太陽能電池原理及工藝中常見問題講義PPT課件

1、一 電池結(jié)構(gòu)和工作原理 二 工藝原理和常見問題 1.Texture 2.Diffusion 3.PSG 4.PECVD 5.Printing 6.Cofiring 1. Texture 制作絨面，增加光吸收 硅的原子結(jié)構(gòu)面心立方 單晶 嚴(yán)格長程有序 基本無位錯，缺陷少，復(fù)合低 特定濃度堿溶液：各向異性金字塔 多晶 長程無序，短程有序 大量位錯，有晶界、缺陷，復(fù)合嚴(yán)重 酸溶液：各向同性小蚯蚓狀坑 水分子對羥基的屏蔽作用 Si+NaOH=NaSiO3+H2 a. Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O slow b. 2NO2+H2O=HNO2+HNO3 c. Si+4HNO2=SiO2+

2、4NO+2H2O fast d. SiO2+4HF=SiF4+2H2O e. 3SiO2+18HF=3H2SiF6+6H2O NaOH: 1% IPA: 8% 緩沖、釋放H2 NaSiO3: 減緩、成核 絨面對電池性能的影響 單晶：12% 多晶：20% 主要 設(shè)備 捷佳創(chuàng) 瑞晶 四十八所 主要 設(shè)備 Rena Schimid 庫特勒 聚晶 單晶制絨酸洗工藝流程 超聲 清洗 DI 溢流 粗 拋 DI 溢流 制作 絨面 DI 溢流 DI 噴淋 氮氣 烘干 HF 酸洗 DI 溢流 HCL 酸洗 DI 溢流 DI 噴淋 DI 噴淋 溫度: 80 ; NaOH: 1% IPA: 8% 緩沖、釋放H2 N

3、aSiO3: 減緩、成核 添加劑（時創(chuàng)、大遠(yuǎn)） 多晶制絨酸洗工藝流程 制作 絨面 DI 噴淋 NaOH 堿洗 DI 噴淋 HF/HCL 酸洗 N2 吹干 DI 噴淋 HNO3:35% HF:10% 3 a.3Si+4HNO3=3SiO2+4NO+2H2O b.3SiO2+18HF=3H2SiF6+6H2O 18 5% 中和多余的中和多余的HF和和HCL 去除多孔硅去除多孔硅 溫度 濃度 帶速 腐蝕量 絨面尺寸 反射率 去除金屬離子去除金屬離子 多晶制絨常見問題 1. 腐蝕量標(biāo)準(zhǔn)（0.35-0.45） 腐蝕量后續(xù)影響解決措施 太少 不能去掉損傷層增加酸濃度或者降低帶速 太大 碎片增加；弓片出現(xiàn)；

4、絨面過大反射率 增加，Isc降低；絨面不均勻方阻不均 勻，Ncell波動較大； 增加帶速，稀釋酸濃度 2. HF過多片子偏暗，網(wǎng)紋較重； HNO3過多片子較亮，即所謂拋光； 網(wǎng)紋多且硅片發(fā)亮溶液比例失調(diào)，建議換液； 表面發(fā)黃堿槽濃度低，堿槽循環(huán)不足，噴淋口方向不對或噴淋口堵塞。 2微米/min 酸液激活！ 3. DI電阻率18MCM，否則會引入雜質(zhì)，導(dǎo)致漏電增加； 4. 制絨后嚴(yán)禁裸手接觸硅片： a. 手指印，電池片降級； b. 引入鈉離子，擴散進入PN結(jié)空間電荷區(qū)，增加漏電； 5. 單晶制絨問題 花籃印 拋光片 白斑 油污色斑 等等 2. Diffusion 制作PN結(jié)，電池的心臟 擴散機制

5、濃度梯度 硅原子 a 替位式（、）替位式（、）填隙式填隙式 SiSi+4+4Si+4 B+3 Si+4 N N型硅型硅 Si+4Si+4 P+5 Si+4 P P型硅型硅 擴散裝置擴散裝置 5253 OP3PCl C600 5POCl 化學(xué)反應(yīng)機理化學(xué)反應(yīng)機理 25225 10ClO2P 2 過量O 5O4PCl 25223 6ClO2POPOCl 4P5SiO5SiO2P 252 擴散模型擴散模型 菲克第一定律 菲克第二定律 邊界 條件 Dt x Dt txN N 4 exp),( 2 0 當(dāng)雜質(zhì)原子總量恒定(高斯函數(shù)分布) 當(dāng)表面濃度恒定(余誤差函數(shù)分布) Dt x erfcNtxN s

