PERC SE 单晶电池工艺-培训资料ppt课件.ppt

PERCSE高效单晶电池生产工艺培训,2019-05-04,JiaYueSOLAR,1,前言-太阳能电池在整个光伏产业链中的位置,虚线部分为电池片在产业链中的位置,JiaYueSOLAR,2,PERC电池结构与工艺流程,PERCSE电池结构为在正面制备选择性发射结，背面沉积介质膜钝化层AlOx/SiNx，此结构可提高电池光电转换效率。降低扩散层复合，提高光线的短波响应；减少前金属电极与硅的接触电阻，提高短路电流、开路电压和填充因子；降低背表面复合速率，提升开路电压；增强背表面长波光反射效应，提升短路电流。,PERCSE电池结构,JiaYueSOLAR,3,PERC电池结构与工艺流程,PERC高效电池工艺流程,JiaYueSOLAR,4,PERC电池制程制绒,制绒原理：一定浓度、一定温度条件下，碱溶液与硅片反应，各向异性腐蚀；目的：去除表面损伤层，降低表面反射率（多次光吸收）；化学反应式：Si+2KOH+H2OK2SiO3+2H2绒面结构：,多次光吸收原理图,表面金字塔结构,JiaYueSOLAR,5,P-typeSi,原理Principle：Si+2KOH+H2OK2SiO3+2H2,PERC电池制程制绒,JiaYueSOLAR,PERC电池制程扩散,扩散原理：采用三氯氧磷（POCl3）液态源扩散方法，在硅片表面形成N型层；目的：形成PN结（太阳电池核心单元）；化学反应式：4POCl3+3O22P2O5+6Cl22P2O5+5Si5SiO2+4P,扩散装置示意图,JiaYueSOLAR,7,P-typeSi,原理Principle：4POCl3+3O22P2O5+6Cl22P2O5+5Si5SiO2+4P,800900,PERC电池制程扩散,JiaYueSOLAR,SE电池：,SE电池是选择性扩散电池（selectiveemitter）,由中电光伏（CSUN）的赵建华博士发明。即在金属栅线（电极）与硅片接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂，这样的结构可降低扩散层复合，由此可以提高光线的短波响应，同时减少前金属电极与硅的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，从而提高转换效率。SE电池的主要特点是金属化区域磷高浓度掺杂，光照区域磷低浓度掺杂。金属化区域浓扩散区结深大，烧结过程中金属等杂质不易进入耗尽区形成深能级，反向漏电小，并联电阻高；光照区域掺杂浓度低，短波响应好，短路电流高；横向扩散高低结前场作用明显，利于光生载流子收集。,激光SE电池原理：,单晶硅片制绒后进行浅结热扩散，利用激光根据金属化图形将硅片扩散后形成的PSG层作为杂质源进行掺杂处理，驱入实现局部重扩散。在原有的电池工艺基础上增加激光二次扩散制作SE电池。,激光SE电池工艺关键点：,要提高SE电池的光谱响应及光谱响应范围，提高电池效率，需要对电池正面无栅线区域制作浅的PN结，又需要足够的P源以利于使用二次激光扩散。激光二次扩散的结深要与后续的正面银电极烧结相匹配。使得正面银电极与电池片形成欧姆接触，且银电极不能烧穿结区。,PERC电池制程SE(SelectiveEmitter,选择性发射极),JiaYueSOLAR,9,SE单晶PERC电池,SEM形貌,SE技术要点浅结扩散技术梯度掺杂,SE单晶PERC电池剖面结构示意图,SiNx(PE),P型硅片(200m),SiO2(热氧),浅结扩散(0.2m),Ag电极,梯度掺杂,激光扫描区,激光扫描区,激光扫描区的SEM形貌显示仍为完整的金字塔结构,PERC电池制程SE(SelectiveEmitter,选择性发射极),JiaYueSOLAR,10,PERC电池制程刻蚀,刻蚀原理：实现硅片的单面腐蚀（对于PERC电池，背面刻蚀和抛光尤为重要）；目的：PN结边缘隔离和背面抛光；化学反应式：3Si+4HNO33SiO2