太陽(yáng)能電池工藝培訓(xùn)資料.ppt

1,太陽(yáng)能電池的概念,太陽(yáng)能電池： 就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件,2,太陽(yáng)能電池工藝流程,制絨清洗,擴(kuò)散,刻蝕,去PSG,PECVD,絲網(wǎng)印刷,燒結(jié),測(cè)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(jī)械損傷層,6,制絨：表面織構(gòu)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(duì)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(gòu)化。角錐體四面全是由111面包圍形成。 反應(yīng)式為： Si+2KOH+H2O K2SiO3 +2H2 ,8,絨面光學(xué)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(dāng)光入射到一定角度的斜面，光會(huì)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(xué)原理,陷光原理圖示：,10,影響絨面質(zhì)量的關(guān)鍵因素,KOH濃度 異丙醇濃度 制絨槽內(nèi)硅酸鉀的累計(jì)量 制絨腐蝕的溫度 制絨腐蝕時(shí)間的長(zhǎng)短 槽體密封程度、異丙醇的揮發(fā)程度,11,化學(xué)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(luò)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(luò)合物。,12,注意事項(xiàng),擴(kuò)散,太陽(yáng)電池制造的核心工序,14,擴(kuò)散的目的：形成PN結(jié),PN結(jié)太陽(yáng)電池的心臟,15,三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴(kuò)散 噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散 絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散 本公司目前采用的是第一種方法。,太陽(yáng)電池磷擴(kuò)散方法,16,磷擴(kuò)散工藝過(guò)程,17,擴(kuò)散裝置示意圖,18,POCl3磷擴(kuò)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(yīng)式如下： 生成的P2O5在擴(kuò)散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反應(yīng)式如下：,19,在有氧氣的存在時(shí)，POCl3熱分解的反應(yīng)式為： POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應(yīng)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(jìn)行擴(kuò)散 。,POCl3磷擴(kuò)散原理,20,由上面反應(yīng)式可以看出，POCl3熱分解時(shí)，如果沒(méi)有外來(lái)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(duì)硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態(tài)。但在有外來(lái)O2存在的情況下，PCl5會(huì)進(jìn)一步分解成P2O5并放出氯氣（Cl2）其反應(yīng)式如下： 生成的P2O5又進(jìn)一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見(jiàn)，在磷擴(kuò)散時(shí)，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對(duì)硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮?dú)獾耐瑫r(shí)通入一定流量的氧氣 。,POCl3磷擴(kuò)散原理,21,影響擴(kuò)散的因素,管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源的濃度 擴(kuò)散溫度 擴(kuò)散時(shí)間,22,在太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝中，擴(kuò)散層薄層電阻（方塊電阻）是反映擴(kuò)散層質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求的重要工藝指標(biāo)之一。 方塊電阻也是標(biāo)志進(jìn)入半導(dǎo)體中的雜質(zhì)總量的一個(gè)重要參數(shù)。,擴(kuò)散層薄層電阻及其測(cè)量,23,方塊電阻的定義,考慮一塊長(zhǎng)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(gè)薄層的電阻為,當(dāng)l=a（即為一個(gè)方塊）時(shí)，R=/t。可見(jiàn)，（/t）代表一個(gè)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(duì)硅片表面進(jìn)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(guò)1.35m/min，速度過(guò)快，一方面硅片清洗或吹不干凈，PECVD容易出現(xiàn)白點(diǎn)片；另一方面碎片高，有時(shí)碎片會(huì)堵住噴淋口，清洗后出現(xiàn)臟片) 4）去磷硅玻璃主要反應(yīng)方程式 1: SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O 2: SiF4 + HF= H2SiF6,27,刻蝕中容易產(chǎn)生的問(wèn)題及檢測(cè)方法: 1.刻蝕不足：邊緣漏電，并聯(lián)電阻(Rsh)下降，嚴(yán)重可導(dǎo)致失效 檢測(cè)方法：測(cè)絕緣電阻 2.過(guò)刻: 正面金屬柵線與P型硅接觸,造成短路 檢測(cè)方法：稱重及目測(cè),28,什么是磷硅玻璃？,在擴(kuò)散過(guò)程中發(fā)生如下反應(yīng)： POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面， P2O5與Si反應(yīng)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?yàn)闅浞崮芘c二氧化硅作用生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。 若氫氟酸過(guò)量，反應(yīng)生成的四氟化硅會(huì)進(jìn)一步與氫氟酸反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸。 總反應(yīng)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(dǎo)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(fù)合，會(huì)導(dǎo)致少子壽命的降低，進(jìn)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)硅片從HF槽出來(lái)時(shí)，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(dāng)硅片從出料口流出時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)尾部有部分水珠，HF槽中可以適當(dāng)補(bǔ)些HF。,去PSG原理：,SiNx:H減反射膜,33,SiNx:H簡(jiǎn)介,物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)： 結(jié)構(gòu)致密，硬度大 能抵御堿金屬離子的侵蝕 介電強(qiáng)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(qiáng)型化學(xué)氣相沉積”，是一種化學(xué)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(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。,PECVD,35,安全事項(xiàng),使用和維護(hù)本設(shè)備時(shí)必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和安全規(guī)則，因?yàn)椋?本設(shè)備的工藝氣體為SiH4和NH3，二者均有毒，且SiH4易燃易爆。 本設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生微波輻射，每次維護(hù)后和停機(jī)一段時(shí)間再開(kāi)機(jī)前都要檢測(cè)微波是否泄漏。,36,等離子體,等離子體:由于物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)加劇,相互間的碰撞就會(huì)使氣體分子產(chǎn)生電離,這樣物質(zhì)就會(huì)變成自由運(yùn)動(dòng)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(shè)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(shí)具有良好的阻擋鈉離子和掩蔽金屬離子和水蒸氣擴(kuò)散的能力,它的化學(xué)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(hù)半導(dǎo)體器件表面不受污染物質(zhì)的影響,半導(dǎo)體表面鈍化可降低半導(dǎo)體表面態(tài)密度 3)鈍化太陽(yáng)電池的體內(nèi) 在SiN膜中存在大量的 H,在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)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(guò)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(chǎng)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(chǎng)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(jìn)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(dāng)承印物直接放在帶有模版的絲網(wǎng)下面時(shí)，絲網(wǎng)印刷油墨或涂料在刮刀的擠壓下穿過(guò)絲網(wǎng)中間的網(wǎng)孔，印刷到承印物上（刮刀有手動(dòng)和自動(dòng)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(guò)絲網(wǎng)，而只有圖像部分能穿過(guò)，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(shí)際上是利用油墨滲透過(guò)印版進(jìn)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(jī)組分，使?jié){料和硅片形成良好的歐姆接觸。,47,燒結(jié)對(duì)電池片的影響,相對(duì)于鋁漿燒結(jié)，銀漿的燒結(jié)要重要很多，對(duì)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(jī)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(huì)導(dǎo)致起包，嚴(yán)重的會(huì)起鋁珠。 背面場(chǎng)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(fù)合，從而提高開(kāi)路電壓和短路電流，改善對(duì)紅外線的響應(yīng)。,48,安全事項(xiàng),灼熱的表面有燙傷的危險(xiǎn) 危險(xiǎn)電壓有電擊或燒傷的危險(xiǎn) 有害或刺激性粉塵、氣體導(dǎo)致人身傷害 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)打開(kāi)或移動(dòng)固定件有卷入的危險(xiǎn),49,根據(jù)不同的電性能分檔，以便于組件的制造。,測(cè)試的目的,50,1,吸收光子,產(chǎn)生電子空穴對(duì) 2,電子孔穴