ch4太陽電池的制造

硅材料來源優(yōu)質(zhì)石英砂，也稱硅砂，以大量的硅酸鹽礦和石英礦存在于自然界中硅砂（焦炭電爐）硅鐵(冶金鐵,含硅97%-99%)鹽酸三氯氫硅(CH4硅烷)還原＋氫氣多晶硅硅在地殼中的含量為27.7%，在所有的元素中居第二位，地殼中含量最多的元素氧和硅結合形成的二氧化硅SiO2，占地殼總質(zhì)量的87%。由于硅易于與氧結合，自然界中沒有游離態(tài)的硅存在硅有晶態(tài)和無定形兩種同素異形體。§4.1硅材料的制備硅材料來源晶態(tài)硅分為單晶硅和多晶硅，它們均具有金剛石晶格，晶體硬而脆，具有金屬光澤，能導電，但導電率不及金屬，且隨溫度升高而增加，具有半導體性質(zhì)。晶態(tài)硅的熔點1410C,沸點2355C,密度2.32~2.34g/cm3，莫氏硬度為7。單晶硅和多晶硅的區(qū)別是，當熔融的單質(zhì)硅凝固時,硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。如在力學性質(zhì)、電學性質(zhì)等方面，多晶硅不如單晶硅。多晶硅錠制造杜邦法：SiCl4鋅還原法三氯氫硅法（西門子法）制作三氯氫硅(TCS)分餾TCS達到PPb級超純化學氣相沉積法還原成多晶硅硅烷法成本和質(zhì)量都比三氯氫硅法高多晶硅原料的制造流程的分類(Siemens方法)冶金級多晶硅原料的制造Simens方法最普遍的制程條件為：石英反應爐的爐壁溫度要在575oC以下，晶種溫度約為1100oC.SiHCl3與H2的摩爾比率在5～15%之間反應爐的壓力要小于5psi.氣體流量要比計算值大，以增加沉積速率及帶走HCl氣體§4.2多晶硅的制備如何降低生產(chǎn)成本，一直是太陽電池業(yè)者所面臨最大的挑戰(zhàn)之一。由于CZ單晶片的生產(chǎn)成本較高，因此促使太陽電池業(yè)者尋求使用價格較低廉的多晶硅片來當原料基板。多晶硅片一般是將熔融的硅鑄造固化而成，因其制程簡單及高產(chǎn)出率，所以具有成本較低的優(yōu)勢，已經(jīng)超越單晶硅太陽電池，成為全球太陽電池市場最高（>50%）的主流技術?！?.3單晶硅的制備硅是太陽電池產(chǎn)業(yè)最主要的材料。在全球生產(chǎn)的太陽電池中有90%以上是使用結晶硅的，這其中多晶硅太陽電池大概占了50%以上，而單晶硅太陽電池占將近40%左右。在工業(yè)界，主要有2種方法可用來生長單晶硅。其中，直拉單晶法（又稱Czochralski法，簡稱CZ法）占了約85%，另一個方法為區(qū)熔法（FZ法）。實際上只有CZ法較適合使用者太陽電池產(chǎn)業(yè)上。FZ法雖然可以制造出最高轉(zhuǎn)換效率的硅晶片，但因價格過高，所以很少用在太陽電池產(chǎn)業(yè)上。*CZ法雖然CZ單晶硅太陽電池理論能量轉(zhuǎn)換效率可達24.7%，但一般商業(yè)等級的CZ單晶硅太陽電池最高只能達到約17%左右，這是因為考慮到成本因素，無法采用最高等級的原料及制程條件的緣故。要降低單晶硅片的生產(chǎn)成本，必須從以下方面著手：提高CZ單晶生長的產(chǎn)出率。使用再生硅原料以降低原料成本降低線切割的成本切更薄的硅單晶片日本生產(chǎn)的16in硅單晶大晶體，重438Kg（a）一CZ拉晶爐設備的外觀，（b）拉晶爐內(nèi)部的熱場與拉晶的示意圖CZ拉晶流程(1)加料(StackingCharge)此步驟主要是將多晶硅原料及摻雜物置入石英坩堝內(nèi)。雜質(zhì)的種類依電阻為N或P型而定。P型的摻雜物為硼，N型摻雜物則一般使用磷。將多晶硅原料加到石英坩堝CZ拉晶流程(2)熔化(Meltdown)多晶硅原料正在熔化過程當加完多晶硅原料于石英坩堝內(nèi)后，長晶爐必須關閉并抽真空使之維持在一定的壓力范圍。然后打開石墨加熱器電源，加熱至熔化溫度（1420oC）以上，將多晶硅原料熔化。在此過程中，最重要的制程參數(shù)為加熱功率的大小，使用過大的功率來熔化多晶硅，雖可以縮短熔化時間，將可能造成石英坩堝壁的過度損傷，而降低石英坩堝之壽命。反之若功率過小，則整個熔化過程耗時太久，產(chǎn)能乃跟著下降。CZ拉晶流程(3)穩(wěn)定化(Stabilization)當硅溶液完全熔化后，將其溫度調(diào)到適合拉晶的穩(wěn)定狀態(tài)。熔化后讓硅溶液溫度穩(wěn)定化CZ拉晶流程(4)晶頭生長(NeckGrowth)晶頭生長可消除差排的示意圖CZ拉晶流程(5)晶冠生長(CrownGrowth)晶冠與晶肩的生長階段CZ拉晶流程(6)晶身生長(BodyGrowth)晶身的生長步驟長完晶頭及晶肩之后，藉著拉速與溫度的不斷調(diào)整，可使晶棒的直徑維持在±2mm之間，這段直徑固定的部分即稱之為晶身。由于硅晶片即取自晶身，此階段的參數(shù)控制是非常重要的。在晶身生長時，拉速一般要隨著晶身長度而遞減，這是因為隨著液面高度的下降，晶棒受到石英坩堝壁的熱輻射增加，散熱能力變差的原因。CZ拉晶流程(7)尾部生長(TailGrowth)晶尾的生長步驟在長完晶身部分之后，如果立刻將晶棒與液面分開，那么熱應力使得晶棒出現(xiàn)差排與滑移線。于是為避免此一問題發(fā)生，必須將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點而與液面分開。這一過程即稱之為尾部生長。接著，長完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時間后取出，即完成一次生長周期。常見的太陽電池級CZ硅單晶片的規(guī)格范例§4.4晶體硅太陽電池的制造生產(chǎn)四個技術階段:原料、基片、電池、組件工藝流程：切片

