太陽電池制備工藝-項目一電池的準備

1、光伏電池制備工藝光伏電池制備工藝太陽能工程系太陽能工程系曾禮麗曾禮麗電話：電話mail：考核及評分方法考核及評分方法v1、學(xué)生學(xué)期總評成績由平時成績和期考成績兩個部分、學(xué)生學(xué)期總評成績由平時成績和期考成績兩個部分構(gòu)成，比例為構(gòu)成，比例為5:5。v2、平時成績分為課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、實驗成績。、平時成績分為課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、實驗成績。v 課堂表現(xiàn)：出勤情況（遲到、早退、曠課）、實驗課堂表現(xiàn)：出勤情況（遲到、早退、曠課）、實驗操作、聽課筆記、課堂提問。操作、聽課筆記、課堂提問。v 實驗成績由實訓(xùn)出勤、實驗操作、實驗報告成績共實驗成績由實訓(xùn)出勤、實驗操作、實驗報告成績共同

2、決定。同決定。v3、期考成績，采用開卷筆試法，考核學(xué)生對課堂知識、期考成績，采用開卷筆試法，考核學(xué)生對課堂知識掌握情況。掌握情況。 v 另外，平時成績不合格，另外，平時成績不合格，v 總評成績視為不及格。總評成績視為不及格。項目一項目一v任務(wù)一：晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈流程任務(wù)一：晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈流程v任務(wù)二：太陽電池發(fā)電原理任務(wù)二：太陽電池發(fā)電原理任務(wù)三：硅片分檢標準任務(wù)三：硅片分檢標準任務(wù)一：晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈流程任務(wù)一：晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈流程高純硅料高純硅料pure silicon raw material硅錠硅錠Ingot硅塊硅塊Bricks硅片硅片Wafers電池片電池片solar cell電池組件電池

3、組件module硅礦石硅礦石Silicon ore電池發(fā)電系統(tǒng)電池發(fā)電系統(tǒng)solar system冶金硅料冶金硅料Metallurgical silicon任務(wù)二：太陽電池基礎(chǔ)任務(wù)二：太陽電池基礎(chǔ)光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng) 當照射在當照射在PN結(jié)上的光子能量結(jié)上的光子能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度大于半導(dǎo)體禁帶寬度Eg時，價帶頂?shù)碾娮訒S遷到導(dǎo)帶底，在時，價帶頂?shù)碾娮訒S遷到導(dǎo)帶底，在PN結(jié)結(jié)內(nèi)建電場內(nèi)建電場的作的作用下，用下，電子向電子向N型半導(dǎo)體遷移，型半導(dǎo)體遷移，空穴向空穴向P 型半導(dǎo)體遷移，從型半導(dǎo)體遷移，從而實現(xiàn)電子而實現(xiàn)電子-空穴的分離，產(chǎn)生電動勢?？昭ǖ姆蛛x，產(chǎn)生電動勢。PNIph上電極下

4、電極光生電動勢Uv分離的結(jié)果分離的結(jié)果：v 1. 1. 電子移向電子移向N區(qū)，區(qū)， 空穴移向空穴移向P區(qū)，區(qū)，帶電載流子帶電載流子的定向移動的定向移動出現(xiàn)出現(xiàn)光生電流光生電流I IL L；v 在在PNPN結(jié)內(nèi)部，電流的方向結(jié)內(nèi)部，電流的方向：N N P P。v 2. 2. 在在N N區(qū)邊界將積累電子，在區(qū)邊界將積累電子，在P P區(qū)邊界積累空穴，產(chǎn)生區(qū)邊界積累空穴，產(chǎn)生了一個與平衡了一個與平衡PNPN結(jié)內(nèi)建電場相反的光生電場，其方向相當于結(jié)內(nèi)建電場相反的光生電場，其方向相當于外接正向偏壓，即外接正向偏壓，即P P區(qū)接正，區(qū)接正，N N區(qū)接負。若內(nèi)建電場強度為區(qū)接負。若內(nèi)建電場強度為V V0 0，

