕原理通常的刻蝕方法包括干法刻蝕和濕法刻蝕。我們目前使用的刻蝕工藝就是干法刻蝕干法刻蝕，其工作機(jī)理為： 使用等離子體進(jìn)行刻蝕。采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或各種游離基，這些活性粒子擴(kuò)散到硅片邊緣，在那里與硅進(jìn)行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物四

12、氟化硅而被去除。 等離子體刻蝕等離子體刻蝕常見(jiàn)問(wèn)題常見(jiàn)問(wèn)題 關(guān)鍵的工藝參數(shù)是射頻功率和刻蝕時(shí)間，效果反應(yīng)為有效刻蝕寬度。關(guān)鍵的工藝參數(shù)是射頻功率和刻蝕時(shí)間，效果反應(yīng)為有效刻蝕寬度。 刻蝕不足：刻蝕不足：電池的并聯(lián)電阻會(huì)下降。 射頻功率過(guò)高：射頻功率過(guò)高：等離子體中離子的能量較高會(huì)對(duì)硅片邊緣造成較大的轟擊損傷，導(dǎo)致邊緣區(qū)域的電性能差從而使電池的性能下降。在結(jié)區(qū)（耗盡層）造成的損傷會(huì)使得結(jié)區(qū)復(fù)合增加。 刻蝕時(shí)間過(guò)長(zhǎng)：刻蝕時(shí)間過(guò)長(zhǎng)：刻蝕時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)電池片的正反面造成損傷影響越大，時(shí)間長(zhǎng)到一定程度損傷不可避免會(huì)延伸到正面結(jié)區(qū)，即出現(xiàn)鉆刻現(xiàn)象，從而導(dǎo)致?lián)p傷區(qū)域高復(fù)合。 射頻功率太低：射頻功率太低：會(huì)使等離

13、子體不穩(wěn)定和分布不均勻，從而使某些區(qū)域刻蝕過(guò)度而某些區(qū)域刻蝕不足，導(dǎo)致并聯(lián)電阻下降。去去PSGPSG清洗清洗目的目的擴(kuò)散后清洗擴(kuò)散后清洗又稱去去PSGPSG工序工序。去去PSGPSG清洗清洗目的目的在擴(kuò)散過(guò)程中發(fā)生如下反應(yīng)： POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面， P2O5與Si反應(yīng)生成SiO2和磷原子：這樣就在硅片表面形成一層含有磷元素的SiO2，稱之為磷硅玻璃。322524526POClOPOClPSiOSiOP4552252去去PSGPSG清洗清洗目的目的這一薄層的厚度很是不均勻，不能充分被利用做減反，加上薄層中的富P原子對(duì)后道高溫之后可能起到的負(fù)面影響，所以磷硅玻璃層是需要去掉的

14、。此工序的目的就是將這一層物質(zhì)去除干凈。酸洗水洗噴淋甩干去去PSGPSG清洗清洗注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)由于摻P的硅片表面要比摻B的硅片表面更容易氧化，也就是說(shuō)，擴(kuò)散面相比要更容易被氧化，所以，清洗后的清洗后的硅片必須盡快鍍膜硅片必須盡快鍍膜。原則上是清洗過(guò)后的硅片應(yīng)立即鍍膜，不允許停留；如果帶有水的硅片，在空氣中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將會(huì)在鍍膜工序出現(xiàn)水紋印現(xiàn)象，影響外觀。有氫氟酸和硅片接觸的地方，禁止近距離使用照明。烘干或甩干的時(shí)間不能隨便縮短！防止干燥不徹底。當(dāng)硅片從1號(hào)槽氫氟酸中提起時(shí)，觀察其表面是否脫水，如果脫水，則表明磷硅玻璃已去除干凈；如果表面還沾有水珠，則表明磷硅玻璃未被去除干凈。PECVDP

15、ECVDSiNx:HPECVD=Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 即“等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積”，是一種化學(xué)氣相沉積。PECVD是借助微波使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子化學(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。PECVDPECVDSiNx:Hu物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)：結(jié)構(gòu)致密，硬度大能抵御堿金屬離子的侵蝕介電強(qiáng)度高耐濕性好耐一般的酸堿，除HF和熱H3PO4u在太陽(yáng)能電池上作為減反射膜可以兼具減反射減反射和鈍化鈍化的作用。PECVDPECVDSiNx:H光照射在硅片表面時(shí)，反射會(huì)使光損失約三分之一。如果在硅

