生产管理知识-太阳电池工作原理及制造培训课件(ppt 64页)

太阳电池工作原理及制造太阳电池工作原理及制造 无锡尚德太阳能电力有限公司无锡尚德太阳能电力有限公司 ( ( SUNTECH POWER CO. LTD.SUNTECH POWER CO. LTD.） 气候变暖、南极空洞、生态失衡、环境恶化过度排放的废水、废气、废渣让 我们的地球不堪重负。全球变暖是一个毋庸置疑的事实，而且正在加速变暖。研 究发现，全球平均温度已升高0.30.6摄氏度，其中11个最暖的年份发生在80年 代中期以后。全球变暖已经带来冰川消退、海平面上升、荒漠化等等非常严重的 后果，还给生态和农业带来严重影响。 漫画：明天我们去哪里？ 产品介绍产品介绍 太阳电池结构太阳电池结构 正电极 铝背场 负电极主栅线负电极子栅线 航 天 技 术 远距离工业应用 边远地区居民 太阳能电池并网发电系统太阳能电池并网发电系统 目录目录 引言 太阳能辐射 太阳电池的设计和制造 太阳电池结构和工作过程 太阳电池的电性能 一、引言一、引言 太阳电池 将太阳光能直接转换为电能的 半导体器件 种类 硅太阳电池 1) Si太阳电池 1)单晶硅片 2) GaAs太阳电池 (砷化镓） 2)多晶硅片 3) 染料敏化电池 3)非晶硅薄膜 4) Cu2S电池 4)多晶硅薄膜 二、太阳能辐射二、太阳能辐射 1、太阳辐射能的来源电磁辐射 大气层对太阳辐射的影响大气层对太阳辐射的影响 大气质量太阳光线通过大气层的路程对到达地球 表面的太阳辐射的影响 AM0地球大气层外的太阳辐射 AM1穿过1个大气层的太阳辐射（太阳入射角为0） AM1.5太阳入射角为 48的太阳辐射 太阳辐射穿过大气层的情况太阳辐射穿过大气层的情况 AM0 AM1.5 Juncti on 太阳电池的工作过程太阳电池的工作过程 光生伏特效应光生伏特效应Scell -吸收光子，产生电子空穴对 -电子空穴对被内建电场分离，在PN结两端产生电势 -将PN结用导线连接，形成电流 -在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的 转换 太阳电池等效电路图太阳电池等效电路图 串联电阻（串联电阻（ R R s s ） 硅材料体电阻 金属电极电阻 金属与硅的接触电阻 并联电阻并联电阻（Rsh） 边缘漏电 体内杂质和微观缺陷 PN结局部短路 温度对太阳电池的影响温度对太阳电池的影响 电流温度系数：0.1% 电压温度系数：-0.4%（-2.3mV/) 曲线125 曲线235 1 2 光强对太阳电池的影响光强对太阳电池的影响 1 2 曲线11个太阳 曲线20.5个太阳 太阳电池电性能参数太阳电池电性能参数 Isc , Uoc , Eff , FF , Rs , Rsh , Isc： 电池面积、光 强、 温度 Voc: 光强、温度 FF： 串联电阻、 并联电阻 电性能测试电性能测试 光强：1000W/m2 光谱分布：AM1.5 电池温度：25 太阳电池的设计太阳电池的设计 光生载流子的收集几率 结深 电极设计（使电阻损耗最小） 减反射膜的厚度和折射率 太阳电池的光谱响应太阳电池的光谱响应ABSDEPTHABSDEPTH 被收集的载流子数与入射光子数之比被收集的载流子数与入射光子数之比 太阳电池性能和质量分析太阳电池性能和质量分析 短路电流减反射膜、基区扩散长度、 结的质量、损伤层 开路电压边缘腐蚀不够、PN结不良 填充因子方块电阻、欧姆接触 硅片的制造过程硅片的制造过程ScrnprtScrnprt 硅片尺寸硅片尺寸 103103() 单晶 125125 ()单晶 125125 ()多晶 150150 ()多晶 156156 ()单晶 156156 ()多晶 在整个晶体内，原子 都是周期性的规则排 列，称之为单晶。 