單晶硅太陽電池工藝

1、單晶硅太陽電池工藝公司名稱信息1第1頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe2目錄Test wafersTexturingCleaning before diffusionDiffusionEdge isolation and remove PSGPECVD Screen printing and firingSE solar cells introduce第2頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe3來料檢驗 現(xiàn)在有的電池生產公司會有這道生產工序，因為優(yōu)質硅片在市場上常常處于“有價無市”的狀態(tài)，缺貨嚴重，許多硅片制造商經常會用硅棒的“頭尾料”來

2、以次充好，賣給下游電池制造商，所以加上這道工序用來檢驗硅片的質量。 此道工序主要檢驗硅片的厚度、少子壽命、表面平整度、是否有微裂紋、電阻率、表面油污等，同時具有插片功能，可將硅片插入25片一盒的晶片盒中。我所知的設備供應商是韓國的fortix公司。這種設備插片速度不是很快，所以平時也只是用來做抽查檢驗，大部分硅片還是手工插入晶片盒流入下一工序。第3頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe4texturing 第二道工序是制絨。為了提高單晶硅太陽電池的光電轉換效率,工業(yè)生產中通常采用堿與醇的混合溶液對(100)晶面的單晶硅片進行各向異性腐蝕，在表面形成類似“金字塔”狀的絨

3、面結構（陷光結構）,有效的增強了硅片對入射太陽光的吸收,從而提高光生電流。顯微鏡下的絨面結構圖第4頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe5 國內一般采用深圳捷佳創(chuàng)in-line制絨機。我所見的該廠家的制絨機有單槽產200、300和400片三種，制絨槽的材料有PVC樹脂和不銹鋼兩種。工藝條件視硅片表面質量而定，以200片一槽不銹鋼材質的設備為例，硅片表面油污較少易于制出絨面，堿濃度可在0.8-1.2%之間，醇添加6-10升即可，硅酸鈉500克。反應時間18-25分鐘，反應溫度80-82度。若表面較臟，工藝的變數(shù)就很大了，反應時間一般是延長至40分鐘，同時加大堿濃度，甚至

4、在制絨前采用高濃度堿液腐蝕的“粗拋”工藝。由于受原材料影響較大，所以制絨工藝很不穩(wěn)定，需要很有經驗的工藝人員在場控制。制絨工藝所用的化學輔料現(xiàn)在普遍是NaOH,異丙醇和硅酸鈉。有個別公司不用硅酸鈉。texturing第5頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe6擴散前清洗制絨后會進行擴散制結，在擴散前要進行酸洗，洗去硅片表面附著的金屬離子。主要采用鹽酸溶液，清洗機一般采用捷佳創(chuàng)和北京七星華創(chuàng)的。清洗作業(yè)還要用到HF溶液，洗去硅片表面上的薄氧化層。硅片經過兩種酸液的清洗順序沒有嚴格要求，一般是先經過HCl，再經過HF。第6頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分

5、，星期二joe7diffusion第7頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe8diffusion 擴散的主要目的是制作PN結，在摻硼的P型硅片上用三氯氧磷進行擴散。三氯氧磷（磷源）呈液態(tài)，放在擴散爐后面，一般源溫為18-25度，通過載氣N2傳進擴散爐體。三氯氧磷與氧氣在爐內反應生成磷擴散進硅片表面下，同時通保護N2，調節(jié)氣流，保證擴散結的均勻性。 目前大多數(shù)廠商采用中電48所和北京七星華創(chuàng)的國產擴散爐，國產爐擴散的均勻性不好，氣流量大，爐口密封性不好，常有綠色的偏磷酸生成。國外Centrotherm公司生產的擴散爐也有少數(shù)公司采用，效果很好，缺點是編輯新擴散工藝不方便

6、，要求工藝人員會計算機編程語言才能編寫工藝程序。 以下是我編寫的一個擴散工藝recipe,采用了小氣流量擴散工藝。 step Time Temperature N2 flow O2 flow source gas 1 loading 152 stability 860 10slm3 oxidation 8min 860 15slm 2slm4 first diffusion 15min 860 18 1 0.8slm5 drive in 10 860 18 0.56 second diffusion 10 860 18 1 0.87 cool down 至810 258 unload 15 第

7、8頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe9擴散結的在線檢測手段主要有兩種，四探針測方塊電阻和測少子壽命。不同生產商對方塊電阻的要求不同，看重短路電流的生產商要求方塊電阻在45-50之間，而看重開路電壓的生產商會要求方塊電阻在35-40之間。diffusion左圖為四探針測方阻，右圖為少子壽命測試儀第9頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe10Edge isolation and remove PSG 擴散后，我們只希望硅片上面存在PN結，可是擴散后的硅片在側面也存在PN結，側面的N型區(qū)是不需要的，因為它是導致成品電池反向漏電的一個原因，所以要

8、去掉側邊的N型區(qū)。過去采用的辦法是等離子刻蝕，將硅片上下表面用夾具擋住，只留出側邊放入等離子刻蝕機進行干刻，刻蝕氣體為CF4和O2,比例10:1即可?？涛g后，用冷熱探針接觸硅片邊緣，顯示“P”即可，或用萬用表的觸筆測試邊緣，電阻大于5000歐亦可。現(xiàn)今一些大公司引進了德國的RENA濕法刻蝕設備，使硅片在滾輪上漂浮通過硝酸、硫酸、氫氟酸的混合溶液，利用“虹吸原理”使硅片邊緣吸入酸液腐蝕掉N型區(qū)，同時硅片背面的絨面結構被腐蝕平整。大規(guī)模生產后證明，濕法刻蝕相對于干法刻蝕，將電池效率提高了0.15-0.2%。 等離子刻蝕后會進行去“磷硅玻璃”清洗，因為擴散后，硅片表面會生長一層含磷的二氧化硅層，稱為