16、表面有一層或多層合適的薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大為減少，這種膜稱為太陽(yáng)電池的減反射膜（ARC，antireflection coating）。在真空或大氣中，如果硅表面沒(méi)有減反射膜，長(zhǎng)波范圍(1.1m)入射光損失總量的34%，短波范圍(0.4 m)為54%。即使在硅表面制作了絨面，由于入射光產(chǎn)生多次反射而增加了吸收，但也有約14%以上的反射損失。如果在硅的表面制備一層透明的介質(zhì)膜，由于介質(zhì)膜的兩個(gè)界面上的反射光相互干涉，可以在很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)降低反射率。PECVDPECVDSiNx:H硅片表面形成一層減反射膜，增加對(duì)光線的吸收，減少反射硅片表面形成一層減反射膜，增加對(duì)光線的吸收，

17、減少反射 光照射在硅片表面時(shí)，因?yàn)榉瓷鋾?huì)使光損失約三分之一。如果在硅表面有一層或多層合適的薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大為減少。因此當(dāng)膜厚為光的四分之一波長(zhǎng)時(shí)，光發(fā)生干涉，獲得最好減反射效果。氫原子攙雜在氮化硅中附加了氫的鈍化作用氫原子攙雜在氮化硅中附加了氫的鈍化作用 硅片材料中存在大量的雜質(zhì)和缺陷，顯著降低了硅片中的少數(shù)載流子的壽命，從而影響太陽(yáng)電池的短路電流和電池的轉(zhuǎn)換效率，反應(yīng)的氫能夠進(jìn)入硅晶體中，鈍化硅中的雜質(zhì)和缺陷的電活性，降低電池表面復(fù)合速率，增加少子壽命，進(jìn)而提高開路電壓和短路電流，同時(shí)氫原子與缺陷或晶界處的懸掛鍵結(jié)合，從而一定程度上消除了晶界的活性。屏蔽金屬離子屏蔽金

18、屬離子 氮化硅薄膜能有效地阻止B、P、Na、As、Sb、Ge、Al、Zn等雜質(zhì)的擴(kuò)散，尤其是對(duì)Na-+，在相同條件下制得的氧化硅、氮化硅、氮氧化硅薄膜中，水汽在氮化硅薄膜中的滲透系數(shù)最小。絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷基本原理基本原理v 利用網(wǎng)版圖文部分網(wǎng)孔透墨，非圖文部分網(wǎng)孔不透墨的基本原理進(jìn)行印刷。利用網(wǎng)版圖文部分網(wǎng)孔透墨，非圖文部分網(wǎng)孔不透墨的基本原理進(jìn)行印刷。絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷基本原理基本原理絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷三個(gè)步驟三個(gè)步驟背電極印刷及烘干使用漿料為銀鋁漿作用：與電池片的正電極連接，其焊接作用。 背電場(chǎng)印刷及烘干使用漿料為鋁漿作用： 吸收硅片中的雜質(zhì)，缺陷。 形成P+，Si- Al合金，起鈍化作用。

19、反射光線。絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷三個(gè)步驟三個(gè)步驟正面電極和柵線的印刷使用漿料為銀漿作用： 正電極用于與背電極連接，焊接作用。細(xì)柵線，收集電子，形成電流。 燒結(jié)燒結(jié)目的目的干燥硅片上的漿料，燃盡漿料的有機(jī)組分，使?jié){料和硅片形成良好的歐姆接觸。絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷相對(duì)于鋁漿燒結(jié)，銀漿的燒結(jié)要重要很多，對(duì)電池片電性能影響主要表現(xiàn)在串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻，即FF的變化。鋁漿燒結(jié)的目的使?jié){料中的有機(jī)溶劑完全揮發(fā)，并形成完好的鋁硅合金和鋁層。局部的受熱不均和散熱不均可能會(huì)導(dǎo)致起包，嚴(yán)重的會(huì)起鋁珠。背面場(chǎng)經(jīng)燒結(jié)后形成的鋁硅合金，鋁在硅中是作為P型摻雜，它可以減少金屬與硅交接處的少子復(fù)合，從而提高開路電壓和短路電流，改善對(duì)紅外線的響應(yīng)。測(cè)試分檔測(cè)試分檔測(cè)試分檔測(cè)試分檔（一）測(cè)試目的1將電池片分檔，方便包裝利于后期組件生產(chǎn)。2. 可通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)制程中的問(wèn)題，從而加以改善。（二）測(cè)試原理用穩(wěn)態(tài)模擬太陽(yáng)光或者脈沖模擬太陽(yáng)光，使電池片形成光電流，測(cè)試分檔測(cè)試分檔Isc:短路電流短路電流在一定的溫度和輻照條件下，太陽(yáng)電池在端電壓為零時(shí)的輸出電流，通常用Isc來(lái)表示。Isc與太陽(yáng)電池的面積大小有關(guān)，面積越大， Isc越大。Voc:開路電壓開路電壓在一定的溫度和輻照度條件下，太陽(yáng)電池在空載情況下的端電壓，用Voc表示。FF:填充因子填充因子太陽(yáng)電池的最大功率與開路電