清洗腐蝕

制結

去邊

制減反射膜

電極制備

燒結

檢測4.4.1原料的切割線切割示意圖4.4.2表面處理硅片的表面處理硅片的化學處理表面污染的雜質(zhì)：油脂、松香等有機物質(zhì)，金屬離子等無機化合物，塵埃等可溶性物質(zhì)高純水、甲苯三氯乙烯等有機溶劑和高純中性洗滌劑等清洗硅片的表面腐蝕利用酸性或堿性腐蝕液對硅切片損傷腐蝕主標志面主標志面主標志面主標志面次標志面次標志面次標志面{111}n型{111}p型{100}n型{100}p型半導體晶片上的辨別標志面太陽電池生產(chǎn)流程：清洗制絨擴散去PSG印刷刻蝕PECVD硅片燒結電池電池生產(chǎn)線硅片生產(chǎn)線組件生產(chǎn)線清洗制絨作為太陽電池生產(chǎn)中的第一道工序，其主要作用有兩個：

損傷層1）祛除硅片表面的雜質(zhì)損傷層：損傷層是在硅片切割過程中形成的表面（10微米左右）晶格畸變，具有較高的表面復合。2）形成陷光絨面結構：光線照射在硅片表面通過多次折射，達到減少反射率的目的。4.4.3制作絨面表面絨面化

由于硅片用P型（100）硅片，可利用氫氧化鈉溶液對單晶硅片進行各向異性腐蝕的特點來制備絨面。當各向異性因子>10時（所謂各向異性因子就是（100）面與（111）面單晶硅腐蝕速率之比），可以得到整齊均勻的金字塔形的角錐體組成的絨面。絨面具有受光面積大，反射率低的特點?？商岣邌尉Ч杼栯姵氐亩搪冯娏?，從而提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

絨面制作方法：

目前，晶體硅太陽電池的絨面一般的是通過化學腐蝕的方法制作完成，針對不同的硅片類型，有兩種不同的化學液體系：制絨的作用及方法2）多晶硅絨面制作：多晶硅絨面單晶硅絨面1）單晶硅絨面制作：

Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑此反應為各向異性反應，也是形成金字塔絨面的原因3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2OSiO2+4HF→SiF4+2H2OSiF4+4HF→H2SiF6此反應為各向同性反應，形成蠕蟲狀絨面金字塔形角錐體的表面積S0等于四個邊長為a正三角形S之和

