太阳电池工艺培训资料

太阳电池工艺培训资料什么是太阳能光伏技术•太阳是能量的天然来源。地球上每一个活着的生物之所以具有发挥作用的能力,甚至于是它的生存，都是由于直接或间接来自于太阳的能量。•太阳能是一种辐射能，太阳能发电就意味着---要将太阳光直接转换成电能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。这种把光能转换成为电能的能量转换器，就是太阳能电池。•我们所生产的太阳能电池只要受到阳光或灯光的照射，就能够把光能转变为电能，它的工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压（光生电压），假如从PN结两端引出回路，就会产生电流，太阳能电池就可以工作了。整个光伏产业链晶体硅太阳能光伏产业链主要包括：•硅提纯：最终产品是多晶原生料；•拉晶/铸锭切片：最终产品是硅片；•单/多晶电池：最终产品是电池；•组件封装：最终产品是组件；•系统工程：最终产品是系统工程；整个光伏产业链晶体硅太阳能电池生产的工艺流程ChemicalEtching硅片表面化学腐蚀处理（一次清洗）Diffusion扩散Edgeetch去边结Anti-reflectivecoating制做减反射膜Printing&sintering制作上下电极及烧结Celltesting&sorting电池片测试分选太阳电池的生产工艺流程Cleaningprocess去PSG硅片表面化学腐蚀处理（一次清洗）•目的：去除硅片表面的损伤层，制做能够减少表面太阳光反射的陷光结构。•原理：单晶：利用碱溶液对单晶硅各个晶面腐蚀速率的不同,在硅片表面形成类似“金字塔”状的绒面。Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑常用碱的浓度为0.5~3%，根据实际制绒效果进行调整；硅酸钠被加入到溶液中起缓冲作用；异丙醇被加入到溶液中起消泡剂的作用；制绒溶液温度：80~90度（根据实际制绒效果进行调整）；制绒时间：10~40分钟（根据不同溶液配比进行调整）；硅片表面化学腐蚀处理（一次清洗）多晶：利用硝酸的强氧化性和氢氟酸的络合性，对硅进行氧化和络合剥离，导致硅表面发生各向同性非均匀性腐蚀，从而形成类似“凹陷坑”状的绒面。Si+HNO3→SiO2+NOx↑+H2OSiO2+6HF→H2SiF6+2H2O主要腐蚀酸：硝酸+氢氟酸；常用缓和剂：去离子水、醋酸、磷酸、硫酸等；溶液温度：0~30度（根据不同溶液配比进行调整）；制绒时间：0~10分钟；•绒面微观图硅片表面化学腐蚀处理（一次清洗）100X光学显微镜-单晶1000X电子扫描镜-单晶100X金相显微镜-单晶1000X电子扫描镜-多晶5000X电子扫描镜-多晶1000X电子扫描镜-多晶硅片表面化学腐蚀处理（一次清洗）制绒前后硅片表面对光的反射率比较制绒前后硅片表面的反射率对比曲线20%25%30%35%40%45%50%55%60%30040050060070080090010001100波长反射率制绒后制绒前硅片表面化学腐蚀处理（一次清洗）硅片腐蚀量与电池片参数的关系（多晶）硅片表面化学腐蚀处理（一次清洗）常见清洗不良品现象“雨点”&白斑改善方案：增加异丙醇的量可以去除“雨点”现象；白斑-绒面发白改善方案：增加溶液浓度、提高温度、延长腐蚀时间等可以改善“白斑”现象，但会增加硅片的腐蚀量；仍需不断总结经验；硅片表面化学腐蚀处理（一次清洗）常见清洗不良品现象手指印禁止不带一次性手套或者乳胶手套而直接用手接触硅片表面；“水纹”改善方案：从溶液中取片时向硅片表面不断的喷水，保持硅片表面湿润可以改善此种现象；另外，排掉部分溶液，补充新溶液或者重新配制溶液也可以改善此种现象；硅片表面化学腐蚀处理（一次清洗）常见清洗不良品现象表面油污、表面划痕、制绒后规则性出现“区域线”等异常现象归结为硅片问题，我们也要在工作中不断总结经验，如何解决这些问题。制PN结（扩散）目的：在P型硅表面上渗透入很薄的一层磷，使前表面变成N型，使之成为一个PN结。原理：POCl3液态源：通过气体携带POCL3分子进入扩散炉管，使之反应生成磷沉淀在表层。磷在高温下渗透入硅片内部形成N区。4POCL3+5O2=2P2O5+6Cl2↑2P2O5+5Si=4P+5SiO2扩散后硅片截面示意图POCl3液态源扩散原理图制PN结（扩散）扩散的原理扩散的变化方向1.选择性发射极：在栅线覆盖区域进行重掺（方阻20左右），未覆盖区域进行轻掺（方阻80左右）。2.发射极浅结：降低表面方块电阻（方阻60以上），减少死层和体内复合，提高电池短波相应能力。3.