太陽(yáng)能電池制造技術(shù)晶硅非晶硅

太陽(yáng)能電池制造技術(shù)晶硅非晶硅第1頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Outline太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池分類晶體硅電池的工藝電池效率總結(jié)第2頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)鏈工業(yè)硅6N以上高純多晶硅單晶硅棒多晶硅錠物理化學(xué)處理高溫熔融單晶硅片多晶硅片組件系統(tǒng)第3頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)能電池分為單晶電池和多晶電池，但是它們的結(jié)構(gòu)基本一樣，都有以下部分組成單晶電池多晶電池鋁硅形成背面硅基體擴(kuò)散層藍(lán)色氮化硅絨面表面主柵線表面細(xì)柵線第4頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六太陽(yáng)能電池分類現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池可以分成以下幾類：晶體硅單晶硅：無錫尚德(Suntech)、南京中電(ChinaSunergy)、河北晶澳(JingaoSolar)等。多晶硅：天威英利(YingliGreenEnergy)、常州天合(TrinaSolar)、蘇州阿特斯(CSI)等。薄膜非晶硅：天威薄膜、杭州正泰、南通強(qiáng)生等碲化鎘(CdTe)：美國(guó)Firstsolar銅銦鎵硒(CIGS)：美國(guó)Nanosolar第5頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六太陽(yáng)能電池分類

染料敏化太陽(yáng)能電池（DyeSensitiveSolarCell)有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池（OrganicFilmSolarCell)納米量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池（NanometerQuantumDotSolarCell)未來電池目前處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，實(shí)際生產(chǎn)還未開發(fā)出來的太陽(yáng)能電池，或許會(huì)成為未來50年太陽(yáng)能電池的主角，它們是：第6頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六晶體硅太陽(yáng)能電池工藝簡(jiǎn)介

晶體硅電池工藝分為單晶硅電池工藝和多晶硅電池工藝，它們大體上相同，最大的不同在于第一步的清洗制絨，工藝步驟如下：

硅片清洗、制絨工藝（單晶硅用堿液制絨面，多晶硅用HF和HNO3混合酸制絨面）擴(kuò)散工藝（企業(yè)中采用的是POCl3液態(tài)源擴(kuò)散）邊緣刻蝕工藝氫氟酸清洗工藝（去磷硅玻璃）（去PSG）

PECVD鍍膜工藝印刷燒結(jié)工藝測(cè)試工藝第7頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1硅片清洗制絨

目的：清洗是為了除去沾污在硅片上的各種雜質(zhì)，包括油脂、金屬離子、塵埃等；表面刻蝕制絨(SDE,texture)是為了除去硅片表面的切割損傷層，同時(shí)得到合理的粗糙表面，減小光在表面的反射，增加光尤其是長(zhǎng)波長(zhǎng)光在硅片內(nèi)傳輸路徑，獲得適合擴(kuò)散制p-n結(jié)要求的硅表面。

單晶硅各向異性，我們采用強(qiáng)堿氫氧化鈉(NaOH)腐蝕制絨，而多晶硅是各向同性，采用強(qiáng)酸硝酸和氫氟酸(HNO3+HF)腐蝕制絨。第8頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1硅片清洗制絨單晶硅電池在掃描電鏡下放大1500倍的制絨表面多晶硅電池在掃描電鏡下放大1000倍的制絨表面第9頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1硅片清洗制絨清洗后硅片質(zhì)量監(jiān)控：腐蝕量計(jì)算、反射率、少子壽命的測(cè)試。硅片要求表面光亮，無肉眼可見沾物，無崩邊、缺角、穿孔等可視缺陷，即為合格品。清洗制絨常用設(shè)備廠家：?jiǎn)尉Ч瑁簾o錫瑞能、深圳捷佳創(chuàng)、48所多晶硅：德國(guó)RENA、Schmid第10頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2擴(kuò)散制p-n結(jié)目的：在P型硅片的表面擴(kuò)散(diffusion)進(jìn)一薄層磷，以形成0.3-0.6微米左右深的淺p-n結(jié)，p-n結(jié)形成后，能在硅片內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)光照射到硅片上被吸收產(chǎn)生電子-空穴對(duì)時(shí)，電場(chǎng)能將電子-空穴對(duì)分開，產(chǎn)生電流。擴(kuò)散的原理：擴(kuò)散是自然界普遍存在一種規(guī)律。所謂擴(kuò)散，就是物體存在濃度不均勻時(shí)，從高濃度流動(dòng)到低濃度直至平衡的一種現(xiàn)象。當(dāng)磷沉積在硅片表面后，表面與內(nèi)部存在濃度梯度，磷原子在高溫驅(qū)動(dòng)下穿過晶格到達(dá)其平衡位置，在硅片片面形成n型層。第11頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2擴(kuò)散制p-n結(jié)擴(kuò)散后硅片的監(jiān)控：測(cè)試方塊電阻R□