由此可見有絨面的受光面積比光面提高了1.732倍。絨面受光面積

當一束強度為E0的光投射到圖中的A點，產(chǎn)生反射光Φ1和進入硅中的折射光Φ2。反射光Φ1可以繼續(xù)投射到另一方錐的B點，產(chǎn)生二次反射光Φ3和進入半導體的折射光Φ4；而對光面電池就不產(chǎn)生這第二次的入射。經(jīng)計算可知還有11%的二次反射光可能進行第三次反射和折射，由此可算得絨面的反射率為9.04%。絨面反射率絨面反射率：制絨前：硅片表面的反射率一般為20%左右；制絨后：單晶的反射率可降至10%；多晶可降至15%；清洗制絨可有效提升對光線的吸收效率，提升電池性能。2.1單晶硅制絨設備設備架構：槽式制絨設備，分為制絨槽、水洗槽、噴淋槽、酸洗槽等。設備特點：可根據(jù)不同清洗工藝配置相應的清洗單元；清洗功能單元模塊化，各部分有獨立的控制單元，可隨意組合；結構緊湊，凈化占地面積小，造型美觀、實用，操作符合人機工程原理。生產(chǎn)能力：邊長125：1000pcs/h清洗制絨的工藝設備及操作流程工藝槽體布局及工藝：操作方向1#槽2#槽3#槽4#槽5#槽6#槽7#槽8#槽9#槽作用去雜質(zhì)顆粒去雜質(zhì)顆粒形成金字塔絨面形成金字塔絨面去除堿液去除金屬雜質(zhì)去除酸液使硅片更易脫水去除酸液溶液純水純水IPA、添加劑、NaOHIPA、添加劑、NaOH純水鹽酸純水氫氟酸純水溫度60℃60℃78℃78℃常溫常溫常溫常溫常溫時間300S300s900s900s180s180s180s180s180s輔助超聲鼓泡鼓泡噴淋噴淋水槽水槽制絨槽制絨槽清洗制絨的工藝設備及操作流程工藝上片水槽水槽水槽HCL槽HF槽各種藥液的作用

1.異丙醇：降低硅片表面張力，減少氣泡在硅片表面的吸附，使金字塔更加均勻一致。

2.添加劑：

-降低硅表面張力，促進氫氣泡的釋放，使金字塔更加均勻一致。

-增加溶液的粘稠度，減弱NaOH溶液對硅片的腐蝕力度，增強腐蝕的各向異性

3.HF酸：去除硅的氧化物，使硅片更易脫水

4.HCL：去除金屬離子清洗制絨的工藝設備及操作流程工藝單晶制絨遵循原則：

小而均勻，布滿整個硅片表面清洗制絨的工藝設備及操作流程工藝單晶制絨過程中影響因素

1.堿液濃度

2.溶液的溫度

3.制絨腐蝕時間的長短

4.異丙醇的濃度

5.制絨槽內(nèi)硅酸鈉的累積量

6.槽體密封程度、異丙醇的揮發(fā)程度領料插片配槽制絨清洗甩干單晶制絨生產(chǎn)流程:注意事項：

1.進入制絨車間佩戴好防酸堿手套、圍裙、口罩等；

2.禁止裸手接觸硅片；

3.甩干后保持硅片表面干燥；

4.及時將甩干后硅片送入擴散車間，滯留時間不超過1h。清洗制絨的工藝設備及操作流程工藝上料位下料位清洗制絨的工藝設備及操作流程工藝2.2多晶制絨設備：設備架構：鏈式制絨，槽體根據(jù)功能不同分為入料段、濕法刻蝕段、水洗段、堿洗段、水洗段、酸洗段、溢流水洗段、吹干槽。所有槽體的功能控制在操作電腦中完成。上料位下料位清洗制絨的工藝設備及操作流程工藝2.2多晶制絨設備：

產(chǎn)品特點：有效減少化學藥品使用量高擴展性模塊化制程線擁有完善的過程監(jiān)控系統(tǒng)和可視化操作界面優(yōu)化流程，降低人員勞動強度通過高可靠進程降低碎片率自動補充耗料實現(xiàn)穩(wěn)定過程控制產(chǎn)能：

125mm*125mm硅片：2180片/小時

156mm*156mm硅片：1800片/小時

多晶制絨的影響因素：

1.溫度對氧化反應的影響比較大，對擴散及溶解反應的影響比較小。溫度升高，反應速度常數(shù)會增大，物質(zhì)傳輸速度也增大。

2.水的加入主要降低了硝酸的濃度，從而減小了酸液對硅片的氧化能力

3.硫酸能提高溶液粘度，也不參加腐蝕反應，可以穩(wěn)定反應速度，增加腐蝕均勻性。（rena刻蝕設備加硫酸而kuttler并不加）清洗制絨的工藝設備及操作流程工藝注意事項：