5、光生電勢為光生電勢為V V，則空間電荷區(qū)的勢壘高低降低為，則空間電荷區(qū)的勢壘高低降低為e(Ve(V0 0-V)-V)。v 由于光照使得由于光照使得PN結(jié)兩端結(jié)兩端形成的光生電動勢也相當于在形成的光生電動勢也相當于在PNPN結(jié)兩端加上了一個結(jié)兩端加上了一個正向電壓（正向電壓（P P區(qū)接正，區(qū)接正，N N區(qū)接負區(qū)接負），），因此有因此有了了正向電流正向電流I IF F；該正向電流的；該正向電流的方向：方向：P P N，與光生電流方與光生電流方向相反向相反，會抵消部分，會抵消部分p-n結(jié)產(chǎn)生的光生電流使得提供給外電結(jié)產(chǎn)生的光生電流使得提供給外電路的電流減小，所以又把正向電流稱為暗電流。路的電流減小，

6、所以又把正向電流稱為暗電流。 太陽電池的性能表征太陽電池的性能表征v1. 1. 光生電動勢光生電動勢PP正正N N負，相當于在負，相當于在PNPN結(jié)上結(jié)上加上正向電壓加上正向電壓v2. 2. 光生電流光生電流I IL LN N P Pv3. 3. 正向電流正向電流I IF FP P N一、太陽電池模型一、太陽電池模型v 在入射光的作用下，產(chǎn)生光生電壓為在入射光的作用下，產(chǎn)生光生電壓為U、光生電流為光生電流為IL。在。在PN結(jié)兩端通過負載結(jié)兩端通過負載RL構(gòu)成構(gòu)成的回路及等效電路為的回路及等效電路為LRIU太陽電池的模型太陽電池的模型LRLIFIIU太陽電池工作時必須具備下述條件太陽電池工作時必

7、須具備下述條件v 首先，必須有光的照射，可以是單色光、太陽光或模擬首先，必須有光的照射，可以是單色光、太陽光或模擬太陽光等太陽光等，光子的能量一定要大于等于禁帶寬度光子的能量一定要大于等于禁帶寬度。v 其次，光子注入到半導(dǎo)體內(nèi)后，激發(fā)出電子其次，光子注入到半導(dǎo)體內(nèi)后，激發(fā)出電子-空穴對，這空穴對，這些電子和空穴應(yīng)該有足夠長的壽命，些電子和空穴應(yīng)該有足夠長的壽命，在分離之前不會完全復(fù)在分離之前不會完全復(fù)合消失合消失。v 第三，必須有一個靜電場，電子第三，必須有一個靜電場，電子-空穴在靜電場的作用下空穴在靜電場的作用下分離，電子集中在一邊，空穴集中在另一邊。分離，電子集中在一邊，空穴集中在另一邊。

8、v 第四，被分離的電子和空穴由電極收集，輸出到太陽電第四，被分離的電子和空穴由電極收集，輸出到太陽電池外，形成電流池外，形成電流太陽電池的結(jié)構(gòu)太陽電池的結(jié)構(gòu)N+P減反層減反層 正面電極正面電極正電極正電極鋁背場鋁背場負電極主柵線負電極主柵線負電極子?xùn)啪€負電極子?xùn)啪€PN結(jié)結(jié)背面電極背面電極13分選測試分選測試一次清洗、制絨一次清洗、制絨二次清洗二次清洗燒結(jié)燒結(jié)印刷電極印刷電極PECVD等離子刻蝕等離子刻蝕檢驗入庫檢驗入庫擴散擴散 任務(wù)三：硅片分檢標準v硅片分檢主要從以下硅片分檢主要從以下3個方面進行：尺寸、個方面進行：尺寸、外觀、性能；在本課中以外觀、性能；在本課中以156mm156mm為例。為