(sheetresistance)，R□可理解為在硅片上正方形薄膜兩端之間的電阻，他與薄膜的電阻率和厚度有關(guān)，與薄膜的尺寸無關(guān)。通過的R□測(cè)試，可以近似比較磷擴(kuò)散的平均深度。擴(kuò)散后的硅片要求表面光亮且無肉眼可見沾物，無崩邊、缺角、孔洞等可視缺陷才視為合格品。擴(kuò)散后的多晶硅硅片第12頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2擴(kuò)散制p-n結(jié)擴(kuò)散的分類：鏈?zhǔn)綌U(kuò)散：diffusioninline管式擴(kuò)散：diffusionintube擴(kuò)散設(shè)備主要廠家：中國(guó)：48所德國(guó)：Tempress、Centrotherm、Schmid單面擴(kuò)散雙面擴(kuò)散管式：48所、Tempress、Centrotherm鏈?zhǔn)剑篠chmid第13頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3周邊刻蝕目的：擴(kuò)散過程中，硅片的外圍表面導(dǎo)電類型都變成了n型。此工序就是利用等離子體刻蝕機(jī)刻蝕(etching)硅片邊緣，以使前表面與背表面的n型層隔斷，防止電池做出來以后正負(fù)極出現(xiàn)短路。如圖所示：雙面擴(kuò)散的周邊刻蝕第14頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六邊緣刻蝕的監(jiān)控：邊緣電阻測(cè)試

參與反應(yīng)的氣體除了去除邊緣n型硅外，還能去除硅片表面的n型硅，所以刻蝕操作時(shí)一定要壓緊硅片，不能使硅片間留有間隙。3周邊刻蝕刻蝕設(shè)備國(guó)內(nèi)：等離子體刻蝕—48所，捷佳創(chuàng)國(guó)外：激光刻蝕—德國(guó)Rofin濕法刻蝕—德國(guó)RENA刻蝕分類干法刻蝕濕法刻蝕等離子體刻蝕激光刻蝕第15頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4氫氟酸清洗目的：硅片在擴(kuò)散的過程中表面生成了氧化硅(SiO2)，它和磷的氧化物形成磷硅玻璃(PSG:phosphatesilicateglass),玻璃層的存在會(huì)在電極印刷過程中，影響到金屬電極和硅片的接觸，降低電池的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)玻璃層還有多種金屬離子雜質(zhì)，會(huì)降低少子壽命，因此引入HF清洗工藝。HF酸清洗設(shè)備一般與第一道工序制絨清洗設(shè)備同步配置。常用設(shè)備廠家：?jiǎn)尉Ч瑁簾o錫瑞能、深圳捷佳創(chuàng)，48所多晶硅：德國(guó)RENA第16頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六5PECVD鍍膜PECVD定義：等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積，英文PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition縮寫PECVD鍍膜的目的：太陽(yáng)光照射到硅片表面被硅片吸收透射的同時(shí)，也會(huì)有很大一部分光從該面反射掉，這就大大減少了太陽(yáng)能的利用率，所以要在硅片表面接觸陽(yáng)光的一側(cè)鍍上一層減反射膜，當(dāng)薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長(zhǎng)的1/4時(shí)，在薄膜的兩個(gè)面上反射的光，路程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)，因而互相抵消，這就大大減少了光的反射損失，增強(qiáng)了吸收光的強(qiáng)度，提高電池效率。第17頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六薄膜的其他功能：這層薄膜主要由藍(lán)色的氮化硅組成，除了前面所說的減反射(anti-reflection)作用外，還能起到鈍化(passivation)的效果。同時(shí)，致密的氮化硅能阻擋鈉離子擴(kuò)散，不透潮氣，具有極低的氧化速率，還可防止劃傷。5PECVD鍍膜PECVD鍍膜設(shè)備國(guó)內(nèi)：48所國(guó)外：德國(guó)Roth&Rau(inline)，

