硅太陽(yáng)電池的工作原理培訓(xùn)

晶體硅太陽(yáng)能電池工藝原理及流程蘇州阿特斯陽(yáng)光電力科技有限公司工藝部潘勵(lì)剛光伏技術(shù)的發(fā)展晶體硅太陽(yáng)電池是光伏行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品，占市場(chǎng)份額的90%，尤其是多晶硅太陽(yáng)電池的市場(chǎng)份額已遠(yuǎn)超過(guò)單晶硅電池的市場(chǎng)份額，自從六十年代太陽(yáng)能電池作為能源應(yīng)用于宇航技術(shù)以來(lái)，太陽(yáng)能電池的技術(shù)得到非常迅速的發(fā)展，單晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率已接近25%，多晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率已接近20%。1980年以后的轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄主要由澳大利亞新南威爾斯大學(xué)保持。單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的發(fā)展過(guò)程實(shí)驗(yàn)室高效太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖成品電池片

負(fù)電極副柵線負(fù)電極主柵線正電極背電場(chǎng)光伏產(chǎn)業(yè)流程太陽(yáng)能電池分類(lèi)與結(jié)構(gòu)1.太陽(yáng)電池的分類(lèi)按結(jié)構(gòu)分:同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)、肖特基、多結(jié)按材料分：晶體硅、化和物半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體、薄膜按用途分:空間、地面2.太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu):BSF電池、紫光電池、絨面電池、異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池、M1S電池、

MINP電池、聚光電池

新型結(jié)構(gòu):PESC、PERC、PERL、埋柵電池、PCC、

LBSF、異質(zhì)pp+結(jié)

單晶硅與多晶硅單晶硅

在整個(gè)晶體內(nèi)，原子都是周期性的規(guī)則排列，稱(chēng)之為單晶。多晶硅

由許多取向不同的單晶顆粒雜亂地排列在一起的固體稱(chēng)為多晶。晶體硅轉(zhuǎn)換效率

中試轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到18.5%

和16.5%

6.5%

硅太陽(yáng)能電池工作原理與特性硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)中常用的硅（Si），磷（P），硼（B）元素的原子結(jié)構(gòu)模型如圖所示第三層4個(gè)電子第二層8個(gè)電子第一層2個(gè)電子Si+14P+15B最外層5個(gè)電子最外層3個(gè)電子siPB硅太陽(yáng)能電池工作原理與特性太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)如下：圖中正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。

硅太陽(yáng)能電池工作原理與特性當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時(shí)，硅晶體中就會(huì)存在著一個(gè)空穴，它的形成可以參照下圖：圖中正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因?yàn)榕鹪又車(chē)挥?個(gè)電子，所以就會(huì)產(chǎn)生入圖所示的藍(lán)色的空穴，這個(gè)空穴因?yàn)闆](méi)有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成P（positive）型半導(dǎo)體。

硅太陽(yáng)能電池工作原理與特性同樣，硅中摻入磷原子以后，因?yàn)榱自佑形鍌€(gè)電子，所以就會(huì)有一個(gè)電子變得非?；钴S，形成N（negative）型半導(dǎo)體。黃色的為磷原子核，紅色的為多余的電子。硅太陽(yáng)能電池工作原理與特性

P型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，而N型半導(dǎo)體中含有較多的電子，當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，由于P型半導(dǎo)體多空穴，N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會(huì)擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會(huì)擴(kuò)散到N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個(gè)由N指向P的“內(nèi)建電場(chǎng)”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層，形成電勢(shì)差，這一薄層就是PN結(jié)。

硅太陽(yáng)能電池工作原理與特性當(dāng)晶片受光后，由于光生伏特效應(yīng)，在半導(dǎo)體P-N結(jié)上會(huì)激發(fā)出新的空穴-電子對(duì)，在P-N結(jié)電場(chǎng)的作用下，在P-N結(jié)內(nèi)空穴由N區(qū)流向P區(qū)，電子由P區(qū)流向N區(qū)，接通電路后就形成電流，這就是太陽(yáng)能電池的工作原理，因此，太陽(yáng)電池又稱(chēng)為“光伏電池”。硅PN結(jié)太陽(yáng)電池基本結(jié)構(gòu)metaln+p(