9、例。v 尺寸主要從邊長、倒角、對角線、厚度尺寸主要從邊長、倒角、對角線、厚度等幾個方面進行衡量。等幾個方面進行衡量。 邊長v常見常見156mm156mm的單的單晶硅片、多晶硅片的邊晶硅片、多晶硅片的邊寬要求為：寬要求為：1560.5mm倒角v倒角主要是指晶片邊倒角主要是指晶片邊緣通過研磨或腐蝕整形加緣通過研磨或腐蝕整形加工成一定角度，以消除晶工成一定角度，以消除晶片邊緣尖銳狀態(tài)，避免在片邊緣尖銳狀態(tài)，避免在后序加工中造成邊緣損失，后序加工中造成邊緣損失，可防止晶片邊緣破裂、防可防止晶片邊緣破裂、防止熱應(yīng)力集中，并增加薄止熱應(yīng)力集中，并增加薄膜層在晶片邊緣的平坦度。膜層在晶片邊緣的平坦度。v常見

10、常見156mm156mm多晶硅片倒角的要求為多晶硅片倒角的要求為0.52mm 、450100（如（如圖；單晶硅片的要求為圖；單晶硅片的要求為90030。對角線v常見常見156mm156mm的單晶硅片與多晶硅的單晶硅片與多晶硅片的對角線要求為片的對角線要求為2000.3mm厚度v常見常見156mm156mm的單的單晶硅片、多晶硅片的厚晶硅片、多晶硅片的厚度為度為200m，厚度范圍，厚度范圍為為20020m（如圖（如圖所示）所示）注意：v尺寸分選的目的在于檢測硅塊開方、尺寸分選的目的在于檢測硅塊開方、倒角和切片中出現(xiàn)的缺陷，以避免出現(xiàn)尺寸倒角和切片中出現(xiàn)的缺陷，以避免出現(xiàn)尺寸偏大或偏小；偏大或偏小

11、；v 采用抽檢的方式或進行檢測，每一支采用抽檢的方式或進行檢測，每一支晶棒、硅塊抽晶棒、硅塊抽510片進行檢測；片進行檢測；v 測量工具：游標卡尺、同心刻度模板、測量工具：游標卡尺、同心刻度模板、非接觸厚度測試儀。非接觸厚度測試儀。外觀分檢 1）破片）破片v2）線痕）線痕v3）裂紋）裂紋v4）缺角）缺角v5）翹曲度）翹曲度v6）彎曲度）彎曲度 7）針孔）針孔8）微晶）微晶9）缺口）缺口 10）崩邊）崩邊 11）污物）污物破片v主要是觀察硅片是否有主要是觀察硅片是否有破損情況，如有破損則破損情況，如有破損則不能使用，破損的硅片不能使用，破損的硅片如圖如圖線痕v 硅塊在多線切割時，在硅硅塊在多線切

12、割時，在硅片表面留下的一系列條狀片表面留下的一系列條狀凸紋和凹紋交替形狀的不凸紋和凹紋交替形狀的不規(guī)則線痕。常見的線痕主規(guī)則線痕。常見的線痕主要有短線焊線后線痕、密要有短線焊線后線痕、密集線痕、普通線痕、凹痕、集線痕、普通線痕、凹痕、凸痕、凹凸很、亮線、臺凸痕、凹凸很、亮線、臺階等。在階等。在156156mm的的硅片中，線痕的要求是硅片中，線痕的要求是10m。常見的線痕問題。常見的線痕問題及晶片線痕要求如圖及晶片線痕要求如圖線痕說明v硅片上有明顯的發(fā)亮的線痕，將該類線痕稱之硅片上有明顯的發(fā)亮的線痕，將該類線痕稱之為亮線。對于亮線的規(guī)格要求，只考亮線的粗糙度，為亮線。對于亮線的規(guī)格要求，只考亮線

