晶硅太陽能電池工藝簡介1

1、晶硅太陽能電池常規(guī)工藝簡介北京七星華創(chuàng)電子股份微電子設(shè)備分公司.常規(guī)晶硅電池工藝流程.電池片消費流程剖面圖制絨P型襯底分散刻蝕+ 去PSGn+ 發(fā)射極P型襯底PECVD鍍膜氮化硅減反層P型襯底燒結(jié)氮化硅減反層n+ 發(fā)射極背電場鋁背接觸P型襯底反面銀電極正銀柵線金屬電極印刷反面銀電極正銀柵線P型襯底鋁背接觸P型襯底.清洗制絨texture目的1、清洗外表油污及金屬雜質(zhì)；2、去除外表損傷層；3、構(gòu)成外表織構(gòu)化，減少光反射。硅片機械損傷層410微米硅外表損傷層去除單晶硅絨面減反射表示圖.單晶制絨原理： Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 總反響方程式為：面晶體硅在堿性溶液中由于各向異性

2、腐蝕，構(gòu)成金字塔構(gòu)造：.單晶硅槽式制絨設(shè)備.單晶制絨工藝流程圖.多晶硅片在HF-HNO3溶液中，由于反響的不均勻構(gòu)成大小不等的腐蝕坑；反響如下： Si+2HNO3+6HF = H2SiF6+2HNO2+2H2O 3Si+4HNO3+18HF = 3H2SiF6+4NO+8H2O 3Si+2HNO3+18HF = 3H2SiF6+2NO+4H2O+3H2 5Si+6HNO3+30HF=5H2SiF6+2NO2+4NO+10H2O+3H2 多晶硅片制絨原理.多晶硅絨面形貌圖.多晶硅制絨工藝流程.在線式制絨設(shè)備在線式制RENA.在線式制絨內(nèi)部構(gòu)造Schmid.制絨工序檢驗內(nèi)容減薄量反射率 外觀均勻性

3、硅片制絨前后的反射率對比.分散制結(jié)diffusion在P型硅襯底分散N型雜質(zhì)，在襯底表層構(gòu)成PN結(jié)。普通硅太陽能電池中襯底雜質(zhì)為硼B(yǎng)，分散雜質(zhì)為磷P為什么有一面沒有結(jié)？.分散制結(jié)根底diffusion制結(jié)過程是在一塊半導(dǎo)體基體資料上生成導(dǎo)電類型不同的半導(dǎo)體層。制結(jié)方法有熱分散，離子注入，外延，激光及高頻電注入法等。分散是物質(zhì)分子或原子運動引起的一種自然景象，熱分散制pn結(jié)法為用加熱方法使V族雜質(zhì)摻入P型或族雜質(zhì)摻入N型硅而制成。硅太陽電池中最常用的V族雜質(zhì)元素為磷，族雜質(zhì)元素為硼。制結(jié)方法為使磷元素在分散進硼摻雜的半導(dǎo)體，在兩種摻雜的半導(dǎo)體交界處構(gòu)成PN結(jié)。P型半導(dǎo)體P指positive，帶正

4、電的：由單晶硅經(jīng)過特殊工藝摻入少量的三價元素組成，會在半導(dǎo)體內(nèi)部構(gòu)成帶正電的空穴； N型半導(dǎo)體N指negative，帶負(fù)電的：由單晶硅經(jīng)過特殊工藝摻入少量的五價元素組成，會在半導(dǎo)體內(nèi)部構(gòu)成帶負(fù)電的自在電子。.PN結(jié)PN junctionN型P型空間電荷區(qū)P-N結(jié)電 子空 穴P 型硅片N 型在N型和P型半導(dǎo)體的交界面處存在有電子和空穴濃度梯度，N區(qū)中的電子就向P區(qū)浸透分散，分散的結(jié)果是N型區(qū)域中臨近P型區(qū)域一邊的薄層內(nèi)有一部分電子分散到N型中去了。由于這個薄層失去了一些電子，在N區(qū)就構(gòu)成帶正電荷的區(qū)域。同樣，P型區(qū)域中臨近N型區(qū)域一邊的薄層內(nèi)有一部分空穴分散到N型區(qū)域一邊去了。由于這個薄層失去了