+4NO+2H2OSiO2+6HFH2SiF6+2H2O,背面刻蚀（含抛光）,JiaYueSOLAR,11,P-typeSi,原理Principle：3Si+4HNO33SiO2+4NO+2H2OSiO2+6HFH2SiF6+2H2O,PERC电池制程刻蚀,JiaYueSOLAR,热氧原理：将已形成PN结的硅片放入高温炉中，在高温下氧气和硅反应生成二氧化硅层；目的：氧原子与硅表面未饱和的硅原子结合形成SiO2薄膜，从而降低硅片表面悬挂键密度，很好地控制界面陷阱和固定电荷，起到对太阳能电池表面进行钝化的目的。化学反应式：Si+O2=SiO2,PERC电池制程热氧,SiO2和Si3N4堆叠钝化效果更好，因为Si3N4与硅片附着力不好，易脱落，而SiO2与硅片的附着力和相容性均好，除钝化外，在中间起到缓冲和中介作用；其物理和化学性质稳定，不易受到环境因素影响。,JiaYueSOLAR,PERC电池制程AlOx+SiNx沉积（MAIA）,原理：PECVD沉积AlOx+SiNx薄膜；目的：制备背面钝化介质层；工艺流程：,BMOBufferModulesOutBMO/UMBuffer-Out/UnloadModuleLM/BMILoad/Buffer-InModulePMProcessModules(1stPM:AlOx;2ndand3rdPM:SiNx)TM/BMITransfer/Buffer-InModule,Beforebackside,Afterbackside,AlOx,SiNx,SiNx,TMA+N2OAl2O3,SiH4+NH3SixNy+12H2,JiaYueSOLAR,14,P-typeSi,SiH4/NH3,400500,原理Principle：TMA+N2OAl2O3SiH4+NH3SixNy+12H2,PERC电池制程AlOx+SiNx沉积,JiaYueSOLAR,AlOx,PERC电池制程PECVD/ARC,PECVD/ARC原理：PECVD沉积SiNx减反射膜；目的：表面钝化和降低反射率；,太阳光能谱,减反射原理,n1d1=/4d178nm（n=2.12）,短波光穿透深度小，在电池表面附近被吸收；长波光穿透深度大，可注入至电池体内及背表面,SiH4+NH3SixNy+12H2,JiaYueSOLAR,16,PERC电池制程激光开槽,激光开槽原理：激光消融背面介质层，形成局域背场接触，收集电流；目的：形成局域背场接触，收集电流；,激光开槽（示例）,PERC电池电流方向示意图,JiaYueSOLAR,17,丝网印刷是把带有图像或图案的模版被附着在丝网上进行印刷的。当承印物直接放在带有模版的丝网下面时，丝网印刷油墨或涂料在刮刀的挤压下穿过丝网中间的网孔，印刷到承印物上。丝网上的模版把一部分丝网小孔封住使得颜料不能穿过丝网，而只有图像部分能穿过，因此在承印物上只有图像部位有印迹。,印刷和烧结-制备金属电极,JiaYueSOLAR,18,PERC电池制程丝网印刷&烧结,丝网印刷&烧结：,PERC电池需使用专用背银和背铝浆料，保证AlOx+SiNx叠层膜钝化效果，以使电池性能达到最优。下图为激光开槽处铝浆填充处的SEM图，需搭配铝浆和烧结方能实现卓越的填充效果。,激光开槽处铝浆填充效果由差至好,JiaYueSOLAR,19,PERC电池制程恢复炉,光照下衰减,加热下光照恢复,在硅材料中硼和氧同时存在时，光照和暗条件下加偏压（注入多数载流子）都能导致衰减，在这一过程中激活了一种亚稳态缺陷，形成了复合中心,制程目的：在加热和光照条件下，使电池片BO形成稳定结构，从而减少光衰，处理后的电池在工作条件下理论上不再衰减；,JiaYueSOLAR,20,制程目的：Purpose：(1)光电转换效率的量测与分级。Photovoltaicconversionefficiencytestingandgrading.(2)检测电池的外观、颜色。Cellappearanceandcolorsorting.,PERC电池制程测试/分