德國(guó)Centrotherm(tube)第18頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六單體硅PECVD鍍膜后效果圖5PECVD鍍膜第19頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6印刷燒結(jié)目的：通過絲網(wǎng)印刷(screenprinting)在太陽(yáng)能電池的兩面制作金屬電極、正面收集電子，背面電極利于焊接以及組件(module)的制成，是硅片制成電池的重要環(huán)節(jié)。燒結(jié)(firing)則是為了將作為電極的粘稠漿料烘干，同時(shí)完成金屬與硅片的合金化，便于電極收集電子。第20頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

銀漿SiNX減反膜p-n結(jié)硅基片銀鋁漿、鋁漿網(wǎng)版刮刀漿料基板絲網(wǎng)印刷平臺(tái)絲網(wǎng)印刷過程示意圖燒結(jié)后電池結(jié)構(gòu)示意圖6印刷燒結(jié)第21頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6印刷燒結(jié)主柵線(busbar)細(xì)柵線(fingergrid)多晶硅硅片印刷燒結(jié)后得到的電池(solarcell)示意圖第22頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6印刷燒結(jié)印刷設(shè)備：45所，Baccini，Asys，DEK-J燒結(jié)設(shè)備：Despatch，BTU，Centrotherm第23頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六7測(cè)試分選目的：繪制I-V曲線圖，測(cè)試出電池的各項(xiàng)電性能參數(shù)(包括電池效率)，把電參數(shù)相近的分為一類(通常為效率相近)，同一類電池片按照不同顏色分選包裝。太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率(conversionefficiencyofthesolarcell)：定義為Eff=Pm/MS，即受光照射的太陽(yáng)電池的最大功率與入射到該電池上的全部功率的百分比。(M為標(biāo)準(zhǔn)輻照強(qiáng)度1000W/m2；S為電池的面積)第24頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六7測(cè)試分選I/PMIVPmIscVmImVoc00IscVoc太陽(yáng)能電池測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)條件為：25℃、AM1.5、1000W/m2圖中Voc表示開路電壓，Isc表示短路電流，Pm表示最大功率，Im最大電流，Vm最大電壓。定義填充因子FF=Pm/(VocIsc)=ImVm/(VocIsc)，故電池效率還可以表達(dá)為：Eff=Pm/MS=FFVocIsc/1000S，S單位為m2。第25頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六開路電壓Voc：opencircuitvoltage短路電流Isc：shortcircuitcurrent填充因子FF：fillingfactor最大功率Pm：maximumpower轉(zhuǎn)換效率Eff：conversionefficiency7測(cè)試分選：、、、測(cè)試分選設(shè)備德國(guó)berger美國(guó)spire美國(guó)GT芬蘭endeas第26頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期六電池效率總結(jié)

綜合世界上目前各個(gè)廠家生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池，平均效率差異較大，原材料不同引起的效率差別也很明顯。單晶硅(monocrystallinesilicon)太陽(yáng)能電池：平均效率在16.5%-18%之間多晶硅(multicrystallinesilicon)太陽(yáng)能電池：