太陽能電池制造技術(shù)晶硅非晶硅

太陽能電池制造技術(shù)晶硅非晶硅第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六Outline太陽能電池太陽能電池分類晶體硅電池的工藝電池效率總結(jié)第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六太陽能電池產(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，共29頁，2023年，2月20日，星期六太陽能電池結(jié)構(gòu)

太陽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，共29頁，2023年，2月20日，星期六太陽能電池分類現(xiàn)有的太陽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Firstsolar銅銦鎵硒(CIGS)：美國Nanosolar第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六太陽能電池分類

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

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)工藝測試工藝第7頁，共29頁，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，增加光尤其是長波長光在硅片內(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，共29頁，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，共29頁，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：腐蝕量計算、反射率、少子壽命的測試。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：單晶硅：無錫瑞能、深圳捷佳創(chuàng)、48所多晶硅：德國RENA、Schmid第10頁，共29頁，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，當(dāng)光照射到硅片上被吸收產(chǎn)生電子-空穴對時，電場能將電子-空穴對分開，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，從高濃度流動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，共29頁，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，共29頁，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：48所德國：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，共29頁，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，共29頁，2023年，2月20日，星期六邊緣刻蝕的監(jiān)控：邊緣電阻測試

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)備國內(nèi)：等離子體刻蝕—48所，捷佳創(chuàng)國外：激光刻蝕—德國Rofin濕法刻蝕—德國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，共29頁，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，同時玻璃層還有多種金屬離子雜質(zhì)，會降低少子壽命，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：單晶硅：無錫瑞能、深圳捷佳創(chuàng)，48所多晶硅：德國RENA第16頁，共29頁，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：太陽光照射到硅片表面被硅片吸收透射的同時，也會有很大一部分光從該面反射掉，這就大大減少了太陽能的利用率，所以要在硅片表面接觸陽光的一側(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的1/4時，在薄膜的兩個面上反射的光，路程差恰好等于半個波長，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，共29頁，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，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)備國內(nèi)：48所國外：德國Roth&Rau(inline)，

德國Centrotherm(tube)第18頁，共29頁，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，共29頁，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，同時完成金屬與硅片的合金化，便于電極收集電子。第20頁，共29頁，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，共29頁，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，共29頁，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，共29頁，2023年，2月20日，星期六7測試分選目的：繪制I-V曲線圖，測試出電池的各項電性能參數(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。太陽能電池轉(zhuǎn)化效率(conversionefficiencyofthesolarcell)：定義為Eff=Pm/MS，即受光照射的太陽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，共29頁，2023年，2月20日，星期六7測試分選I/PMIVPmIscVmImVoc00IscVoc太陽能電池測試標(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，共29頁，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測試分選：、、、測試分選設(shè)備德國berger美國spire美國GT芬蘭endeas第26頁，共29頁，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廠家生產(chǎn)的太陽能電池，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)太陽能電池：平均效率在16.5%-18%之間多晶硅(multicrystallinesilicon)太陽能電池：