晶硅太陽能電池常規(guī)工藝簡介(共73頁).ppt

1、晶硅太陽能電池常規(guī)晶硅太陽能電池常規(guī)工藝簡介工藝簡介北京七星華創(chuàng)電子股份微電子設備分公司常規(guī)晶硅電池工藝流程常規(guī)晶硅電池工藝流程電池片生產(chǎn)流程電池片生產(chǎn)流程剖面圖剖面圖制絨P型襯底擴散刻蝕+ 去PSGn+ 發(fā)射極P型襯底PECVD鍍膜氮化硅減反層P型襯底燒結氮化硅減反層n+ 發(fā)射極背電場鋁背接觸P型襯底背面銀電極正銀柵線金屬電極印刷背面銀電極正銀柵線P型襯底鋁背接觸P型襯底清洗制絨清洗制絨texturetexture目的目的1、清洗外表油污及金屬雜質；2、去除外表損傷層；3、形成外表織構化，減少光反射。硅片機械損傷層（410微米）硅表面損傷層去除單晶硅絨面減反射示意圖單晶制絨原理：單晶制絨原理

2、： Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 eOSSi4H3iOOH62-23-2H244eH總反響方程式為：面晶體硅在堿性溶液中由于各向異性腐蝕，形成金字塔結構：單晶硅槽式制絨設備單晶硅槽式制絨設備單晶制絨工藝流程圖單晶制絨工藝流程圖多晶硅片在HF-HNO3溶液中，由于反響的不均勻形成大小不等的腐蝕坑；反響如下： Si+2HNO3+6HF = H2SiF6+2HNO2+2H2O 3Si+4HNO3+18HF = 3H2SiF6+4NO+8H2O 3Si+2HNO3+18HF = 3H2SiF6+2NO+4H2O+3H2 5Si+6HNO3+30HF=5H2SiF6+2NO2+4NO

3、+10H2O+3H2 多晶硅片制絨原理多晶硅片制絨原理多晶硅絨面形貌圖多晶硅絨面形貌圖多晶硅制絨工藝流程多晶硅制絨工藝流程在線式制絨設備在線式制絨設備在線式制在線式制RENARENA在線式制絨內(nèi)部結構在線式制絨內(nèi)部結構SchmidSchmid制絨工序檢驗內(nèi)容制絨工序檢驗內(nèi)容 減薄量 反射率 外觀均勻性硅片制絨前后的反射率比照擴散制結擴散制結diffusiondiffusion在P型硅襯底擴散N型雜質，在襯底表層形成PN結。一般硅太陽能電池中襯底雜質為硼B(yǎng)，擴散雜質為磷P為什么有一面沒有結？擴散制結根底擴散制結根底diffusiondiffusion制結過程是在一塊半導體基體材料上生成導電類型不

4、同的半導體層。制結方法有熱擴散，離子注入，外延，激光及高頻電注入法等。擴散是物質分子或原子運動引起的一種自然現(xiàn)象，熱擴散制pn結法為用加熱方法使V族雜質摻入P型或族雜質摻入N型硅而制成。硅太陽電池中最常用的V族雜質元素為磷，族雜質元素為硼。制結方法為使磷元素在擴散進硼摻雜的半導體，在兩種摻雜的半導體交界處形成PN結。P型半導體P指positive，帶正電的：由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的三價元素組成，會在半導體內(nèi)部形成帶正電的空穴； N型半導體N指negative，帶負電的：由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的五價元素組成，會在半導體內(nèi)部形成帶負電的自由電子。PNPN結結PN junctionPN

5、junctionN N型型P P型型空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)（P-NP-N結）結）電 子空 穴P 型硅片N 型在N型和P型半導體的交界面處存在有電子和空穴濃度梯度，N區(qū)中的電子就向P區(qū)滲透擴散，擴散的結果是N型區(qū)域中鄰近P型區(qū)域一邊的薄層內(nèi)有一局部電子擴散到N型中去了。由于這個薄層失去了一些電子，在N區(qū)就形成帶正電荷的區(qū)域。同樣，P型區(qū)域中鄰近N型區(qū)域一邊的薄層內(nèi)有一局部空穴擴散到N型區(qū)域一邊去了。由于這個薄層失去了一空穴，在P區(qū)就形成了帶負電荷的區(qū)域。這樣在N型區(qū)和P型區(qū)交界面的兩側形成了帶正、負電荷的區(qū)域，叫做空間電荷區(qū)，也叫PN結。太陽能電池擴散方法太陽能電池擴散方法擴散工藝的摻雜源各不相同