5、一空穴，在P區(qū)就構(gòu)成了帶負(fù)電荷的區(qū)域。這樣在N型區(qū)和P型區(qū)交界面的兩側(cè)構(gòu)成了帶正、負(fù)電荷的區(qū)域，叫做空間電荷區(qū)，也叫PN結(jié)。.太陽能電池分散方法分散工藝的摻雜源各不一樣，根本的分散有:固態(tài)源： 磷紙，硼紙，磷酸二氫銨(結(jié)晶狀),用于管式分散。 絲網(wǎng)印刷磷漿料后(鏈?zhǔn)?分散液態(tài)源： POCL3，BBr3，用于管式分散。 噴涂磷酸二氫銨水溶液后(鏈?zhǔn)?分散。 其中POCl3液態(tài)源分散方法具有消費效率較高，得到PN結(jié)均勻、平整和分散層外表良好等優(yōu)點，這對于制造具有大面積結(jié)的太陽電池是非常重要的。因此目前國內(nèi)運用最多的是POCl3液態(tài)源分散法。.熱分散反響POCl3在高溫下600分解生成五氯化磷PCl

6、5和五氧化二磷P2O5，其反響式如下：生成的P2O5在分散溫度下與硅反響，生成二氧化硅SiO2和磷原子，其反響式如下： POCl3熱分解時，假設(shè)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，破壞硅片的外表形狀。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其反響式如下：. 生成的P2O5又進一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見在磷分散時，為了促使POCl3充分的分解和防止PCl5對硅片外表的腐蝕作用，必需在通氮氣的同時通入一定流量的氧氣 。 在有氧氣的存在時，POCl3熱分解的反響式為： POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積

7、在硅片外表，P2O5與硅反響生成SiO2和磷原子并在硅片外表構(gòu)成一層磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中進展分散 。.分散設(shè)備及分散間設(shè)備操作.分散管路原理圖.分散根本步驟.分散工序檢測內(nèi)容方塊電阻四探針測試儀少子壽命semilab WT1000).方塊電阻的意義及丈量分散層的薄層電阻也稱方塊電阻，即外表為正方形的半導(dǎo)體薄層在電流方向電流方向平行于正方形的邊所呈現(xiàn)的電阻。用Rs和R表示，sheet resistance。普通用四探針法丈量。Rs=/t (其中為塊材的電阻率,t為塊材厚度方塊電阻的大小直接反映了分散入硅內(nèi)部的凈雜質(zhì)總量對于太陽能電池分散工藝，可以以為硅片周圍的雜質(zhì)濃度是恒定的，不隨時間

8、而改動，硅片的外表濃度Ns堅持不變。雜質(zhì)在硅中的分布近似為余誤差分布。高濃度磷原子分布表示圖.刻蝕去邊或腐蝕去背結(jié)分散過程中，在硅片的周邊外表也構(gòu)成了分散層。周邊分散層使電池的上下電極構(gòu)成短路環(huán)，必需將它除去。周邊上存在任何微小的部分短路都會使電池并聯(lián)電阻下降，以致成為廢品。去邊的方法有干法刻蝕和濕法腐蝕兩種.刻蝕原理干法刻蝕原理：等離子體刻蝕是采用高頻輝光放電反響，使反響氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子分散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕資料進展反響，構(gòu)成揮發(fā)性生成物而被去除。它的優(yōu)勢在于快速的刻蝕速率同時可獲得良好的物理形貌 。濕法腐蝕原理：在硝酸、氫氟酸、硫酸組成的腐蝕液中

9、腐蝕秒鐘左右，去除硅片反面結(jié)及周邊結(jié)部分，普通運用的設(shè)備為在線式腐蝕設(shè)備。.等離子刻蝕機.去磷硅玻璃硅片在經(jīng)過等離子體刻蝕后，在前外表尚存在一層磷硅玻璃層PSG層，含磷的二氧化硅，PSG層具有親水性，易潮解，必需在PECVD鍍膜之前去掉。去PSG在HF溶液中進展，反響如下：SiO2+6HF = H2SiF6+2H2OP型襯底為什么只需一面消逝？.等離子刻蝕根本步驟.去磷硅玻璃清洗機.刻蝕+去PSG檢測內(nèi)容邊緣P-N型冷熱探針法外觀 目測.PECVD鍍膜PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition等離子加強化學(xué) 氣相堆積等離子體：氣體在一定條件下

10、遭到高能激發(fā)，發(fā)生電離，部分外層電子脫離原子核，構(gòu)成電子、正離子和中性粒子混合組成的一種形狀,這種形狀就稱為等離子態(tài)，等離子體從宏觀來也是電中性但是在部分可以為非電中性。.PECVD鍍膜工藝目的P型襯底氮化硅減反層n+ 發(fā)射極 在分散后的硅片上構(gòu)成一層致密的氮化硅SiNx層，進一步降低反射率。富H的氮化硅在經(jīng)過一定的高溫后燒結(jié)過程可以對硅體資料構(gòu)成很好的鈍化作用。阻撓金屬離子和水蒸汽的分散。構(gòu)成良好的絕緣層。.PECVD原理 PECVD技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反響氣體，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反響和等離子體