1.禁止裸手接觸硅片；

2.上片時保持硅片間距40mm左右；

3.制絨時帶速禁止隨意改動；

4.下片時注意硅片表面是否吹干；

5.制絨清洗完硅片要盡快擴散，滯留時間不超過1h。清洗制絨的工藝設備及操作流程工藝多晶制絨生產(chǎn)流程:領料上片制絨水洗堿洗水洗酸洗水洗吹干3、主要檢測項目及保準表面結構：金相顯微鏡電子掃描顯微鏡單晶絨面-金字塔多晶絨面-溝槽金字塔為3微米左右蠕蟲狀細坑為3微米左右絨面標準：反射率：3、主要檢測項目及標準所用儀器：標準8度角絨面積分式反射儀(D8)減薄量：反射率標準：在保持硅片減薄量的前提下，反射率越低越好，單晶不能大于10%，多晶不能大于15%減薄量標準：單晶0.3克左右多晶0.4克左右所用儀器：電子天平4、常見問題及解決方法類別現(xiàn)象原因解決方法單晶制絨白斑絨面沒有制滿延長制絨時間、增加NaOH小雨點H2沒有及時脫離硅片表面增加IPA水痕硅酸鈉含量過大重新配槽、改善噴淋手指印脂肪酸玷污規(guī)范生產(chǎn)操作手法多晶制絨黑絨反應過于劇烈增加2#槽HNO3表面發(fā)亮反應過多增加2#槽HF擴散后發(fā)藍沒有完全吹干改善吹風、增加6#槽HF含量減重不在范圍之內(nèi)反應速度過快或過慢手動添加2#槽的藥液含量5、未來工藝的發(fā)展方向單晶堿腐蝕的改進技術現(xiàn)有工藝改進：單晶小絨面，減少漏電流、減少磨損的幾率。設備改進，一體化設備：制絨后烘干。制絨新技術：激光制絨，形成規(guī)則金字塔表面。多晶酸腐蝕的改進技術酸腐蝕溶液配方的優(yōu)化控制反應速度的緩沖劑，H2SO4在現(xiàn)有工藝的基礎上，增加一些輔助技術，如蒸氣制絨。規(guī)則金字塔表面4.4.4擴散制結擴散制結：多數(shù)廠家都選用p型硅片來制作太陽電池，那么一般用POCL3液態(tài)源作為擴散源。擴散設備可用橫向石英管或鏈式擴散爐,進行磷擴散形成n型層。擴散的最高溫度可達到850-900℃。這種方法制出的結均勻性好，方塊電阻的不均勻性小于10％，少子壽命可大于10μs。擴散過程遵從如下反應式：4POCL3

＋3O2（過量）→2P2O5＋2CL2（氣），2P2O5＋5Si→5SiO2+4P近年來，ShellSolar開發(fā)了新的擴散工藝，即采用紅外加熱的辦法，明顯提高了工效，擴散速度可以達到每秒完成一片電池。1、刻蝕的作用及方法刻蝕作為太陽電池生產(chǎn)中的第三道工序，其主要作用是去除擴散后硅片四周的N型硅，防止漏電。擴散后硅片P的分布去PSG顧名思義，其作用是去掉擴散前的磷硅玻璃。反應方程式如下：SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O4.4.5去邊（刻蝕）

刻蝕制作方法：

目前，晶體硅太陽電池一般采用干法和濕法兩種刻蝕方法。1、刻蝕的作用及方法

1）干法刻蝕原理

干法刻蝕是采用高頻輝光放電反應，使反應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進行反應，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（這是各向同性反應）。2）濕法刻蝕原理3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2OSiO2+4HF→SiF4+2H2OSiF4+2HF→H2SiF6

大致的腐蝕機制是HNO3氧化生成SiO2，HF再去除SiO2。下面為化學反應方程式：水在張力作用下吸附在硅片表面。2.1干法刻蝕設備：設備名稱：MCP刻邊機設備特點：1.采用不銹鋼材質(zhì)做反應腔，解決了石英體腔在使用過程中，頻繁更換腔體帶來的消耗。2.電極內(nèi)置，克服了射頻泄露、產(chǎn)生臭氧的危害。3.射頻輻射低于國家職業(yè)輻射標準。生產(chǎn)能力：一小時1200PCS2、刻蝕的工藝設備、操作流程及常用化學品干法刻蝕中影響因素：

主要是CF4，O2的流量，輝光時間，輝光功率。右面表格為中式線所用工藝。工作氣體流量（SCCM）氣壓（pa）輝光功率（W）輝光顏色O2CF4腔體內(nèi)呈乳白色，腔壁處呈淡紫色

20200100500工作階段時間（S）抽氣進氣輝光抽氣清洗抽氣充氣6012060030205060首先，母體分子CF4在高能量的電子的碰撞作用下分解成多種中性基團或離子。其次，這些活性粒子由于擴散或者在電場作用下到達SiO2表面，并在表面上發(fā)生化學反應（摻入O2，提高刻蝕速率）。干法刻蝕工藝過程：2、刻蝕的工藝設備、操作流程及常用化學品干法刻蝕生產(chǎn)流程：裝片運行刻蝕工藝下片插片去psg清洗甩干生產(chǎn)注意事項：

禁止裸手接觸硅片；插片時注意硅片擴散方向，禁止插反；刻蝕邊緣在1mm左右；刻蝕清洗完硅片要盡快鍍膜，滯留時間不超過1h。2、刻蝕的工藝設備、操作流程及常用化學品KUTTLER設備外觀及軟件操作界面2.2濕法刻蝕設備主要結構說明：槽體根據(jù)功能不同分為入料段、濕法刻蝕段、水洗段、堿洗段、水洗段、酸洗段、溢流水洗段、吹干槽。所有槽體的功能控制在操作電腦中完成。產(chǎn)品特點：有效減少化學藥品使用量高擴展性模塊化制程線擁有完善的過程監(jiān)控系統(tǒng)和可視化操作界面優(yōu)化流程，降低人員勞動強度通過高可靠進程降低碎片率自動補充耗料實現(xiàn)穩(wěn)定過程控制產(chǎn)能：