6、，根本的擴散有:固態(tài)源： 磷紙，硼紙，磷酸二氫銨(結晶狀),用于管式擴散。 絲網(wǎng)印刷磷漿料后(鏈式)擴散液態(tài)源： POCL3，BBr3，用于管式擴散。 噴涂磷酸二氫銨水溶液后(鏈式)擴散。 其中POCl3液態(tài)源擴散方法具有生產(chǎn)效率較高，得到PN結均勻、平整和擴散層外表良好等優(yōu)點，這對于制作具有大面積結的太陽電池是非常重要的。因此目前國內(nèi)使用最多的是POCl3液態(tài)源擴散法。熱擴散反響熱擴散反響POCl3在高溫下600分解生成五氯化磷PCl5和五氧化二磷P2O5，其反響式如下：生成的P2O5在擴散溫度下與硅反響，生成二氧化硅SiO2和磷原子，其反響式如下： POCl3熱分解時，如果沒有外來的氧O2

7、參與其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且對硅有腐蝕作用，破壞硅片的外表狀態(tài)。在有外來O2存在的情況下，PCl5會進一步分解成P2O5并放出氯氣Cl2其反響式如下：5253OP3PClC6005POCl4P5SiO5SiO2P2522522510ClO2P5O4PCl2過量O 生成的P2O5又進一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見在磷擴散時，為了促使POCl3充分的分解和防止PCl5對硅片外表的腐蝕作用，必須在通氮氣的同時通入一定流量的氧氣 。 在有氧氣的存在時，POCl3熱分解的反響式為： POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片外表，P2O5與硅反響生成SiO2和磷原子并

8、在硅片外表形成一層磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中進行擴散 。252236ClO2POPOCl擴散設備及擴散間設備操作擴散設備及擴散間設備操作擴散管路原理圖擴散管路原理圖擴散根本步驟擴散根本步驟擴散工序檢測內(nèi)容擴散工序檢測內(nèi)容 方塊電阻四探針測試儀 少子壽命semilab WT1000)方塊電阻的意義及測量擴散層的薄層電阻也稱方塊電阻，即外表為正方形的半導體薄層在電流方向電流方向平行于正方形的邊所呈現(xiàn)的電阻。用Rs和R表示，sheet resistance。一般用四探針法測量。Rs=/t (其中為塊材的電阻率,t為塊材厚度方塊電阻的大小直接反映了擴散入硅內(nèi)部的凈雜質總量對于太陽能電池擴散工藝，可

9、以認為硅片周圍的雜質濃度是恒定的，不隨時間而改變，硅片的外表濃度Ns保持不變。雜質在硅中的分布近似為余誤差分布。)/(),(DtxerfcNstxN高濃度磷原子分布示意圖QqxNqxxRjjjs_11/1/刻蝕去邊或腐蝕去背結刻蝕去邊或腐蝕去背結擴散過程中，在硅片的周邊外表也形成了擴散層。周邊擴散層使電池的上下電極形成短路環(huán)，必須將它除去。周邊上存在任何微小的局部短路都會使電池并聯(lián)電阻下降，以至成為廢品。去邊的方法有干法刻蝕和濕法腐蝕兩種刻蝕原理刻蝕原理干法刻蝕原理：等離子體刻蝕是采用高頻輝光放電反響，使反響氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料