由许多取向不同的单晶 颗粒杂乱地排列在一起 的固体称为多晶。 电池片生产流程电池片生产流程 装片制绒化学清洗扩散刻蚀 去磷硅玻璃PECVD丝网印刷 烧结分类检测包装 单晶电池片生产过程单晶电池片生产过程 制绒 清洗甩干扩散 刻蚀和去磷硅玻璃PECVD 丝网印刷 背电极 丝网印刷 背电场 丝网印刷正 面电极 分类检测包装 原始硅片 多晶电池片生产过程多晶电池片生产过程 原始硅片 制绒 清洗和甩干扩散 刻蚀和去磷硅玻璃PECVD 丝网印刷 背电极 丝网印刷 正电极 分类检测 包装 丝网印刷 背电场 清洗间清洗间 制绒制绒 甩干甩干 观察绒面 检验硅片尺寸测厚度 测厚度 称重称重清洗清洗 装片装片 装片装片 1 1、检验职责：、检验职责：懂得各确认硅片包装是否破损、确认在制品数量、确认硅片内包装是否破损懂得各确认硅片包装是否破损、确认在制品数量、确认硅片内包装是否破损 及包装盒数、确认包装标签信息与配料单信息是否一致、硅片外观检测。 及包装盒数、确认包装标签信息与配料单信息是否一致、硅片外观检测。 、装片要点：、装片要点：带一次性手套、承载盒下面垫海绵条、将硅片捻成扇形插片、区分不良品、带一次性手套、承载盒下面垫海绵条、将硅片捻成扇形插片、区分不良品、 放置不良品、纪录表单 放置不良品、纪录表单 能发现生产过程中的各种问题，并及时向上级汇报，争取在第一时间内解决问题。 与组员团结协作，空闲时帮助其他组员完成工作，共创有意义的工作环境。 制绒岗位须知与步骤制绒岗位须知与步骤 制绒须知： 了解清洗间使用的各种原辅料的特性（包括：硅片、HF酸、HCL酸、铬 酸、酒精、硅酸钠），做到能正确辨别、正确使用。 懂得各种溶液的配备及生产过程中的正确防护。 保证送入扩散间的硅片与相应的流程卡一一对应，而且数据准确。 懂得各操作记录及工序流程卡的正确填写，确保生产过程中的统 计准确。 制绒步骤： 佩带防护眼镜、口罩、手套花篮准备将硅片防入花篮机器上料开 始制绒制绒分钟开启制绒槽盖抽检一片目视制绒效果（有无 白斑）将硅片放入槽中关闭槽盖放入水槽抽检一片氮气枪吹干 电子显微镜观察绒面将硅片放入水槽开启制绒槽化学品加液关闭 制绒槽盖制绒完毕填写表单 单晶制绒：用碱腐蚀 多晶制绒：用酸腐蚀 制绒作用：制绒作用：减少反射，增强对太阳光的吸收减少反射，增强对太阳光的吸收。 单晶制绒的原理：单晶制绒的原理： 硅的各向异性腐蚀，在不同的晶向上的腐蚀速度 不一致，在100面上的腐蚀速率与111面上的腐蚀 速率R111的比值 R100：R111在一定的弱碱溶 液中可以达到500 反应方程式： 2NaOH+Si+H2O=Na2SiO3+2H2 太阳电池制造过程太阳电池制造过程- -化学清洗化学清洗 HCL去除硅片表面的 金属离子 HF去除硅片表面的 氧化物 P P型半导体硅型半导体硅 单晶的各种形貌单晶的各种形貌 单晶原始形貌（500倍 ） 单晶绒面 （500倍） 单晶绒面（SEM） 多晶绒面（SEM） 扩散间 扩散间 取片取片 拿石英舟拿石英舟 上桨上桨 装片装片 进炉进炉设置参数设置参数 测测 片片 取片取片 流入下道工流入下道工 序传递箱序传递箱 太阳电池制造过程太阳电池制造过程- -扩散扩散 在P型半导体表面掺杂五价磷元素 在硅片表面形成PN结 外层：磷硅玻璃 中间：N型半导体硅 P型半导体硅 P型硅 N型硅 磷硅玻璃 (PSG) PNPN结结太阳电池的心脏太阳电池的心脏 扩散的目的：形成PN结 扩散装置示意图扩散装置示意图 四探针测量方块电阻四探针测量方块电阻 电位 差计 单 晶 硅 1 2 3 4 扩散原理化学方程式扩散原理化学方程式: : 懂得石英管、SIC桨及其它石英器件的拆卸、清洗和安装。 