太阳能电池生产之制绒、刻蚀内容提要•电池片原料的选择•多晶硅片制绒工艺的选择•多晶硅片酸制绒的基本原理•Schmid设备制绒流程介绍•清洗后片子的检测一、电池片原料的选择硅的晶体类型单晶硅多晶硅非晶硅硅系太阳能电池单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池多晶/微晶硅薄膜太阳能电池晶硅太阳能电池晶薄膜太阳能电池单晶硅单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池,这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料。为了降低直拉单晶硅材料的成本,单晶硅炉常用碎硅料及新的多晶硅为原料并改进了单晶炉的加热器和配气系统,大大提高了直拉硅同多晶硅的竞争力。非晶硅薄膜太阳能电池优点:•低成本•能量返回期短•大面积自动化生产•高温性好•弱光响应好(充电效率高)•其他弊端:•效率较低•稳定性差•投资成本高微晶硅薄膜太阳能电池优点:•低温工艺、工艺简单•适合大面积生产•转换效率高•具有较宽的波谱影响范围•光照情况下稳定性好弊端:•吸收系数较低,需要较厚的吸收层•沉积速率慢,影响生产效率•带隙较窄,不能充分利用太阳光谱多晶硅多晶硅太阳能电池兼具单晶硅电池的高转换效率和长寿命以及非晶硅薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点的新一代电池,其转换效率一般稍低于单晶硅太阳电池,没有明显效率衰退问题,并且有可能在廉价衬底材料上制备,其成本远低于单晶硅电池,而效率高于非晶硅薄膜电池。二、多晶硅片制绒工艺的选择什么是制绒,为什么要制绒?制绒的基本原理制绒工艺的选择制绒定义•制绒:就是把切下表面不规则锯齿型硅片,通过某种生产工艺使硅片表面加工成均匀有规则的绒面(降低光的反射率),使它成为我们制造电池所需要的表面结构。目的是获得表面结构完全相同结构(窝的底、顶)0.01mm适合的原则。概述硅片表面处理的目的:去除硅片表面的机械损伤层清除表面油污和金属杂质形成起伏不平的绒面,增加硅片对太阳光的吸收硅片表面的机械损伤层单晶硅多晶硅硅片表面的机械损伤层多线切割机械损伤层机械损伤层10μm硅片增加光的吸收制绒前制绒后材料表面多次反射吸收原理图受光面积增大多晶硅片制绒方法的选择激光刻槽法倒金字塔结构,短路电流提高造成表面损伤,引入杂质,需处理表面损伤层化学刻槽法(酸腐蚀液)获得蜂窝状的表面结构,绒面整齐均匀,明显减反射作用,成本低,废液好处理少子寿命缩短反应离子腐蚀(RIE)无掩膜工艺,反射率特别低硅表面损伤严重,开路电压和填充因子下降制作减反射层膜高效工艺复杂,成本高绒面带来的影响在绒面硅片上制成PN结太阳电池,它有以下特点:(l)绒面电池比光面电池的反射损失小,如果再加减反射膜,其反射率可进一步降低。(2)入射光在光锥表面多次折射,改变了入射光在硅中的前进方向,不仅延长了光程,增加了对红外光子的吸收,而且有较多的光子在靠近PN结附近产生光生载流子,从而增加了光生载流子的收集几率。(3)在同样尺寸的基片上,绒面电池的PN结面积比光面大得多,因而可以提高短路电流,转换效率也有相应提高。(4)绒面也带来了一些缺点:一是工艺要求提高了;二是由于它减反射的无选择性,不能产生电子空穴对的有害红外辐射也被有效地耦合入电池,使电池发热;三是易造成金属接触电极与硅片表面的点接触,使接触电阻损耗增加。三、多晶硅片酸制绒的基本原理反应剂HNO3HF络合物H2SiF6SiO2氧化剂NO溶解SiO2基本反应式:3Si+4HNO3+18HF3H2SiF6+4NO+8H2O四、schmid设备清洗流程介绍在清洗工艺过程中按照工作区域可分为9个模组(M1—M9)硅片装载——制绒——清洗——中和抛光——清洗——化学疏水——清洗——烘干——硅片卸载M2用制成的HF-HNO3药液沉浸硅片进行硅片刻蚀M2模组硅片沉浸在酸溶液浴槽里,表面刻蚀掉0.001mmM2模组影响因素M2模组运行速度(时间)药液温度药液HF-HNO3配比刻蚀深度与开路电压、短路电流、转换效率的关系M2模组药液温度M2模组3Si+4HNO3+18HF3H2SiF6+4NO+8H2Ok=Aexp(-Ea/RT)不同温度下多晶酸制绒面光学显微镜照片40℃,60s,31.2%30℃,60s,24.6%10℃,60s,20.1%8℃,90s,19.8%药液HF-HNO3配比M2模组当68%HF和32%HNO3时出现最大值,为28μm/sM3清洗硅片M3模组作用M3模组停止M2模组的硅片-酸液反应清洗硅片表面,去除杂质去除硅片表面残留的酸液,防止药液带入M4模组M4KOH药液沉浸硅片M4模组M4模组作用中和片子表面残留的酸液进行多孔硅表面处理和抛光M4模组影响因素温度KOH溶液浓度多孔硅M4模组多孔硅的影响HNO3和HF腐蚀液腐蚀硅片,形成多孔硅层。多孔硅可以作为杂质原子的吸杂中心,提高光生载流子的寿命并且具有极低的反射系数。但是多孔硅结构松散、不稳定、而且具有高电阻和高的表面复合率,不利于P-N结的形成和印刷电极,一般用稀释的KOH溶液去除多孔硅膜。去除多孔硅膜后还要使用酸液中和多余的碱液,防止钾离子对电池性能造成影响。M6模组M6硅片在制成的HF和HCI溶液进行疏水(中和去除金属离子)M6模组作用中和片子表面残留的碱液HCl去除金属离子HF调节疏水性(疏水处理)M6模组影响因素温度金属杂质氧化物HF药液HCl药液M6模组氧化物SiO2+6HFH2[SiF6]+2H2OM6模组HF药液HF去除硅片表面氧化层:Si-O-Si+HFF-Si+Si-OHM6模组HCl药液HCl去除硅片表面金属杂质:盐酸具有酸和络合剂的双重作用,氯离子能与Au3+、Ag+、Cu+、Hg2+等金属离子形成可溶于水的络合物M8模组M8硅片的干燥M8模组作用它是通过两台空气压缩泵,通过两次过滤(粗过滤、细过滤),最终送到两组风刀中对硅片进行烘干,空气最终温度可达到40度,它的工作原理是一个物理变化过程,就是气体分子之间的距离由小变大的过程,也就是一个散热的过程。五、清洗后硅片的检测反射比率的测试:分光光度计腐蚀深度的测试:电子天平绒面形貌的测试:显微镜