11、反響，在樣品外表構(gòu)成固態(tài)薄膜。PECVD方法的特點是等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學(xué)氣相堆積過程所需的激活能。電子與氣相分子的碰撞可以促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，生成活性很高的各種化學(xué)基團，能顯著降低薄膜堆積的溫度范圍。反響方程式：.PECVD等離子產(chǎn)生方式：直接式基片位于一個電極上，直接接觸等離子體低頻放電10-500kHz 或高頻13、56MHz),在射頻激發(fā)的等離子的腔體內(nèi)，高速運動的 電子激發(fā)反響氣體NH3和SiH4產(chǎn)生等離子，堆積在硅片外表。間接式基片不接觸激發(fā)電極如2、45GHz微波激發(fā)等離子),在微波激 發(fā)等離子的設(shè)備里，等離子產(chǎn)生在反響腔之外，然后

12、由石英管 導(dǎo)入反響腔中。在這種設(shè)備里微波只激發(fā)NH3，而SiH4直接進 入反響腔。 間接PECVD的堆積速率比直接的要高很多，這對大規(guī)模消費尤其重要。直接式PECVD間接式PECVD.等離子的兩種產(chǎn)生方式比較.PECVD設(shè)備構(gòu)造.平板式PECVD設(shè)備.平板式PECVD工藝過程.管式PECVD鍍膜設(shè)備.管式PECVD工藝控制過程boatheating cassetteplasma generatorCESARloadingmachinegas supplyN2SiH4NH3vacuumpumpscrubberExhaust.管式PECVD的根本工藝步驟.PECVD檢測內(nèi)容膜厚、折射率橢偏儀反射率

13、D8反射儀外觀均勻性、顏色目測.制備電極制備電極的目的：1、搜集電流2、引出電流3、將單體電池焊接成串.制備電極的方法絲網(wǎng)印刷法：在網(wǎng)版上制造特定電極圖形，經(jīng)過刮刀的運動將網(wǎng)版上的金屬漿料擠出網(wǎng)版，落在網(wǎng)版下面的硅片上，構(gòu)成電極圖形。絲網(wǎng)印刷方法制造電極圖形本錢低，產(chǎn)量高，是目前規(guī)?；M中普遍采用的一種制備電極的方法?？滩勐駯欧ǎ河眉す饣蛘邫C械的方法在電池外表劃出電極槽，在電極槽內(nèi)重?fù)街髮⒉煌慕饘侔凑詹煌捻樞蚪凶〉碾姌O槽內(nèi)，這種方法制造本錢高，但電池效率高，普通用于高效電池的制造。噴墨打印法：運用氣體帶動金屬漿料從特制的噴嘴噴出，堆積到電池外表構(gòu)成電極，這種方法制備的電極具有較好的高寬

14、比，但目前設(shè)備尚不成熟，規(guī)?；\用較少。.絲網(wǎng)印刷的原理印刷基材硅片刮刀擠壓印刷油墨，并借助刮刀面和網(wǎng)版網(wǎng)結(jié)的阻攔，使印刷油墨呈現(xiàn)出逆向滾動形狀，當(dāng)油墨行至網(wǎng)版未被乳膠膜阻撓的電極圖形區(qū)時即向下穿透網(wǎng)孔接觸印刷基材(硅片)，刮刀繼續(xù)往前推移是，那么因網(wǎng)版張力及離版間距，使油墨脫離網(wǎng)版，附著于印刷基材上，到達(dá)印刷的目的。網(wǎng) 框印 刷 網(wǎng) 粘著劑刮 刀印 墨版 膜印 刷基 材.絲網(wǎng)印刷流程P型襯底.電池的正反面電極圖形柵線銀漿背電場：鋁漿背電極：鋁漿或銀鋁漿電池片正面電池片反面.絲網(wǎng)印刷的設(shè)備(Baccini).絲網(wǎng)印刷檢測內(nèi)容副柵線寬度、高度晶相顯微鏡印刷濕重電子天平印刷圖形完好性目測.燒結(jié)的目