链式扩散：在硅片表面喷涂或印刷磷酸（磷浆），然后利用链式扩散炉进行扩散，特点产能大。制PN结（扩散）制PN结（扩散）单面扩散示意图制PN结（扩散）——常见扩散不良现象表面有点状或者块状斑迹，产生该现象的原因是硅片在扩散前表面被污染（水、偏磷酸、灰尘等）；刻蚀目的：去除硅片边缘的N型区域，将硅片内部的N层和P层隔离开，以达到PN结的结构要求。原理：干法刻蚀（等离子刻蚀）：等离子刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，这些活性粒子与需要被刻蚀区域的Si/SiO2发生反应，形成挥发性生成物而被去除。刻蚀•原理：湿法刻蚀（背腐蚀）：利用HF-HNO3溶液，对硅片背表面和边缘进行高速腐蚀，以达到去掉边缘层和消除背面绒面的作用。Si+HNO3→SiO2+NOx↑+H2OSiO2+6HF→H2SiF6+2H2O激光去边：利用激光束的高能量使硅熔化，在硅片背表面划槽，用来隔断N层和P层，以达到分离的目的。•去边的发展方向：由于湿法刻蚀的优势比较明显，相对转换效率较高，因此以后采用湿法刻蚀的厂家将会越来越多。常见刻蚀不良现象改善方案：夹紧环氧板或者在不影响刻蚀效果的情况下调整气体流量、功率和刻蚀时间；刻蚀线过宽去PSG（二次清洗）目的：去除硅片表面的P-Si玻璃层（PSG）,为加镀减反射膜做准备。原理：利用HF和硅片表面的P-Si玻璃层反应，并使之络合剥离，以达到清洗的目的。HF+SiO2→H2SiF6+H2O去PSG发展方向：相对来讲，二次清洗是比较简单的工艺，之后的发展应该会如同RENA的设备一样，集成湿法刻蚀设备，从而缩减流程。去PSG（二次清洗）二次清洗不良片——”水纹片“水纹片改善方案：1、减少硅片暴露在空气中的时间；２、在甩干之前将紧贴在一起的硅片人为分开；3、增加硅片之间的间隙，防止硅片紧贴在一起，等等镀减反射膜（PECVD）•目的：在硅片前表面均匀的镀上一层高效的减反射膜，并对mc-Si进行体钝化。（mc-Si多晶硅）•原理：PECVD是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。直接式PECVD间接式PECVD镀减反射膜（PECVD）利用波的干涉原理来达到减反射效果镀减反射膜（PECVD）43xyzSiHNHSiNH制绒后与镀膜后硅片表面的反射率对比1%6%11%16%21%26%31%36%41%46%51%30040050060070080090010001100波长反射率制绒后镀膜后镀减反射膜（PECVD）常见不良片绒面色差/色斑：因为绒面不良而造成PECVD处镀膜不良，需从制绒工序进行改善；镀减反射膜（PECVD）表面划伤：硅片镀膜后，避免硅片与石英吸笔之间、硅片与硅片之间产生相互摩擦；印刷和烧结目的：在电池上下表面各印上电极图形，经烧结与硅片形成欧姆接触。原理：银浆，铝浆印刷过的硅片，通过烘干有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上，可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。当硅片投入烧结炉共烧时，金属材料融入到硅里面，之后又几乎同时冷却形成再结晶层，也就是在金属和晶体接触界面上生长出一层外延层，如果外延层内杂质成份相互合适，这就获得了欧姆接触。印刷工艺流程：印刷背电极→烘干→印刷背电场→烘干→印刷正面栅线烧结工艺流程：印刷完硅片→烘干→升温→降温共晶→冷却印刷和烧结•烧结完电池片外观：单晶硅电池片多晶硅电池片•丝网印刷和烧结发展趋势1.栅线高精化，利用高精密网版把细栅线做到100u以下。2.烧结炉的发展追求RTP（快速热处理）印刷和烧结印刷和烧结印刷后太阳电池电池模型图常见印刷不良虚印漏浆常见印刷不良虚印／断线单片测试和分选•目的：通过模拟太阳光太阳能电池进行参数测试和分析，将电池片按照一定的要求进行分类。•原理：利用太阳能电池的光谱特性，温度特性，输出特性等，通过相关参数的测定和计算，来表达电池的电性能情况。（具体内容非常复杂，这里不再赘述）•重要参数光照强度：100mw/cm2（即1000W/m2）转换效率，功率，电池片面积（125单晶为例148.6cm2）的关系：功率=光照强度*面积*转换效率短路电流（Isc），开路电压（Voc），填充因子（FF），功率的关系：功率=Isc*Voc*FF最大工作电流（Im），最大工作电压（Vm），功率的关系：功率=Im*Vm串联电阻（Rs），并联电阻（Rsh）；单片测试和分选2inIsc*Voc*FFIsc*Voc*FFEff*100%P*1000W/m电池片面积