9、“磷硅玻璃”。清洗溶液為HF溶液，濃度在5%左右。RENA設備整合了去磷硅玻璃這一步，邊緣腐蝕后，硅片會漂到HF溶液中。 這里順便提一下，國外的公司進行邊緣刻蝕采用了激光刻蝕，用激光將硅片邊緣切除達到去N型區(qū)的目的，這一步在做成成品電池后進行，激光器加在了燒結爐和Berger測試儀之間（后面會提及）。國內也嘗試過這種辦法，但是激光刻蝕國內公司使用總是不穩(wěn)定，所以很少有公司添加了這種設備，擁有這種設備的公司一般只是在等離子刻蝕不完全時加上激光刻蝕，防止反向漏電大現(xiàn)象。第10頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe11Edge isolation and remove PS

10、G第11頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe12PECVD鍍膜的原理相信大家都很清楚，單晶硅電池鍍膜的主要作用是減反射和鈍化硅片表面懸掛鍵。國內廠商所用的鍍膜設備主要有兩種，Roth&Rau公司的板式鍍膜機和Centrotherm的管式鍍膜機。此外，中電48所采用自主制造的管式鍍膜機，南京中電采用了ATON 的PVD鍍膜。后面附上了板式PECVD設備的一些圖片，很遺憾沒有管式設備的全貌圖,右邊小角是管式設備鍍膜裝硅片所用的石墨舟。商業(yè)化生產單晶硅電池鍍膜主要是鍍單層氮化硅，厚度控制在75-80nm,折射率在之間。在線檢測設備為橢偏儀。第12頁，共24頁，2022年，

11、5月20日，17點53分，星期二joe13PECVD板式PECVD第13頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe14PECVD 鍍膜的工藝氣體只有硅烷和氨氣，板式鍍膜采用MW generator,激發(fā)頻率較大，所以氨氣用量較小，管式設備采用HF（高頻） generator,頻率不超過13.56MHz,氨氣難電離，所以氨氣消耗量很大。板式設備氨氣與硅烷的比例對電池的效率影響較大，以效率為17%的P型單晶硅電池為例，氨氣與硅烷的比例一般控制在2.3：1左右，總氣流量為2500sccm,一般來說，在一定范圍內，硅烷量多一些，鈍化效果更好些。管式設備氨氣量耗費大致在每batch

12、 100L左右，流量為5L/min,硅烷流量450-550sccm即可。反應溫度在400-450度，功率2600-3000W，不同公司的工藝參數(shù)會有些許不同。實際的鍍膜效果來看，管式設備做出的電池效率比板式的高0.2-0.3%，多晶硅電池采用這兩種設備鍍膜，做出的電池效率差距更明顯。從QE譜圖上看，管式設備做出的電池短波響應更高一些。第14頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe15Screen printing and firing 鍍膜后做金屬電極的方法很多，國內廠商商業(yè)化生產大多采用AMAT Baccini的絲網印刷設備。將金屬漿料通過不銹鋼網版印到硅片上，背面主

13、要印背電極和背場，烘箱烘干后翻片，再在上表面印正電極，通過燒結工藝使正面金屬漿料穿透氮化硅膜與硅片表面形成歐姆接觸。第15頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe16第16頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe17第17頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe18左圖為軟件工藝參數(shù)更改界面，常被更改的是以下四個參數(shù)。snap-off稱為絲網間距，down-stop稱為刮板高度，pressure是印刷壓力，printing speed是印刷速度。修改OFFSETS框內的X，Y，Theta值可以保證在硅片上印刷圖形的準確。

14、絲網印刷設備組成部分較多，詳細介紹起來十分繁瑣，如有興趣可共同研究，這里不做更詳細的介紹了。第18頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe19firing燒結是絲網印刷后電池制造的最后一道工序，國內生產商采用的燒結爐主要來自三個廠商，Centrotherm,BTU和Despatch.第19頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe20firing以Centrotherm燒結爐為例，以下是它的一個典型的工藝參數(shù)配置HTO：烘干區(qū) 350 380 400度FF：快速燒結區(qū)450 500 550 625 820 840度，前四個區(qū)燒結背電極和鋁背場，后兩

15、個區(qū)燒結正電極（銀電極）。傳送帶的速度為5000mm/min電池方塊電阻為47ohm/方塊快速燒結區(qū)采用紅外燈管加熱，具體樣式請見下圖。第20頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe21IR lamp第21頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二joe22絲網印刷到測試整個過程具體的工藝流程如下：1.印背電極，材料為銀鋁漿或銀漿烘干2.印背電場，材料為鋁漿，燒結后會用鋁進入硅片背面，形成P+-P結構，拉大了內電勢，提高了開路電壓，同時兼有背部鋁吸雜的作用。烘干3.翻片，印正電極，材料為銀漿4.燒結5.Berger測試電池片性能參數(shù)主要參數(shù)為Isc,Voc,Eff,Pmax,Irev,Rs,Rsh,FF第22頁，共24頁，2022年，5月20日，17點53分，星