125mm*125mm硅片：2180片/小時

156mm*156mm硅片：1800片/小時2、刻蝕的工藝設備、操作流程及常用化學品槽體布局及工藝：操作方向，帶速1.2m/min上片上料位去PSG槽刻蝕槽水槽堿槽水槽酸槽水槽吹干下料位槽號2#槽3#槽4#槽5#槽6#槽7#槽8#槽溶液HFHF、HNO3

NaOH

HF、HNO3

作用去PSG刻蝕、背面拋光

去多孔硅

去金屬雜質(zhì)、使硅片更易脫水

溫度常溫4℃常溫20℃常溫常溫常溫濕法刻蝕影響因素：帶速、溫度、槽液內(nèi)各藥液濃度、外圍抽風、液面高度等。2、刻蝕的工藝設備、操作流程及常用化學品KUTLLER刻蝕設備特點：先去PSG，后刻蝕。此種方法優(yōu)點是避免了先刻蝕由于毛細作用，導致PECVD后出現(xiàn)白邊。缺點是由于氣相腐蝕的原因，在刻蝕后方阻會上升。

檢測工藝點：

1.方阻上升在范圍之內(nèi)

2.減重在范圍之內(nèi)

3.3#槽藥液浸入邊緣在范圍之內(nèi)

4.片子是否吹干，表面狀況是否良好1.避免使用有毒氣體CF4。2.背面更平整，背面反射率優(yōu)于干刻，能更有效的利用長波增加Isc。被場更均勻，減少了背面復合，從而提高太陽能電池的Voc。濕法刻蝕優(yōu)點：

濕法刻蝕影響因素：帶速、溫度、槽體內(nèi)各藥液濃度、外圍抽風、液面高度等。2、刻蝕的工藝設備、操作流程及常用化學品上片去PSG刻蝕水洗堿洗水洗酸洗水洗吹干濕法刻蝕生產(chǎn)流程：生產(chǎn)注意事項：禁止裸手接觸硅片；上片時保持硅片間距40mm左右，擴散面朝上上片，禁止放反；刻蝕邊緣在1mm左右；下片時注意硅片表面是否吹干；刻蝕清洗完硅片要盡快鍍膜，滯留時間不超過1h。2、刻蝕的工藝設備、操作流程及常用化學品CF4：無色無臭毒性氣體。不燃，若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。吸入后可引起頭痛、惡心嘔吐、快速窒息等。HF：無色透明至淡黃色冒煙的液體，有刺激性氣味，具有弱酸性。腐蝕性強，對牙、骨損害較嚴重，對皮膚有強烈的腐蝕性作用。HCL：無色透明液體，為一種強酸，具有揮發(fā)性。眼和皮膚接觸可致灼傷，長期接觸可引起鼻炎、皮膚損害等。HNO3：無色透明液體，具有強氧化性、強腐蝕性，有窒息性刺激氣味，在空氣中冒煙，見光易分解生成NO2而顯棕色。NaOH：白色晶體，有強烈的腐蝕性，有吸水性，可用作干燥劑，溶于水同時放出大量的熱量。2.3刻蝕常用化學品：2、刻蝕的工藝設備、操作流程及常用化學品3、主要檢測項目及標準刻蝕主要檢測硅片的減薄量、上升的方阻、硅片邊緣的PN型。減薄量：減薄量標準：多晶0.05-0.1克所用儀器：電子天平方阻上升：所用儀器：四探針測試儀方阻上升標準：方阻上升5個以內(nèi)冷熱探針、三探針硅片邊緣的PN型：所用儀器：冷熱探針、三探針邊緣PN型：顯示P型電子天平

四探針測試儀4、常見問題及解決方法刻蝕方法常見問題原因解決辦法干法刻蝕刻蝕不足刻蝕時間過短、氣量不足、射頻功率過低相應調(diào)整刻蝕參數(shù)過刻刻蝕時間過長、射頻功率過高相應調(diào)整刻蝕參數(shù)濕法刻蝕方阻上升過大酸液串槽加水稀釋、重新配槽3#槽酸性氣體濃度過高檢查、加大抽風整體過刻、刻不通液面高度過高或過低減小、增大泵浦功率氣流不均勻增大或減小抽風部分過刻或刻不通液面不水平調(diào)整抽風滾輪不水平調(diào)換滾輪氣流不均勻調(diào)節(jié)抽風5、未來工藝的發(fā)展方向1.刻蝕發(fā)展方向：去PSG工序?qū)⑴c干法刻蝕合為一道工序，干法刻蝕將逐步被濕法刻蝕所取代。2.濕法刻蝕最新設備：結合rena和kuttler設備的優(yōu)點，既能避免黑邊、方阻也不上升。4.4.6去磷硅玻璃去磷硅玻璃：用化學方法除去擴散層SiO2與HF生成可溶于水的SiF，從而使硅表面的磷硅玻璃（摻P2O5的SiO2）溶解，化學反應為：SiO2

