太陽能電池工藝培訓資料.ppt

1,太陽能電池的概念,太陽能電池： 就是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的半導體器件,2,太陽能電池工藝流程,制絨清洗,擴散,刻蝕,去PSG,PECVD,絲網(wǎng)印刷,燒結(jié),測試分檔,分選,包裝,制絨和清洗,4,概 述,硅片表面處理的目的：,5,硅片表面的機械損傷層,6,制絨：表面織構化,單晶硅片表面的 金字塔狀絨面,單晶硅片表面反射率,7,絨面腐蝕原理,利用低濃度堿溶液對晶體硅在不同晶體取向上具有不同腐蝕速率的各向異性腐蝕特性，在硅片表面腐蝕形成角錐體密布的表面形貌 ，就稱為表面織構化。角錐體四面全是由111面包圍形成。 反應式為： Si+2KOH+H2O K2SiO3 +2H2 ,8,絨面光學原理,制備絨面的目的： 減少光的反射率，提高短路電流（Isc），最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 陷光原理：當光入射到一定角度的斜面，光會反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，從而增加吸收率。,9,絨面光學原理,陷光原理圖示：,10,影響絨面質(zhì)量的關鍵因素,KOH濃度 異丙醇濃度 制絨槽內(nèi)硅酸鉀的累計量 制絨腐蝕的溫度 制絨腐蝕時間的長短 槽體密封程度、異丙醇的揮發(fā)程度,11,化學清洗原理,HF去除硅片表面氧化層：,HCl去除硅片表面金屬雜質(zhì)： 鹽酸具有酸和絡合劑的雙重作用，氯離子能與 Pt 2+、Au 3+、 Ag +、Cu +、Cd 2+、Hg 2+等金屬離子形成可溶于水的絡合物。,12,注意事項,擴散,太陽電池制造的核心工序,14,擴散的目的：形成PN結(jié),PN結(jié)太陽電池的心臟,15,三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴散 噴涂磷酸水溶液后鏈式擴散 絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈式擴散 本公司目前采用的是第一種方法。,太陽電池磷擴散方法,16,磷擴散工藝過程,17,擴散裝置示意圖,18,POCl3磷擴散原理,POCl3在高溫下（600）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反應式如下： 生成的P2O5在擴散溫度下與硅反應，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反應式如下：,19,在有氧氣的存在時，POCl3熱分解的反應式為： POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一層磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中進行擴散 。,POCl3磷擴散原理,20,由上面反應式可以看出，POCl3熱分解時，如果沒有外來的氧（O2）參與其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且對硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態(tài)。但在有外來O2存在的情況下，PCl5會進一步分解成P2O5并放出氯氣（Cl2）其反應式如下： 生成的P2O5又進一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見，在磷擴散時，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮氣的同時通入一定流量的氧氣 。,POCl3磷擴散原理,21,影響擴散的因素,管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源的濃度 擴散溫度 擴散時間,22,在太陽電池擴散工藝中，擴散層薄層電阻（方塊電阻）是反映擴散層質(zhì)量是否符合設計要求的重要工藝指標之一。 方塊電阻也是標志進入半導體中的雜質(zhì)總量的一個重要參數(shù)。,擴散層薄層電阻及其測量,23,方塊電阻的定義,考慮一塊長為l、寬為a、厚為t的薄層如右圖。如果該薄層材料的電阻率為，則該整個薄層的電阻為,當l=a（即為一個方塊）時，R=/t?？梢姡?t）代表一個方塊的電阻，故稱為方塊電阻，特記為R= /t (/),刻蝕,25,濕法刻蝕原理: 利用HNO3和HF的混合液體對硅片表面進行腐蝕,去除邊緣的N型硅,使得硅片的上下表面相互絕緣。,26,1）工序步驟 刻邊堿洗 酸洗（去PSG）吹干 2）用到藥品：HNO3， HF， KOH 3） SPC:硅片各邊的絕緣電阻1000歐姆 刻蝕寬度：0.5-1.5um 滾輪速度范圍 0.51.5m/min (注:前清洗速度最好不要超過1.35m/min，速度過快，一方面硅片清洗或吹不干凈，PECVD容易出現(xiàn)白點片；另一方面碎片高，有時碎片會堵住噴淋口，清洗后出現(xiàn)臟片) 4）去磷硅玻璃主要反應方程式 1: SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O 2: SiF4 + HF= H2SiF6,27,刻蝕中容易產(chǎn)生的問題及檢測方法: 1.刻蝕不足：邊緣漏電，并聯(lián)電阻(Rsh)下降，嚴重可導致失效 檢測方法：測絕緣電阻 2.