6、2 ),( （摻硼）p-type Si Sub （摻磷） n-type 方塊電阻方塊電阻就是表面為正方形的半導(dǎo)體薄層在電流方向上 所呈現(xiàn)的電阻 R=/ t， : N型層電阻率；t：為擴散結(jié)深； =nq，n：N型層摻雜濃度； ：電子遷移率；q：電子帶電量； R=1/nqt；和表面濃度和結(jié)深成反比； V I 四探針法 50-60 高方阻+密柵+新漿料 擴散常見問題 1. 方阻不均勻 四探針測試 爐口密封 排風(fēng)不穩(wěn) 尾氣管堵塞 源瓶溫度不穩(wěn) 2. 擴散時氧氣量適中，少：腐蝕硅片；多：濃度上不去； 3. 擴散后硅片表面發(fā)藍(lán) 硅片未甩干進入擴散爐 表面形成氧化層 4. 經(jīng)常清洗石英舟和尾氣管，嚴(yán)禁裸手接

7、觸硅片！ 5. 磷源 熔點1.25，沸點105.3 0， 蒸汽壓高，揮發(fā)性強，蒸汽有毒。溫度高會爆 裂 5. 三氯氧磷 三氯氧磷正式名稱為氧氯化磷，又名磷酰氯。為無色透明發(fā)煙液體，有辛辣氣味。熔點2，沸點 105.1，密度1.675kg/l。有強腐蝕性、毒性，不燃燒。 三氯氧磷遇水或水蒸汽劇烈反應(yīng)生成磷酸與氯化氫等有毒的腐蝕性煙霧，對皮膚、粘膜有刺激腐蝕作用。 三氯氧磷可引起急性中毒，在短期內(nèi)吸入大量三氯氧磷蒸汽可引起上呼吸道刺激癥狀、咽喉炎、支氣管 炎，嚴(yán)重者可發(fā)生喉頭水腫窒息、肺炎、肺水腫、紫紺、心力衰竭，亦可發(fā)生貧血、肝臟損害、蛋白尿。 口服三氯氧磷可引起消化道灼傷，眼和皮膚接觸引起灼傷

8、，長期低濃度接觸可引起口、眼及呼吸道刺激 癥狀。 裝源瓶：先開出氣閥，再開進氣閥！否則將引起源瓶爆炸！ 卸源瓶：先關(guān)進氣閥，再關(guān)出氣閥！否則將引起源瓶爆炸！ 3. PSG去除含磷的二氧化硅 刻 蝕 DI 噴淋 NaOH 堿洗 DI 噴淋 HF 去PSG N2 吹干 DI 噴淋 HNO3,HF, H2SO4 中和多余的酸中和多余的酸 Rena工藝流程 常用設(shè)備：Rena Schimid 庫特勒 聚晶 與庫特勒設(shè)備對比：方阻變化較小 常見問題 常見問題后續(xù)影響解決措施 邊緣過刻PN結(jié)面積減小 Isc降低 增加H2SO4濃度 邊緣刻蝕不足漏電流增加，導(dǎo)致trash 片產(chǎn)生 增加酸濃度 底部刻蝕過大片

9、子變薄，弓片，低效稀釋酸濃度 濕法刻蝕的優(yōu)濕法刻蝕的優(yōu) 1.PN結(jié)面積增加 2.背場平整，增加開路電壓 3.避免干法刻蝕中的硅片間摩擦，得到較高的并聯(lián)電阻 4. PECVD等離子增強型化學(xué)氣相沉積 SiNx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 介電強度高 耐濕性好 耐一般的酸堿，除HF和熱H3PO4 Si/N比對SiNx薄膜性質(zhì)的影響 電阻率隨x增加而降低 折射率n隨x增加而增加 腐蝕速率隨密度增加而降低 直接式： 間接式PECVD 對電池的影響 光學(xué)減反射提高Isc 表面鈍化提高Uoc 體鈍化提高Uoc 低溫工藝減少高溫導(dǎo)致的少子壽命衰減； 有效節(jié)約生產(chǎn)成本； 管P