＋6HF→H2（SiF6）＋2H2O4.4.7制作減反射膜減反射膜制備：采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD:PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition)技術在電池表面沉積一層氮化硅（SiNx）減反射膜，不但可以減少光的反射，而且因為在制備SiNx減反膜過程中大量的氫原子進入，能夠起到很好的表面鈍化和體鈍化的效果。這對于具有大量晶界的多晶硅材料而言，由于晶界的懸掛健被飽和，從而降低了復合中心的作用。由于具有明顯的表面鈍化和體鈍化作用，因此可以用比較差一些的硅材料來制作太陽電池。SiNx薄膜起到增強對光的吸收性的同時，氫原子對太陽電池起到很好的表面和體內(nèi)鈍化作用，從而提高了電池的短路電流和開路電壓。SiN鈍化與APCVD淀積TiO2

先期的地面用高效單晶硅太陽電池一般采用鈍化發(fā)射區(qū)太陽電池(PESC)工藝。擴散后，在去除磷硅玻璃的硅片上,熱氧化生長一層10nm~25nm厚SiO2,使表面層非晶化,改變了表面層硅原子價鍵失配情況,使表面趨于穩(wěn)定,這樣減少了發(fā)射區(qū)表面復合,提高了太陽電池對藍光的響應,同時也增加了短路電流密度Jsc,由于減少了發(fā)射區(qū)表面復合,這樣也就減少了反向飽和電流密度,從而提高了太陽電池開路電壓Voc。還有如果沒有這層SiN,直接淀積TiO2薄膜,硅表面會出現(xiàn)陷阱型的滯后現(xiàn)象導致太陽電池短路電流衰減,一般會衰減8%左右,從而降低光電轉(zhuǎn)換效率。故要先生長SiN鈍化再生長TiO2減反射膜。

TiO2減反射膜是用APCVD設備生長的,它通過鈦酸異丙脂與純水產(chǎn)生水解反應來生長TiO2薄膜。

多晶硅太陽電池廣泛使用PECVD淀積SiN,由于PECVD淀積SiN時,不光是生長SiN作為減反射膜,同時生成了大量的原子氫,這些氫原子能對多晶硅片具有表面鈍化和體鈍化的雙重作用,可用于大批量生產(chǎn)高效多晶硅太陽電池,為上世紀末多晶硅太陽電池的產(chǎn)量超過單晶硅太陽電池立下汗馬功勞。隨著PECVD在多晶硅太陽電池成功,引起人們將PECVD用于單晶硅太陽電池作表面鈍化的愿望。

由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氫,可以很好的鈍化硅中的表面懸掛鍵，從而提高了載流子遷移率，一般要提高20%左右，同時由于SiN薄膜對單晶硅表面有非常明顯的鈍化作用。經(jīng)驗顯示，用PECVDSiN作為減反膜的單晶硅太陽電池效率高于傳統(tǒng)的APCVDTiO2作減反膜單晶硅太陽電池。SiN減反膜的厚度約75nm，折射率可高到2.1（富硅）。PECVD淀積SiN4.4.8制作電極表面金屬化：太陽電池制造的最后一道制作工序是印刷電極，最早是采用的真空蒸鍍或化學電鍍技術，而現(xiàn)在普遍采用絲網(wǎng)印刷法，即通過特殊的印刷機和模板將銀漿、鋁漿印制在太陽電池的正、背面，以形成正、負電極引線，再經(jīng)低溫烘烤、高溫燒結，最終即可制成太陽電池。在電池的背面制作電極毫無問題，可在整個背面加上一層薄的金屬層，為了容易焊接必要時要鍍上一層錫。但電池的正面必須保證對光線透明，因此，電池的正面的電極呈梳子狀形式或絲網(wǎng)狀樹枝狀結構。正面電極的形式和厚度總是兩方面因素平衡的結果，一方面要有高的透過率，另一方面要保證柵網(wǎng)電極有一個盡可能低的接觸電阻。各生產(chǎn)廠家有許多不同的制作工藝。通常電池片正面（負極）的梳子狀電極結構中，一般有2條或3條主電極粗線，以便于連接條焊接，而背面往往以鋁硅合金作為背表面場，以提高開路電壓，背面（正極）也有2條或3條便于焊接的粗電極線，并往往還布滿細細的網(wǎng)格狀銀線。絲網(wǎng)印刷技術近年來不斷改進，自動化程度不斷提高。先進的絲網(wǎng)印刷的模板采用鎳板激光刻槽制成，以保證模板的耐久和柵格的精度。一般絲網(wǎng)印刷的正面電極對光線有7%左右的遮擋，采用先進的模板印刷工藝可減少對光的遮擋，同時接觸電阻又有一定程度的降低，制造出的電池效率也會有所提高。檢測分級：電極印刷后到高溫燒結結束，整個太陽電池制造過程也就完成了，在太陽光下將太陽電池正、負極用導線接上，就有電流通過了。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量得一致性，通常要對每個電池測試，并按電流和功率大小進行分類，可根據(jù)電池效率，每0.4或0.5分級包裝。但要使太陽電池能很好的滿足用戶發(fā)電需要，還須將太陽電池封裝成太陽電池組件。