10、進行反響，形成揮發(fā)性生成物而被去除。它的優(yōu)勢在于快速的刻蝕速率同時可獲得良好的物理形貌 。CO22SiFOSi22CF424濕法腐蝕原理：在硝酸、氫氟酸、硫酸組成的腐蝕液中腐蝕秒鐘左右，去除硅片反面結及周邊結局部，一般使用的設備為在線式腐蝕設備。等離子刻蝕機等離子刻蝕機去磷硅玻璃去磷硅玻璃硅片在經(jīng)過等離子體刻蝕后，在前外表尚存在一層磷硅玻璃層PSG層，含磷的二氧化硅，PSG層具有親水性，易潮解，必須在PECVD鍍膜之前去掉。去PSG在HF溶液中進行，反響如下：SiO2+6HF = H2SiF6+2H2OP型襯底為什么只有一面消失？等離子刻蝕根本步驟等離子刻蝕根本步驟去磷硅玻璃清洗機去磷硅玻璃清

11、洗機刻蝕刻蝕+ +去去PSGPSG檢測內(nèi)容檢測內(nèi)容邊緣P-N型冷熱探針法外觀 目測PECVDPECVD鍍膜鍍膜PECVDPECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor DepositionPlasma Enhanced Chemical Vapor Deposition等離子增強化學等離子增強化學 氣相沉積氣相沉積等離子體：氣體在一定條件下受到高能激發(fā)，發(fā)生電離，局部外層等離子體：氣體在一定條件下受到高能激發(fā)，發(fā)生電離，局部外層電子脫離原子核，形成電子、正離子和中性粒子混合組成的一種形電子脫離原子核，形成電子、正離子和中性粒子混合組成的一種形態(tài)態(tài), ,這種形態(tài)就稱為等

12、離子態(tài)，等離子體從宏觀來也是電中性但是在這種形態(tài)就稱為等離子態(tài)，等離子體從宏觀來也是電中性但是在局部可以為非電中性。局部可以為非電中性。PECVDPECVD鍍膜工藝目的鍍膜工藝目的P型襯底氮化硅減反層n+ 發(fā)射極 在擴散后的硅片上形成一層致密的氮化硅SiNx層，進一步降低反射率。 富H的氮化硅在經(jīng)過一定的高溫后燒結過程能夠對硅體材料形成很好的鈍化作用。 阻擋金屬離子和水蒸汽的擴散。 形成良好的絕緣層。PECVDPECVD原理原理 PECVD技術原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升溫到預定的溫度，然后通入適量的反響氣體，氣體經(jīng)一系列化學反響和等離

13、子體反響，在樣品外表形成固態(tài)薄膜。PECVD方法的特點是等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學氣相沉積過程所需的激活能。電子與氣相分子的碰撞可以促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，生成活性很高的各種化學基團，能顯著降低薄膜沉積的溫度范圍。反響方程式：235034HH:iN xSNHSiH等離子體PECVDPECVD等離子產(chǎn)生方式：等離子產(chǎn)生方式：直接式直接式基片位于一個電極上，直接接觸等離子體低頻放電基片位于一個電極上，直接接觸等離子體低頻放電10-500kHz 10-500kHz 或高頻或高頻1313、56MHz),56MHz),在射頻激發(fā)的等離子的腔體內(nèi)，高速運動的在射頻激

14、發(fā)的等離子的腔體內(nèi)，高速運動的 電子激發(fā)反響氣體電子激發(fā)反響氣體NH3NH3和和SiH4SiH4產(chǎn)生等離子，沉積在硅片外表。產(chǎn)生等離子，沉積在硅片外表。間接式間接式基片不接觸激發(fā)電極如基片不接觸激發(fā)電極如2 2、45GHz45GHz微波激發(fā)等離子微波激發(fā)等離子), ),在微波激在微波激 發(fā)等離子的設備里，等離子產(chǎn)生在反響腔之外，然后由石英管發(fā)等離子的設備里，等離子產(chǎn)生在反響腔之外，然后由石英管 導入反響腔中。在這種設備里微波只激發(fā)導入反響腔中。在這種設備里微波只激發(fā)NH3NH3，而，而SiH4SiH4直接進直接進 入反響腔。入反響腔。 間接間接PECVDPECVD的沉積速率比直接的要高很多，這