13、的粗糙度，不考慮亮線的條數(shù)。規(guī)格不考慮亮線的條數(shù)。規(guī)格10m。裂紋v有裂紋的硅片，主要是有裂紋的硅片，主要是裂紋易延伸到晶片表面、裂紋易延伸到晶片表面、造成晶片的解理或斷裂，造成晶片的解理或斷裂，也可能沒有穿過晶片的也可能沒有穿過晶片的整個厚度，但造成晶片整個厚度，但造成晶片的破片。常見有裂紋的的破片。常見有裂紋的晶片如圖晶片如圖缺角缺角v缺角主要是由于倒角、缺角主要是由于倒角、切片、清洗等工藝過程切片、清洗等工藝過程中所造成。常見的缺角中所造成。常見的缺角不良品如圖不良品如圖翹曲度翹曲度v 翹曲度指的是硅片中位面與翹曲度指的是硅片中位面與基準面最大最小距離的差距的基準面最大最小距離的差距的差

14、值。翹曲度過大的硅片在組差值。翹曲度過大的硅片在組件層壓工藝中易碎片，硅片翹件層壓工藝中易碎片，硅片翹曲度的要求一般為曲度的要求一般為50m。有翹曲度的硅片及翹曲度的測有翹曲度的硅片及翹曲度的測量工具如圖量工具如圖中位面中位面與硅片上表面和下與硅片上表面和下表面等距離的面表面等距離的面彎曲度v 彎曲度是硅片中心面明顯彎曲度是硅片中心面明顯凹凸形變的一種變量，彎凹凸形變的一種變量，彎曲度過大的硅片在組件層曲度過大的硅片在組件層壓工藝中易碎片，對于壓工藝中易碎片，對于156156mm硅片的要求硅片的要求一般為一般為75m。彎曲的硅。彎曲的硅片與檢測工具如圖片與檢測工具如圖：v 彎曲度彎曲度硅片中心

15、偏離硅片中心偏離基準平面的距離?；鶞势矫娴木嚯x。針孔針孔v 材料在長晶時，混有材料在長晶時，混有微小的金屬雜質(zhì)，這些雜微小的金屬雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在長晶過程中進入晶體，質(zhì)在長晶過程中進入晶體，切片后在制絨階段雜質(zhì)被切片后在制絨階段雜質(zhì)被腐蝕掉，出現(xiàn)針孔。對于腐蝕掉，出現(xiàn)針孔。對于硅片的要求應(yīng)該無針孔。硅片的要求應(yīng)該無針孔。不良品如圖不良品如圖微晶微晶v 微晶是指每顆晶粒只由幾千個或幾萬個晶胞并置而成微晶是指每顆晶粒只由幾千個或幾萬個晶胞并置而成的晶體，從一個晶軸的方向來說這種晶體只重復(fù)了約幾的晶體，從一個晶軸的方向來說這種晶體只重復(fù)了約幾十個周期。對于多晶硅片、單晶硅片微晶常常表現(xiàn)為微十個周期。對

16、于多晶硅片、單晶硅片微晶常常表現(xiàn)為微晶脫落，對于硅片的要求為微晶脫落不能超過兩處。如晶脫落，對于硅片的要求為微晶脫落不能超過兩處。如圖圖1-15所示的具有微晶現(xiàn)象的多晶硅片，此圖中的微晶所示的具有微晶現(xiàn)象的多晶硅片，此圖中的微晶面積面積2cm2、晶粒數(shù)超過了、晶粒數(shù)超過了10個，個，1cm長度上的晶粒數(shù)長度上的晶粒數(shù)超過了超過了10個。個。缺口缺口v缺口一般在硅片的邊緣缺口一般在硅片的邊緣與倒角處，常見的為上與倒角處，常見的為上下貫穿邊緣的缺損。常下貫穿邊緣的缺損。常見如圖見如圖崩邊崩邊v崩邊一般為晶片表面或邊崩邊一般為晶片表面或邊緣非有意地造成脫落材料緣非有意地造成脫落材料的區(qū)域，由傳送或放

