太陽能電池制造工藝流程

內(nèi)容提要：一、太陽能電池原理二、晶體硅電池片生產(chǎn)技術(shù)三、擴(kuò)散工藝詳解一、太陽能電池原理光電效應(yīng)外光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)被光激發(fā)產(chǎn)生的電子逸出物質(zhì)表面，形成真空中的電子的現(xiàn)象。內(nèi)光電效應(yīng)是被光激發(fā)所產(chǎn)生的載流子（自由電子或空穴）仍在物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，使物質(zhì)的電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生伏特的現(xiàn)象。光的粒子性定義：太陽能電池就是一種利用光生伏特效應(yīng)，能夠把

光能直接轉(zhuǎn)換成電能并向外輸出的器件。光生伏特效應(yīng)的核心→P-N結(jié)多余電子空鍵接受電子空穴N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體多數(shù)載流子是電子，電子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過少數(shù)載流子空穴的濃度多數(shù)載流子是空穴，空穴濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過少數(shù)載流子電子的濃度光生伏特效應(yīng)當(dāng)P-N結(jié)受光照時(shí)，樣品對(duì)光子的本征吸收和非本征吸收都將產(chǎn)生光生載流子。但能引起光伏效應(yīng)的只能是本征吸收所激發(fā)的少數(shù)載流子。因P區(qū)產(chǎn)生的光生空穴，N區(qū)產(chǎn)生的光生電子屬多子，都被勢(shì)壘阻擋而不能過結(jié)。只有P區(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對(duì)（少子）擴(kuò)散到結(jié)電場附近時(shí)能在內(nèi)建電場作用下漂移過結(jié)。光生電子被拉向N區(qū)，光生空穴被拉向P區(qū)，即電子空穴對(duì)被內(nèi)建電場分離。這導(dǎo)致在N區(qū)邊界附近有光生電子積累，在P區(qū)邊界附近有光生空穴積累。它們產(chǎn)生一個(gè)與熱平衡P-N結(jié)的內(nèi)建電場方向相反的光生電場，其方向由P區(qū)指向N區(qū)。此電場使勢(shì)壘降低，其減小量即光生電勢(shì)差，P端正，N端負(fù)。于是有結(jié)電流由P區(qū)流向N區(qū)，其方向與光電流相反。實(shí)際上，并非所產(chǎn)生的全部光生載流子都對(duì)光生電流有貢獻(xiàn)。設(shè)N區(qū)中空穴在壽命τp的時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散距離為Lp，P區(qū)中電子在壽命τn的時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散距離為Ln。Ln+Lp=L遠(yuǎn)大于P-N結(jié)本身的寬度。故可以認(rèn)為在結(jié)附近平均擴(kuò)散距離L內(nèi)所產(chǎn)生的光生載流子都對(duì)光電流有貢獻(xiàn)。而產(chǎn)生的位置距離結(jié)區(qū)超過L的電子空穴對(duì)，在擴(kuò)散過程中將全部復(fù)合掉，對(duì)P-N結(jié)光電效應(yīng)無貢獻(xiàn)。光子N型P型硅片橫截面光子射入半導(dǎo)體最外層電子（共有電子）吸收光子能量受激發(fā)，發(fā)生躍遷，形成自由電子E電子空穴電子—空穴對(duì)二、晶體硅電池片生產(chǎn)技術(shù)清洗制絨爐前清洗、烘干擴(kuò)散邊緣刻蝕去PSGPECVD絲網(wǎng)印刷包裝、組件基本流程1、清洗制絨目的：原理及方法：降低硅片反射率，提高光的利用率。增大P-N結(jié)面積，提高短路電流。去除線切割工序造成的表面損傷和缺陷。單晶：堿去除損傷層堿腐蝕制絨面單晶各向異性，腐蝕成金字塔狀（各向異性因子AF。濃堿高溫，低AF，拋光；稀堿低溫，高AF，制絨。）酸中和堿、去除表面氧化層、去金屬離子多晶：酸去除損傷層酸腐蝕制絨面利用晶體缺陷（多晶各向同性、晶粒）腐蝕成坑狀堿去除多空硅酸中和堿、去金屬離子監(jiān)控參數(shù)及檢測(cè)手段：重要調(diào)控參數(shù)：減重（制絨深度）電子天平反射率反射儀腐蝕面和黑線晶向顯微鏡初始配液溫度（13℃以下，6℃-9℃最佳）滾輪速度（腐蝕時(shí)間）補(bǔ)液量（酸濃度，酸比例）制絨槽漂洗槽堿槽漂洗槽酸槽漂洗+風(fēng)干硅片HNO3溶液+HF溶液DIWater漂洗前道工序附著藥液NaOH溶液去除制絨過程形成的多孔硅結(jié)構(gòu)（接觸電阻、疏水），中和制絨工序殘留酸液DIWater漂洗前道工序附著藥液HCl溶液+HF溶液DIWater+風(fēng)刀漂洗前道工序附著藥液風(fēng)干硅片表面水份氧化生成SiO2可溶性的絡(luò)合物制絨完成氧化作用絡(luò)合作用制絨流程概況演示：中和堿槽工序中殘留堿液，去除金屬離子溶解殘留SiO2，改善疏水性3、擴(kuò)散目的：原理及方法：檢測(cè)手段：重要調(diào)控參數(shù)：制作適合太陽能電池的P-N結(jié)高溫下物質(zhì)分子或原子劇烈運(yùn)動(dòng)引起的自然擴(kuò)散V族雜質(zhì)（磷）摻入P型基底或III族雜質(zhì)（硼）摻入N型基底形成電性能不同于基體材料的擴(kuò)散層薄層方塊電阻四探針車間環(huán)境潔凈度塵埃粒子計(jì)數(shù)器結(jié)深摻雜濃度4、邊緣刻蝕目的：原理及方法：輝光放電形成等離子體——活性粒子基團(tuán)等離子體和硅片邊緣反應(yīng)形成揮發(fā)性物質(zhì)，從而連同邊緣擴(kuò)散層一起腐蝕