-

)(

+

)t

finger-+p+正面銀電極鋁背場(chǎng)硅鋁合金層太陽(yáng)電池的等效電路圖太陽(yáng)電池的重要參數(shù)

Isc：短路電流Voc：開(kāi)路電壓FF：填充因子Rs:串聯(lián)電阻（Voc處的斜率）Rsh:并聯(lián)電阻（Isc處的斜率）Im:Pm處的電流Vm:Pm處的電壓EFF：轉(zhuǎn)換效率（EFF=Isc*Voc*FF/S）晶體硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)工藝流程

1.去除損傷層表面絨面化

2.發(fā)射區(qū)擴(kuò)散

3.刻蝕去PSG4.PECDV沉積SiN

5.絲網(wǎng)印刷

6.燒結(jié)

7電池片測(cè)試

1.去除損傷層表面絨面化硅片P型，晶向?yàn)椋?00）的單晶硅片。利用氫氧化鈉溶液對(duì)單晶硅片進(jìn)行各向異性腐蝕的特點(diǎn)來(lái)制備絨面，可以得到整齊均勻的金字塔形的角錐體組成的絨面。絨面具有受光面積大，反射率低的特點(diǎn)?？商岣邌尉Ч杼?yáng)電池的短路電流，從而提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率.圖(13)單晶硅片絨面形狀

2.發(fā)射區(qū)擴(kuò)散采用三氯氧磷氣體攜帶源方式，分為兩步，第一步用氮?dú)馔ㄟ^(guò)液態(tài)的ＰＯＣ１３，將所需的雜質(zhì)用載流氣體輸運(yùn)至高溫半導(dǎo)體表面，雜質(zhì)擴(kuò)散深度約幾百個(gè)納米。第二步是高溫處理，使預(yù)沉積在表面的雜質(zhì)原子繼續(xù)向基體深處擴(kuò)散。這樣就形成了pn結(jié)。

POCl3+O2——PCl5+P2O5P2O5+Si——SiO2+PPCl5+O2——P2O5+P3.刻蝕去PSG去除硅片擴(kuò)散后邊緣和表面的PSGSi+O2+CF4——SiF4+CO2

SIO2+HF——H2（SiF6）+H2O4.PECDV沉積SiN拋光的硅表面的反射率為３５％，為了減少表面反射，提高電池的轉(zhuǎn)換效率，需要沉積一層減反層，減反層有很多種，可以是ＳｉＯ２、ＺｎＳ、ＳｉＮｘ或是它們的組合。

用氨氣和硅烷反應(yīng)，可以在硅表面形成一層無(wú)定形的氮化硅（ＳｉNｘ）層。氮化硅減反層具有良好的絕緣性、致密性和穩(wěn)定性，并且它還能阻止雜質(zhì)原子，特別是Ｎａ原子的滲透進(jìn)入電池基體。

SiN，作為減反射膜，最大可能地減少對(duì)光的反射,同時(shí)生成了大量的原子氫,這些氫原子能對(duì)多晶硅片具有表面鈍化和體鈍化的雙重作用,可用于大批量生產(chǎn)高效多晶硅太陽(yáng)電池,5.絲網(wǎng)印刷通過(guò)三次印刷金屬漿料，分別制成電池片背面電極，背面電場(chǎng)和正面電極三次印刷分別使用銀鋁槳、鋁槳、銀槳6.燒結(jié)

銀槳、銀鋁槳、鋁槳印刷過(guò)的硅片，通過(guò)烘干有機(jī)溶劑完全揮發(fā)，膜層收縮成為固狀物緊密粘附在硅片上，這時(shí)，可視為金屬電極材料層和硅片接觸在一起。燒結(jié)工藝是采用銀—硅的共晶溫度，同時(shí)在幾秒鐘內(nèi)單晶硅原子溶入到金屬電極材料里，之后又幾乎同時(shí)冷卻形成再結(jié)晶層，這個(gè)再結(jié)晶層是較完美單晶硅的