懂得石英管清洗机的使用及相应清洗液的配备。 懂得在手动及自动状态下对扩散舟及扩散管进行TCA和饱和。 懂得装片、卸片的正确方法，并确保扩散舟及钝化舟的正确使用。 懂得四探针测试仪的正确使用及方块电阻的正确测量 。 懂得生产过程中方块电阻的正确控制，确保方块电阻处于要求范围。 扩散操作重点 扩散原理及检测 刻蚀间刻蚀间 夹片夹片 取片取片去去PSGPSG 刻蚀刻蚀 上料上料 整理整理 插片插片 取片取片 甩干甩干 检测检测运行运行 太阳电池制造过程太阳电池制造过程- -等离子体刻蚀等离子体刻蚀 刻蚀目的：去除边缘PN结，防止上下短路 等离子体刻蚀原理：等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气 体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部 位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性反应物而被去除。 这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。 刻蚀方法：干法刻蚀 ：湿法刻蚀 P型半导体硅 P型硅 N型硅 磷硅玻璃 (PSG) 等离子体刻蚀检验等离子体刻蚀检验 检验操作及判断： 确认万用表工作正常，量程置于200mV。 冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相连。 如果经过检验，任何一个边沿没有刻蚀合格，则这一批硅片需要重新 装片，进行刻蚀。 检验方法检验方法 ： 冷热探针法冷热探针法 刻蚀机原理 化学方程式 去PSG原理 化学方程式 O O2 2 是作用：是作用： 加快加快CF4CF4与硅片边缘与硅片边缘 PNPN结的反应速率结的反应速率 等离子体刻蚀反应等离子体刻蚀反应 太阳电池制造过程太阳电池制造过程- -去磷硅玻璃去磷硅玻璃 用HF酸把表面的磷硅玻璃去除 P型半导体硅 P型硅 N型硅 磷硅玻璃 什么是磷硅玻璃？什么是磷硅玻璃？ 在扩散过程中发生如下反应： POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片 表面， P2O5与Si反应生成SiO2和磷 原子。 这样就在硅片表面形成一层含有磷 元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。 氢氟酸是无色透明的液体，具有较 弱的酸性、易挥发性和很强的腐蚀 性。但氢氟酸具有一个很重要的特 性是它能够溶解二氧化硅，因此不 能装在玻璃瓶中。 在半导体生产的清洗和腐蚀工艺中 ，主要就利用氢氟酸的这一特性来 除去硅片表面的二氧化硅层。 PECVDPECVD 插片插片 放入洁净柜放入洁净柜 检查检查 推入上料区推入上料区 取料取料 卸片卸片 运行程序运行程序 送入下道工序送入下道工序 填写表单填写表单 太阳电池制造过程太阳电池制造过程- -PECVDPECVD 在硅片表面镀上一层深蓝色的氮化硅膜 可以充分吸收太阳光，降低反射 在硅片表面有氢钝化的作用 氮化硅膜 P型半导体硅 P型硅 N型硅 PECVD沉积SiN 利用硅烷（SiH4）与氨气（NH3）在等离子体中反应 。 SiH4+NH3 SiNH+3H2 2SiH4+N2 2SiNH+3H2 太阳电池制造过程太阳电池制造过程- -PECVDPECVD PECVD：Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition 等离子增强化学气相沉积 在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN膜。