銀槳、銀鋁槳、鋁槳印刷過的硅片，通過烘干，使有機溶劑完全揮發(fā)，膜層收縮成為固狀物緊密粘附在硅片上，這時，可視為金屬電極材料層和硅片接觸在一起。所謂共燒工藝顯然是采用銀－硅的共晶溫度，同時在幾秒鐘內(nèi)單晶硅原子溶入到金屬電極材料里，之后又幾乎同時冷卻形成再結晶層，這個再結晶層是較完美單晶硅的晶格點陣結構。只經(jīng)過一次燒結鈍化的表面層，氫原子的外釋是有限的，共燒保障了氫原子大量存在，填充因子較高，沒有必要引入氮氫烘焙工藝（FGS）。主要測試太陽電池的基本特性：

開路電壓VOC、短路電流ISC、填充因子FF、能量轉(zhuǎn)換效率η。

FF為電池的填充因子(FillFactor),

它定義為電池具有最大輸出功率(Pop,)時的電流(IOpt)和電壓(Vopt)的乘積與電池的短路電流和開路電壓乘積的比值，較高的短路電流和開路電壓是產(chǎn)生較高能量轉(zhuǎn)換效率的基礎。如果兩個電池的短路電流和開路電壓完全相同，制約其效率大小的參數(shù)就是填充因子。能量轉(zhuǎn)換效率是光電池的最重要性能指標，它為光電池將入射光能量轉(zhuǎn)換成電能的效率。4.4.9太陽電池性能測試光電池的測試電路光電池的伏安特性

下圖顯示了光電池的典型I-V曲線。Pm為最大功率點。它的確定可用從光電池I-V曲線上任意點向縱、橫坐標引垂線，垂線與坐標軸保衛(wèi)面積最大的點即為Pm。根據(jù)該特性曲線可以確定光電池的開路電壓、短路電流。

太陽電池的短路電流等于其光生電流。決定短路電流的因素很多，分析短路電流的最方便的方法是將太陽光譜劃分成許多段，每一段只有很窄的波長范圍，并找出每一段光譜所對應的電流，電池的總短路電流是全部光譜段貢獻的總和。負載特性

高效率太陽能電池制造的成本比普通硅太陽能電池要高得多，因此通常使用在太陽能車或空間應用上。Hondadream，1996年世界太陽能汽車挑戰(zhàn)賽的冠軍車。此車的太陽能電池效率超過20%。下面將列舉，為了獲得最高效率，實驗室制造硅太陽能電池時所使用的一些技術和工藝特點：在發(fā)射區(qū)擴散低濃度的磷，既能盡量減小復合損失又能避免電池表面“死層”的出現(xiàn)?？s窄金屬柵條的距離以減小發(fā)射區(qū)橫向電阻的功率損耗?！?.5

高效太陽電池工藝簡介非常好的金屬柵條，通常小于20μm，以減小陰影損失。打磨或拋光晶片表面后進行激光雕刻并鋪上金屬網(wǎng)格。小的電池面積和好的金屬導電性，以盡量減小金屬網(wǎng)格電阻損失。小的金屬接觸面積和在金屬電極下面進行重摻雜，以盡量減小復合效應。使用精密加工的金屬，如鈦/鈀/銀，盡量降低接觸電阻。良好的背面鈍化以減少復合。使用減反射膜，能使反射光從30%減少到10%。有些現(xiàn)存的電池設計也整合了先進的實驗室方法。其中有兩種方法已經(jīng)在市場中使用了，如太陽能電池車的PERL電池，由新南威爾士大學制造；還有背電極太陽能電池，由斯坦福大學和太陽動力公司研發(fā)。PERL太陽能電池

發(fā)射區(qū)鈍化及背面擴散的太陽能電池--PERL電池使用了微電子技術使得在AM1.5條件下電池的效率接近25%。鈍化發(fā)射區(qū)指的是在電池表面形成高質(zhì)量的氧化物，能顯著減少表面載流子復合的數(shù)量。對背面進行本地擴散，指的是只在與金屬接觸的區(qū)域摻雜，以在盡量減少復合的同時保持良好的點接觸。實驗室高效率太陽能電池的示意圖。PERL電池表面的電子顯微鏡圖像，顯示了一根斷的金屬柵條，柵條總的寬度少于20μm，而接觸部分的寬度為3μm。盡管制造成本很高，但是能生產(chǎn)出效率非常高的電池。太陽能電池車的電池有以下幾個特點：面積：22cm2