CF4→2F+CF2

Si+4F→SiF4Si+2CF2→SiF4+2C

SiO2+4F→SiF4+2OSiO2+2CF2→SiF4+2CO檢測(cè)手段：重要調(diào)控參數(shù)：刻蝕程度萬用表射頻功率刻蝕時(shí)間氣體組份比例去除擴(kuò)散工序在硅片四周邊緣留下的擴(kuò)散層，避免邊緣漏電。6、去PSG目的：原理及方法：檢測(cè)手段：重要調(diào)控參數(shù)：去除擴(kuò)散工序在硅片表面形成的磷硅玻璃利用氫氟酸可以和SiO2反應(yīng)的原理

SiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O親水性目測(cè)酸濃度配比浸泡時(shí)間磷硅玻璃：含有磷元素的SiO2層避免因?yàn)镾iO2在絲網(wǎng)印刷中引起的接觸電阻硅和SiO2加熱時(shí)的膨脹系數(shù)不同，如不去除，可能在后續(xù)工序中引起內(nèi)部缺陷？熱膨脹系數(shù)：Si3N4

2.75×10^-6/KSi

2.5×10^-6/KSiO2

0.5×10^-6/K7、PECVD目的：原理及方法：制減反射膜、表面鈍化光的干涉——半波損失等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉淀借助射頻或微波等手段使含有薄膜組份原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子化學(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在硅片上沉積出所期望的薄膜表面氧鈍化：熱氧化使硅懸掛鍵飽和，可使Si-SiO2界面的復(fù)合速度下降氫鈍化：鈍化硅體內(nèi)的懸掛鍵等缺陷。由于硅烷分解時(shí)產(chǎn)生氫離子，對(duì)多晶硅可產(chǎn)生氫鈍化的效果直接式（管P）硅片接觸電極，SiH4和NH3在腔體內(nèi)激發(fā)，膜均勻。間接式（板P）硅片不接觸電極，NH3在腔體內(nèi)激發(fā)，SiH4和直接進(jìn)入腔體，沉積快。檢測(cè)手段：膜厚、折射率橢偏儀重要調(diào)控參數(shù)：射頻功率工藝氣體流量、配比特別注意：此工序生產(chǎn)過程中所使用的工藝氣體有SiH4，SiH4是一種化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷目扇夹詺怏w，爆炸極限非常寬，在生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)范和安全規(guī)則。橢偏儀基本原理：偏振光在樣品表面被反射，測(cè)量得到反射光偏振態(tài)（幅度和相位），計(jì)算或擬合出材料的屬性。8、絲網(wǎng)印刷目的：原理及方法：檢測(cè)手段：制作上下電極，收集光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生的電荷絲網(wǎng)印刷，漿料穿過網(wǎng)版圖案鏤空印到硅片表面燒結(jié)，改善電極與硅接觸電阻，背場形成鋁硅合金（P型摻雜），減少鋁硅接觸處少子復(fù)合。根據(jù)鋁和銀熔點(diǎn)的不同，設(shè)置合適的燒結(jié)溫度，使上下電極燒結(jié)處于一個(gè)最佳窗口。增重電子天平斷柵、虛印、漏漿目測(cè)翹曲度塞尺光伏轉(zhuǎn)換效率電池片效率檢測(cè)機(jī)重要調(diào)控參數(shù)：網(wǎng)距（印臺(tái)和網(wǎng)版距離）刮刀壓力下刀深度印刷速度燒結(jié)爐溫線寬、柵距1號(hào)機(jī)2號(hào)機(jī)3號(hào)機(jī)燒結(jié)爐電池片效率檢測(cè)機(jī)分選硅片擴(kuò)散面（鍍膜面）朝下印刷背電極印刷鋁背場換面，擴(kuò)散面（鍍膜面）朝上印刷上電極燒結(jié)檢測(cè)按照效率分檔絲網(wǎng)印刷流程概況演示：三、擴(kuò)散工藝詳解1、擴(kuò)散工藝及相關(guān)參數(shù)影響工藝類型說法比較多，例如：恒溫?cái)U(kuò)散，變溫?cái)U(kuò)散，恒量擴(kuò)散，單步擴(kuò)散，多步擴(kuò)散等，但本質(zhì)都是一樣的——通過合適的手段制作符合太陽能電池片所要求的P-N結(jié)。相關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式：KeyWords：結(jié)深摻雜濃度淺結(jié)利：死層小、復(fù)合少

短波響應(yīng)好弊：燒結(jié)時(shí)容易燒穿

串聯(lián)電阻高柵線密度要求高（改善填充因子），工藝難度大。重?fù)诫s利：減小接觸電阻弊：體內(nèi)復(fù)合增加合適的結(jié)深和摻雜濃度實(shí)際情況還要考慮到和其他工序工藝的匹配擴(kuò)散方阻ladI結(jié)深摻雜濃度溫度越高，方阻越低，結(jié)深越深時(shí)間越