其还具有卓越的抗氧 化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽 扩散的能力；它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢 腐蚀外，其它酸与它基本不起作用。 除SiN膜外，TiO2，SiO2也可作为减反膜 丝网印刷丝网印刷 上料检查上料检查 承载盒上料承载盒上料 PECVDPECVD镀膜后镀膜后 的硅片的硅片 网版印刷网版印刷背电极印刷背电极印刷 背电场印刷背电场印刷 正面栅线印刷正面栅线印刷 太阳电池制造过程太阳电池制造过程- -丝网印刷丝网印刷 丝网印刷的原理 通过刮条挤压丝网弹性变形后将浆料漏印在需印刷的材料上的一种方式,这是目前普遍 采用的一种电池工艺. 丝网印刷的流程 上料丝印第一道烘箱1丝印第二道烘箱2丝印第三道烧结炉 烘箱的作用 先烘干硅片上的浆料，去处浆料中的有机成分。 烧结炉的结构 烘干区烧结区回温区（冷却区） 烧结炉的作用 先烘干硅片上的浆料，去处浆料中的有机成分，通过高温使硅金属与浆料形成欧姆接触 . 所谓欧姆接触:半导体材料与金属接触时没有形成整流接触,欧姆接触具有线形和对 称的VI特性，且接触时的电阻远小于材料电阻的一种接触，因此当电流通过时，良 好的欧姆接触不会产生显著的压降和功耗。 丝网印刷丝网印刷 原材料的特性 硅片的厂家、型号、批次 、厚度、尺寸、少子寿命、对角线 丝网印刷的辅助材料 刮条、浆料、胶带、封网浆、酒精、松油醇 丝网印刷表单的填写 工序流程卡、电池生产记录、首检记录、浆料领用/使用记录、 刮条更换记录、网板更换记录、网板使用寿命跟踪记录、台面 称重记录、碎片称重记录、设备维护申请单 太阳电池制造过程太阳电池制造过程- -背电极印刷背电极印刷 在太阳电池背面丝网印刷印上引出电 极 使用的浆料是银浆 作用：易于焊接 背电极 太阳电池制造过程太阳电池制造过程- -背电场印刷背电场印刷 通过烧结穿透背面PN结，和P型硅形成良好的 欧姆接触。 使用的浆料是铝浆 作用：收集载流子 背电场 太阳电池制造过程太阳电池制造过程- -正面电极印刷正面电极印刷 正面电极有主栅线和副栅线组成 在太阳电池正面丝网印刷银浆，形成负 电极 作用：收集电流 主栅线 副栅线 副栅线副栅线 主栅线主栅线 丝网印刷丝网印刷 丝网印刷中的注意事项: 1 保持印刷平台的清洁,随时清除台面上的任何碎片和异物,防止产生碎片或损坏网版 。 2 及时清理行走臂和烘箱里的碎片,防止堵塞电机或产生新的碎片。 3 印刷台上的贴纸要平整、干净，否则易引起碎片或报警。 4 根据具体情况,及时调整印刷参数.(参数调整原则另述)。 5 出现报警时应首先查看报警信息显示,然后采取相应措施。 6 机器自动运行时不要打开或调用需手动状态下运行的软件功能（如摄像校正，输 入输出显示控制等），否则会造成死机。 安全防护事项： 1 严禁随意拆除机器上防护用的护盖或门锁。 2 严禁两人同时操作机器，尤其在设备异常时。 3 严禁将物件放在机器运动部件（如印刷平台、行走臂、烘箱托盘等）上。 3 严禁在机器运行时从运动的部件上取放电池片或做其它操作，需要时必须 停机操作，长时间停机清理碎片或维护时应将旋钮选择在Manual(手动)模 式。 4 机器运行时如有异常现象，应立即停机，并通知设备维护。 分类检测分类检测 吸片吸片 包装入库包装入库 贴标识贴标识 分类分类 测试台测试台 检测数据检测数据 打印标签打印标签 QCQC检验检验 上料检查上料检查 分类检测分类检测 1测试系统