過刻: 正面金屬柵線與P型硅接觸,造成短路 檢測方法：稱重及目測,28,什么是磷硅玻璃？,在擴散過程中發(fā)生如下反應： POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面， P2O5與Si反應生成SiO2和磷原子： 這樣就在硅片表面形成一層含有磷元素的SiO2，稱之為磷硅玻璃。,29,磷硅玻璃的去除,氫氟酸能夠溶解二氧化硅是因為氫氟酸能與二氧化硅作用生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。 若氫氟酸過量，反應生成的四氟化硅會進一步與氫氟酸反應生成可溶性的絡和物六氟硅酸。 總反應式為：,30,去除磷硅玻璃的目的：,1) 磷硅玻璃的存在使得硅片在空氣中表面容易受潮，導致電流的降低和功率的衰減 2) 死層的存在大大增加了發(fā)射區(qū)電子的復合，會導致少子壽命的降低，進而降低了Voc和Isc。 3) 磷硅玻璃的存在使得PECVD后產(chǎn)生色差。,31,檢驗標準 當硅片從HF槽出來時，觀察其表面是否脫水，如果脫水，則表明磷硅玻璃已去除干凈；如果表面還沾有水珠，則表明磷硅玻璃未被去除干凈。 當硅片從出料口流出時候，如果發(fā)現(xiàn)尾部有部分水珠，HF槽中可以適當補些HF。,去PSG原理：,SiNx:H減反射膜,33,SiNx:H簡介,物理性質(zhì)和化學性質(zhì)： 結(jié)構致密，硬度大 能抵御堿金屬離子的侵蝕 介電強度高 耐濕性好 耐一般的酸堿，除HF和熱H3PO4,34,PECVD =Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 即“等離子增強型化學氣相沉積”，是一種化學氣相沉積 PECVD是借助微波使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子化學活性很強，很容易發(fā)生反應，在基片上沉積出所期望的薄膜。,PECVD,35,安全事項,使用和維護本設備時必須嚴格遵守操作規(guī)程和安全規(guī)則，因為： 本設備的工藝氣體為SiH4和NH3，二者均有毒，且SiH4易燃易爆。 本設備運行時會產(chǎn)生微波輻射，每次維護后和停機一段時間再開機前都要檢測微波是否泄漏。,36,等離子體,等離子體:由于物質(zhì)分子熱運動加劇,相互間的碰撞就會使氣體分子產(chǎn)生電離,這樣物質(zhì)就會變成自由運動并由相互作用的正離子,電子和中性粒子組成的混合物,37,設備,38,的目的,1）鍍減反射薄膜(SiN) 其具有卓越的抗氧化和絕緣性能,同時具有良好的阻擋鈉離子和掩蔽金屬離子和水蒸氣擴散的能力,它的化學穩(wěn)定性很好,除氫氟酸和熱磷酸能緩慢腐蝕外,其它酸與它基本不起作用 2）表面鈍化作用 保護半導體器件表面不受污染物質(zhì)的影響,半導體表面鈍化可降低半導體表面態(tài)密度 3)鈍化太陽電池的體內(nèi) 在SiN膜中存在大量的 H,在燒結(jié)過程中會鈍化晶體內(nèi)部懸掛鍵,39,的原理,3SiH4 + 4NH3 Si3N4 + 12H2 3SiH4 SiH3 + SiH2 + SiH3 + 6H 2NH3 NH2 + NH + 3H,絲網(wǎng)印刷與燒結(jié),41,絲網(wǎng)印刷原理,絲網(wǎng)印刷是通過刮條擠壓絲網(wǎng)彈性形變后將漿料漏印在需要印刷的材料上的一種印刷方式，這也是目前普遍采用的一種電池工藝。,42,電池片絲網(wǎng)印刷的三步驟,背電極印刷及烘干 漿料：Ag /Al漿 如Ferro 3398 背電場印刷及烘干 漿料：Al漿 如Analog pase-12 正面電極印刷 漿料：Ag漿 如Dupont PV147,43,背面電極及電場圖示,44,正面柵線圖示,45,絲網(wǎng)印刷原理,絲網(wǎng)印刷是把帶有圖像或圖案的模版被附著在絲網(wǎng)上進行印刷的。通常絲網(wǎng)由尼龍、聚酯、絲綢或金屬網(wǎng)制作而成。當承印物直接放在帶有模版的絲網(wǎng)下面時，絲網(wǎng)印刷油墨或涂料在刮刀的擠壓下穿過絲網(wǎng)中間的網(wǎng)孔，印刷到承印物上（刮刀有手動和自動兩種）。絲網(wǎng)上的模版把一部分絲網(wǎng)小孔封住使得顏料不能穿過絲網(wǎng)，而只有圖像部分能穿過，因此在承印物上只有圖像部位有印跡。換言之，絲網(wǎng)印刷實際上是利用油墨滲透過印版進行印刷的，,46,燒結(jié)的目的,干燥硅片上的漿料，燃盡漿料的有機組分，使?jié){料和硅片形成良好的歐姆接觸。,47,燒結(jié)對電池片的影響,相對于鋁漿燒結(jié)，銀漿的燒結(jié)要重要很多，對電池片電性能影響主要表現(xiàn)在串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻，即FF的變化。 鋁漿燒結(jié)的目的使?jié){料中的有機溶劑完全揮發(fā)，并形成完好的鋁硅合金和鋁層。局部的受熱不均和散熱不均可能會導致起包，嚴重的會起鋁珠。 背面場經(jīng)燒結(jié)后形成的鋁硅合金，鋁在硅中是作為P型摻雜，它可以減少金屬與硅交接處的少子復合，從而提高開路電壓和短路電流，改善對紅外線的響應。,48,安全事項,灼熱的表面有燙傷的危險 危險電壓有電擊或燒傷的危險 有害或刺激性粉塵、氣體導致人身傷害 設備運轉(zhuǎn)時打開或移動固定件有卷入的危險,49,根據(jù)不同的電性能分檔，以便于組件的制造。,測試的目的,50,1,吸收光子,產(chǎn)生電子空穴對 2,電子孔穴