17、置樣的區(qū)域，由傳送或放置樣品等操作所引起的，崩邊品等操作所引起的，崩邊的尺寸由樣品外形的正投的尺寸由樣品外形的正投影上所測量的最大徑向深影上所測量的最大徑向深度和圓周弦長確定。對于度和圓周弦長確定。對于常見常見156156mm的硅片，的硅片，崩邊的要求為：崩邊個數(shù)崩邊的要求為：崩邊個數(shù)2個、深度個、深度0.3mm、長度、長度0.5mm。常見有崩邊的硅。常見有崩邊的硅片如圖片如圖連續(xù)性崩邊的片子污物污物v污物一般為半導(dǎo)體晶片上的塵埃、晶片表面污物一般為半導(dǎo)體晶片上的塵埃、晶片表面的污染物，且不能用預(yù)檢查溶劑清洗去除。的污染物，且不能用預(yù)檢查溶劑清洗去除。對于晶片的要求為無污物。常見有污物的晶對于

18、晶片的要求為無污物。常見有污物的晶片如圖所示，圖片如圖所示，圖a臟污片雜質(zhì)的主要是氮化硅臟污片雜質(zhì)的主要是氮化硅和碳化硅、圖和碳化硅、圖b臟污片雜質(zhì)主要是水痕等，對臟污片雜質(zhì)主要是水痕等，對于圖于圖a、b中的臟污片均是不合格的晶片。中的臟污片均是不合格的晶片。（a）含有氮化硅、碳化硅的臟污片）含有氮化硅、碳化硅的臟污片（b）水痕雜質(zhì)臟污片）水痕雜質(zhì)臟污片注意：注意：v 外觀缺陷檢查目的在于檢查硅片在切外觀缺陷檢查目的在于檢查硅片在切片和清洗過程中是否造成外觀缺陷。片和清洗過程中是否造成外觀缺陷。v 硅片采用全部檢測的方式進行檢驗。硅片采用全部檢測的方式進行檢驗。v 常用測量工具事十倍放大鏡、塞

19、尺、常用測量工具事十倍放大鏡、塞尺、線痕表面深度測試儀。線痕表面深度測試儀。硅片性能測試v1）電阻率測試）電阻率測試v2）導(dǎo)電類型）導(dǎo)電類型v3）TTVv4）少子壽命）少子壽命電阻率測試電阻率測試v電阻率為荷電載體通過電阻率為荷電載體通過材料受阻程度的一種量材料受阻程度的一種量度，用來表示各種物質(zhì)度，用來表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量，符電阻特性的物理量，符號為號為，單位為，單位為cm。156156cm硅片的電硅片的電阻率規(guī)格為阻率規(guī)格為0.53.cm。檢測如圖。檢測如圖導(dǎo)電類型導(dǎo)電類型v半導(dǎo)體導(dǎo)電類型根據(jù)摻半導(dǎo)體導(dǎo)電類型根據(jù)摻雜劑的選擇與摻雜劑的雜劑的選擇與摻雜劑的量不同，導(dǎo)致半導(dǎo)體材量不同，導(dǎo)致半導(dǎo)體材料中的多數(shù)載流子可能料中的多數(shù)載流子可能是空穴或者電子，空穴是空穴或者電子，空穴為多子的是為多子的是P型、電子型、電子為主的是為主的是N型。目前太型。目前太陽電池應(yīng)用的的硅片為陽電池應(yīng)用的的硅片為P型，測試工具為電阻型，測試工具為電阻率測試儀，如圖率測試儀，如圖TTVvTTV為總厚度偏差，即為總厚度偏差，即晶片厚度的最大值和最晶片厚度的最大值和最小值的差，晶片總厚度小值的差，晶片總厚度偏差的要求為偏差的要求為30m。常用測量工具為測厚儀，常用測量