15、的燃盡金屬漿料中的有機成分；燒穿絕緣的氮化硅膜，使?jié){料中的金屬和硅熔交融金，構(gòu)成歐姆接觸；對經(jīng)過等離子轟擊的硅片退火，激活摻雜的原子，消除晶格損傷；激活氮化硅膜( )中的氫離子，使之鈍化硅片內(nèi)部晶格缺陷。.燒結(jié)的原理燒結(jié)可看作是原子從系統(tǒng)中不穩(wěn)定的高能位置遷移至自在能最低位置的過程。漿料中的固體顆粒系統(tǒng)是高度分散的粉末系統(tǒng)，具有很高的外表自在能。由于系統(tǒng)總是力求到達(dá)最低的外表自在能形狀，所以在燒結(jié)過程中，粉末系統(tǒng)總的外表自在能必然要降低，這就是燒結(jié)的動力學(xué)原理。固體顆粒具有很大的比外表積，具有極不規(guī)那么的復(fù)雜外表形狀以及在顆粒的制造 、細(xì)化處置等加工過程中，遭到的機械、化學(xué)、熱作用所呵斥的嚴(yán)重

16、結(jié)晶缺陷等，系統(tǒng)具有很高自在能.燒結(jié)時，顆粒由接觸到結(jié)合，自在外表的收縮、空隙的排除、晶體缺陷的消除等都會使系統(tǒng)的自在能降低，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)中更穩(wěn)定的形狀。這是粉末系統(tǒng)在高溫下能燒結(jié)成密實構(gòu)造的緣由。 .燒結(jié)的設(shè)備燒結(jié)爐despatch.燒結(jié)爐centrotherm.燒結(jié)爐內(nèi)部機構(gòu)及工藝圖.測試分選&包裝入庫測試目的：經(jīng)過模擬太陽光對太陽能電池進展參數(shù)測試和分析，并將電池片按照電性能和外觀等要求進展分類，包裝入庫。規(guī)范太陽光功率密度： 1kW/m2 =100mW/m2 ，以此作為測試儀器的入射光的功率密度即：Pin= 1kW/m2 =100mW/m2 測試環(huán)境溫度：25 .電池參數(shù)的定義短路

17、電流Isc：電池短路Uoc=0)時的電流，即最大電流；開路電壓Uoc：電池開路Isc=0時的電壓，即最大電壓;最大功率Pmax: 電池在光照下輸出的最大功率值；填充因子FF：最大功率/(最大電壓*最大電流) = Pmax / (Isc*Uoc)轉(zhuǎn)換效率：電池輸出功率與太陽 光入射功率的比值.測試分選設(shè)備(臺達(dá).電池片的包裝入庫.干凈室規(guī)范目前世界各國雖有自訂規(guī)格，但普遍還是采用美國聯(lián)邦規(guī)范 209 為多，今就209D 及209E 和世界上其他各國之所訂規(guī)范再做更進一步之引見與相互比較。.美國聯(lián)邦規(guī)范為干凈室干凈等級，一個歷史階段以來，為世界各國所采用，在規(guī)范設(shè)計行為方面，發(fā)揚了宏大的作用，隨著

18、科學(xué)技術(shù)的開展，它完成了其歷史使命。美國環(huán)境科學(xué)委員會，于2001年11月24日正式宣布，由即日起取消并廢除干凈室的美國聯(lián)邦規(guī)范，在美國等效運用“ISO14644-1干凈室等級的國際規(guī)范。在以后的文件中，再出現(xiàn)美國聯(lián)邦規(guī)范的等級內(nèi)容的字樣，該文件可視之無效文件，或劣質(zhì)文件或不合格文件。 我國修訂后的“干凈廠房設(shè)計規(guī)范GB50073-2001，曾經(jīng)在2002年開場實行，其中，關(guān)于干凈室干凈等級，等效采用“ISO14644-1干凈室等級的國際規(guī)范，實現(xiàn)了與國際接軌。.晶硅太陽能電池車間干凈度制絨萬級（ISO class7）擴散前清洗、擴散千級（ISO class6）刻蝕、去PSG萬級（ISO class7）PECVD 、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)、測試分選十萬級（ISO class8）車間干凈度測試方法：激光粒子計數(shù)儀.習(xí)題1. 制造晶硅太陽能電池的主要 步驟有哪些？答：制絨，分散，刻蝕，去磷硅玻璃，鍍膜，印刷電極，燒結(jié)，測試。2. 液態(tài)分散源三氯氧磷在有氧氣的分散條件下的反響式(不是方程式)答：.3. 簡述PECVD的原理的特點，并寫出反響式答： PECVD技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升