15、對大規(guī)模生產(chǎn)尤其重要。的沉積速率比直接的要高很多，這對大規(guī)模生產(chǎn)尤其重要。直接式直接式PECVDPECVD間接式間接式PECVDPECVD等離子的兩種產(chǎn)生方式比較等離子的兩種產(chǎn)生方式比較PECVDPECVD設備結構設備結構平板式平板式PECVDPECVD設備設備平板式平板式PECVDPECVD工藝過程工藝過程管式管式PECVDPECVD鍍膜設備鍍膜設備管式管式PECVDPECVD工藝控制過程工藝控制過程boatheating cassetteplasma generatorCESARloadingmachinegas supplyN2SiH4NH3vacuumpumpscrubberExhau

16、st管式管式PECVDPECVD的根本工藝步驟的根本工藝步驟PECVDPECVD檢測內(nèi)容檢測內(nèi)容 膜厚、折射率橢偏儀 反射率D8反射儀 外觀均勻性、顏色目測制備電極制備電極制備電極的目的：1、收集電流2、引出電流3、將單體電池焊接成串制備電極的方法制備電極的方法絲網(wǎng)印刷法：在網(wǎng)版上制作特定電極圖形，通過刮刀的運動將網(wǎng)版上絲網(wǎng)印刷法：在網(wǎng)版上制作特定電極圖形，通過刮刀的運動將網(wǎng)版上的金屬漿料擠出網(wǎng)版，落在網(wǎng)版下面的硅片上，形成電極圖形。絲網(wǎng)的金屬漿料擠出網(wǎng)版，落在網(wǎng)版下面的硅片上，形成電極圖形。絲網(wǎng)印刷方法制作電極圖形本錢低，產(chǎn)量高，是目前規(guī)?；a(chǎn)中普遍采印刷方法制作電極圖形本錢低，產(chǎn)量高，是

17、目前規(guī)模化生產(chǎn)中普遍采用的一種制備電極的方法。用的一種制備電極的方法?？滩勐駯欧ǎ河眉す饣蛘邫C械的方法在電池外表劃出電極槽，在電極刻槽埋柵法：用激光或者機械的方法在電池外表劃出電極槽，在電極槽內(nèi)重摻之后將不同的金屬按照不同的順序叫住的電極槽內(nèi)，這種方槽內(nèi)重摻之后將不同的金屬按照不同的順序叫住的電極槽內(nèi)，這種方法制作本錢高，但電池效率高，一般用于高效電池的制作。法制作本錢高，但電池效率高，一般用于高效電池的制作。噴墨打印法：使用氣體帶動金屬漿料從特制的噴嘴噴出，沉積到電池噴墨打印法：使用氣體帶動金屬漿料從特制的噴嘴噴出，沉積到電池外表形成電極，這種方法制備的電極具有較好的高寬比，但目前設備外表形

18、成電極，這種方法制備的電極具有較好的高寬比，但目前設備尚不成熟，規(guī)模化應用較少。尚不成熟，規(guī)?；瘧幂^少。絲網(wǎng)印刷的原理絲網(wǎng)印刷的原理印刷基材硅片刮刀擠壓印刷油墨，并借助刮刀面和網(wǎng)版網(wǎng)結的阻攔，使印刷油墨呈現(xiàn)出逆向滾動狀態(tài)，當油墨行至網(wǎng)版未被乳膠膜阻擋的電極圖形區(qū)時即向下穿透網(wǎng)孔接觸印刷基材(硅片)，刮刀繼續(xù)往前推移是，那么因網(wǎng)版張力及離版間距，使油墨脫離網(wǎng)版，附著于印刷基材上，到達印刷的目的。網(wǎng)網(wǎng) 框框印印 刷刷 網(wǎng)網(wǎng) 粘著劑粘著劑刮刮 刀刀印印 墨墨版版 膜膜印印 刷刷基基 材材絲網(wǎng)印刷流程絲網(wǎng)印刷流程P型襯底電池的正反面電極圖形電池的正反面電極圖形柵線（銀漿）背電場：鋁漿背電極：鋁漿或銀