10、常見問題 硅片偏離石墨舟：色差片 硅片短接：空鍍 石墨舟長期不清洗：邊緣發(fā)白，中間泛紅，色差較明顯 石墨舟變形：出現(xiàn)明顯色差 石墨舟電極未對準(zhǔn)：高頻放電報警 壓力低：鍍膜不均，且顏色泛紅 漏氣：鍍膜不均 5. Printing&Cofiring 燒 結(jié) 正極 銀漿 背極 銀漿/銀鋁漿 烘干 Oven/IR 背場 鋁漿 烘干 Oven/IR 引出電流組件焊接 焊接 收集電流 引出電流 高阻密柵漿料 收集電流 吸雜 鋁背場 通 過反射增加對光子的吸 收 常見問題常見問題 1. 鋁漿污染鋁漿污染嚴(yán)禁二道用具用于三道印刷，保持臺面嚴(yán)禁二道用具用于三道印刷，保持臺面 和軌道清潔和軌道清潔 2. 斷線、粗

11、點、粘版、印不全斷線、粗點、粘版、印不全漿料使用前充分?jǐn)嚢瑁褂眠^程中嚴(yán)禁漿料使用前充分?jǐn)嚢?，使用過程中嚴(yán)禁 污染污染 3. 虛印虛印漿料和柵線設(shè)計不匹配，可重新設(shè)計網(wǎng)版漿料和柵線設(shè)計不匹配，可重新設(shè)計網(wǎng)版 4. 定期更換臺面紙定期更換臺面紙 燒結(jié)曲線 鋁 背 場 的 形 成 鋁背場的作用鋁背場的作用 1. 背面接觸，收集電流背面接觸，收集電流 2. 形成形成P+鋁背場，表面鈍化提高開路電壓鋁背場，表面鈍化提高開路電壓 3. 增加對光的反射增加對光的反射 4. 吸雜吸雜 歐姆接觸的形成沒有整流效應(yīng)的金屬半導(dǎo)體接觸 歐姆接觸形成有如下幾個步驟： 1 有機物揮發(fā) 2 玻璃料在減反射膜表面聚集 3

12、玻璃料腐蝕穿過減反射膜 4 玻璃料通過與Si發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生 腐蝕坑 PbO+Si Pb+SiO2 5 Ag晶粒在冷卻過程中于腐蝕坑處結(jié)晶 Ag晶粒在腐蝕坑處結(jié)晶時與Si表面接觸的一側(cè)呈倒金字塔狀，而與玻璃料接觸的 一側(cè)則成圓形。 常見問題 燒穿 短路電流低，開路電壓降低很大 燒結(jié)不足 短路電流低，開路電壓不變 Thanks 1、水分子的屏蔽效應(yīng)（screening effect）阻 擋了硅原子與OH根離子的作用，而水分子的屏 蔽效應(yīng)又以原子排列密度越高越明顯。 2、在111晶面族上，每個硅原子具有三個共 價健與晶面內(nèi)部的原子健結(jié)及一個裸露于晶格 外面的懸掛健，100晶面族每一個硅原子具有

13、 兩個共價健及兩個懸掛健，當(dāng)刻蝕反應(yīng)進行時， 刻蝕液中的OH會跟懸掛健健結(jié)而形成刻蝕， 所以晶格上的單位面積懸掛健越多，會造成表 面的化學(xué)反應(yīng)自然增快。 圖3 懸掛健對反應(yīng)的影響 單晶 嚴(yán)格長程有序 基本無位錯，缺陷少，復(fù)合低 特定濃度堿溶液：各向異性金字塔 多晶 長程無序，短程有序 大量位錯，有晶界、缺陷，復(fù)合嚴(yán)重 酸溶液：各向同性小蚯蚓狀坑 水分子對羥基的屏蔽作用 主要 設(shè)備 捷佳創(chuàng) 瑞晶 四十八所 主要 設(shè)備 Rena Schimid 庫特勒 聚晶 （摻硼）p-type Si Sub （摻磷） n-type 5. 三氯氧磷 三氯氧磷正式名稱為氧氯化磷，又名磷酰氯。為無色透明發(fā)煙液體，有辛辣氣味。熔點2，沸點 105.1，密度1.675kg/l。有強腐蝕性、毒性，不燃燒。 三氯氧磷遇水或水蒸汽劇烈反應(yīng)生成磷酸與氯化氫等有毒的腐蝕性煙霧，對皮膚、粘膜有刺激腐蝕作用。 三氯氧磷可引起急性中毒，在短期內(nèi)吸入大量三氯氧磷蒸汽可引起上呼吸道刺激癥狀、咽喉炎、支氣管 炎，嚴(yán)重者可發(fā)生喉頭水腫窒息、肺炎、肺水腫、紫紺、心力衰竭，亦可發(fā)生貧血、肝臟損害、蛋白尿。 口服三氯氧磷可引起消化道灼傷，眼和皮膚