效率：23.5%Voc：703mVIsc：914mAJsc：41.3mAVmp：600mVFF：0.81Imp：868mA太陽能電池的IV曲線背電極太陽能電池

背電極電池通過把兩邊電極都放到電池背面的方式來消除陰影損失。由高質(zhì)量材料制成的薄膜太陽能電池，其在前表面被吸收的光生電子空穴對依然能被電池的背面電極收集。這種電池在聚光太陽能系統(tǒng)中非常有用，聚光電池系統(tǒng)中的串聯(lián)電阻要比普通的大很多。把兩種電極都移到背面的另一個好處就是兩者之間的相互連接更加容易，柵條之間相距更近，因為必要在電池背面留下空間。二氧化硅鈍化層和減反射膜N型擴散擁有長少數(shù)載流子壽命的p型襯底全部電極都在電池的背面，即簡化連接又消除了陰影損失§4.6

太陽電池組件的封裝——電池組件定義：具有外部封裝及內(nèi)部連接、能單獨提供直流電輸出的最小不可分割的太陽能電池組合裝置，叫太陽能電池組件，即多個單體太陽能電池互聯(lián)封裝后成為組件?！饔茫簡蝹€太陽能電池往往因為輸出電壓太低，輸出電流不合適，晶體硅太陽能電池本身又比較脆，不能獨立抵御外界惡劣條件，因而在實際使用中需要把單體太陽能電池進行串、并聯(lián)，并加以封裝，接出外連電線，成為可以獨立作為光伏電源使用的太陽能電池組件(SolarModule或PVModule，也稱光伏組件)。太陽能電池組件通過吸收陽光，將太陽的光能直接變成用戶所需的電能輸出。

——光伏組件輸出功率：從零點幾瓦到數(shù)百瓦不等太陽能電池組件的分類單晶硅太陽能電池組件多晶硅太陽能電池組件剛性襯底薄膜太陽能電池組件柔性薄膜太陽能電池組件非晶硅薄膜碲化鎘薄膜單結晶硅太陽電池

SINGLECRYSTAL多結晶硅太陽電池

POLYCRYSTAL非結晶硅太陽電池

AMORPHOUS

由于大面積(如面積200×200mm2，Φ200mm，厚度δ=0.2～0.3mm)的硅片比較脆，而單體電池的輸出電壓又僅在0.45～0.60V之間，因而需要首先將若干個單體電池進行串(并)聯(lián)以獲得必要的輸出電壓、電流(功率)，然后再根據(jù)實際用途的需要進行封裝。

組件的封裝結構、封裝材料和封裝工藝與組件的工作壽命、可靠性和成本，有著密切的關系，但有時會被忽視。1.晶體硅太陽能電池組件

晶體硅太陽能電池單晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池太陽能電池組件產(chǎn)品介紹美國AP公司的單晶硅電池36片串聯(lián)，經(jīng)層壓封裝而成的。其峰值功率75W。組件上蓋板材料為低鐵鋼化玻璃，周邊采用鋁合金邊框固定，這種組件的壽命長(約25年)，一般用于各類光伏電站。單晶硅太陽電池組件單晶硅太陽電池組件由于這種組件有美觀、透光的優(yōu)點，在光伏建筑上應用非常廣泛，如：太陽能智能窗，太陽能涼亭和光伏建筑頂棚、光伏玻璃幕墻等。與建筑結合是太陽能光電發(fā)展的一大趨勢。因此，預計雙面玻璃組件商業(yè)市場會進一步擴大。雙面玻璃太陽電池組件結構

與普通組件結構相比，雙面玻璃組件利用玻璃代替TPE(或TPT)作為組件背板材料。2.雙面玻璃太陽電池組件太陽能電池組件實物圖太陽能電池組件是太陽能照明設備和發(fā)電設備能夠正常工作的源頭。生產(chǎn)各種型號的太陽能電池組件，可廣泛應用于生活中的各個方面三種材料制可作各種規(guī)格的太陽能電池板太陽能電池組件是由單、多晶硅高效太陽能電池片、EVH膠膜、TPT、鋼化玻璃、邊框、接線盒等組成。太陽能電池組件生產(chǎn)流程組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產(chǎn)中的關鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產(chǎn)不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強了電池的抗擊強度。產(chǎn)品的高質(zhì)量和高壽命是贏得可客戶滿意的關鍵，所以組件板的封裝質(zhì)量非常重要。

太陽能電池組件生產(chǎn)流程

1、電池檢測(分片）2、正面焊接—檢驗3、背面串接—檢驗4、疊層（玻璃清洗、材料（TPT、EVA）檢驗、敷設）5、中道檢驗（過程檢驗）6、層壓（去毛邊）7、裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）8、焊接接線盒9、高壓測試10、組件測試