19、鋁漿電池片正面電池片正面電池片反面電池片反面絲網(wǎng)印刷的設備絲網(wǎng)印刷的設備(Baccini)(Baccini)PrintDryLoad絲網(wǎng)印刷檢測內(nèi)容絲網(wǎng)印刷檢測內(nèi)容 副柵線寬度、高度晶相顯微鏡 印刷濕重電子天平 印刷圖形完整性目測燒結的目的燒結的目的燃盡金屬漿料中的有機成分；燒穿絕緣的氮化硅膜，使?jié){料中的金屬和硅熔融合金，形成歐姆接觸；對經(jīng)過等離子轟擊的硅片退火，激活摻雜的原子，消除晶格損傷；激活氮化硅膜( )中的氫離子，使之鈍化硅片內(nèi)部晶格缺陷。H:iNxS燒結的原理燒結的原理v 燒結可看作是原子從系統(tǒng)中不穩(wěn)定的高能位置遷移至自由能最低位置的過程。漿料中的固體顆粒系統(tǒng)是高度分散的粉末系統(tǒng)，具

20、有很高的外表自由能。因為系統(tǒng)總是力求到達最低的外表自由能狀態(tài)，所以在燒結過程中，粉末系統(tǒng)總的外表自由能必然要降低，這就是燒結的動力學原理。v 固體顆粒具有很大的比外表積，具有極不規(guī)那么的復雜外表狀態(tài)以及在顆粒的制造 、細化處理等加工過程中，受到的機械、化學、熱作用所造成的嚴重結晶缺陷等，系統(tǒng)具有很高自由能.燒結時，顆粒由接觸到結合，自由外表的收縮、空隙的排除、晶體缺陷的消除等都會使系統(tǒng)的自由能降低，系統(tǒng)轉變?yōu)闊崃W中更穩(wěn)定的狀態(tài)。這是粉末系統(tǒng)在高溫下能燒結成密實結構的原因。 燒結的設備燒結的設備燒結爐燒結爐despatchdespatch燒結爐燒結爐centrothermcentrotherm

21、燒結爐內(nèi)部機構及工藝圖燒結爐內(nèi)部機構及工藝圖測試分選測試分選& &包裝入庫包裝入庫測試目的：通過模擬太陽光對太陽能電池進行參數(shù)測試和分析，并將電池片按照電性能和外觀等要求進行分類，包裝入庫。標準太陽光功率密度： 1kW/m2 =100mW/m2 ，以此作為測試儀器的入射光的功率密度即：Pin= 1kW/m2 =100mW/m2 測試環(huán)境溫度：25 電池參數(shù)的定義電池參數(shù)的定義 短路電流Isc：電池短路Uoc=0)時的電流，即最大電流； 開路電壓Uoc：電池開路Isc=0時的電壓，即最大電壓; 最大功率Pmax: 電池在光照下輸出的最大功率值； 填充因子FF：最大功率/(最大電壓

22、*最大電流) = Pmax / (Isc*Uoc) 轉換效率：電池輸出功率與太陽 光入射功率的比值測試分選設備測試分選設備( (臺達臺達 電池片的包裝入庫潔凈室標準 目前世界各國雖有自訂規(guī)格，但普遍還是采用美國聯(lián)邦標準 209 為多，今就209D 及209E 和世界上其他各國之所訂標準再做更進一步之介紹與相互比較。美國聯(lián)邦標準?Fed-Sta-209E?為潔凈室潔凈等級，一個歷史階段以來，為世界各國所采用，在標準設計行為方面，發(fā)揮了巨大的作用，隨著科學技術的開展，它完成了其歷史使命。美國環(huán)境科學委員會，于2001年11月24日正式宣布，由即日起取消并廢除潔凈室的美國聯(lián)邦標準?Fed-Sta-209E?，在美國等效使用“ISO14644-1潔凈室等級的國際標準。在以后的文件中，再出現(xiàn)美國聯(lián)邦標準?Fed-Sta-209E?的等級內(nèi)容的字樣，該文件可視之無效文件，或劣質文件或不合格文件。 我國修訂后的“潔凈廠房設計標準GB50073-2001，已經(jīng)在2002年開始實行，其中，關于潔凈室潔凈等級，等效采用“ISO14644-1潔凈室等級的國際標準，實現(xiàn)了與國際接軌。晶硅太