PERC SE 单晶电池工艺 培训资料参考幻灯片

1、PERC SE,高效单晶电池,生产工艺培训,2019-05-04,JiaYue,SOLAR,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,JiaYue,SOLAR,2,PERC,电池结构与工艺流程,PERC SE,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,AlO,x,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,PERC SE,电池结构,ARC(SiO,x,SiN,x,Ag

2、,Al BSF,Local,AlO,x,SiNx,P-Si,N-Si(SE,JiaYue,SOLAR,3,PERC,电池结构与工艺流程,PERC,高效电池工艺流程,制绒,扩散,刻蚀,热氧,AlOx+ SiNx,PECVD/ARC,激光开槽,选择性发射结,丝网印刷,烧结,测试分选,退火,Texturin,g,Diffusion,Etching,Hot Oxy+AlOx+ SiNx,Passivation,PECVD/ARC,Laser,grooving,Selective Emitter,Printing,Firing,Firing,annealing,JiaYue,SOLAR,4,PERC,电

3、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 + H,2,O,K,2,SiO,3,2H,2,绒面结构,多次光吸收原理图,表面金字塔结构,JiaYue,SOLAR,5,P,type Si,原理,Principle,Si + 2KOH + H,2,O,K,2,SiO,3,2H,2,PERC,电池制程,制绒,JiaYue,SOLAR,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

4、式,4POCl3+3O2 2P2O5+6Cl2,2P2O5+5Si 5SiO2+4P,扩散装置示意图,JiaYue,SOLAR,7,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,type Si,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,N,type Si,原理,Principle,4,POCl,3,3,O,2,2P,2,O,5,6Cl,2,2P,2,O,5,5Si,5SiO,2,4P,800900,PERC,电池制程,扩散,JiaYue,SOLAR,SE,电池,SE,电池是选择性扩散电池,selective emitter,由中电光伏,CSUN,的赵建华

5、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,P

6、SG,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(Selective Emitter,选择性发射极,JiaYue,SOLAR,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

7、,电池剖面结构示意图,SiN,x,PE,P,型硅片,200m,SiO,2,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(Selective Emitter,选择性发射极,JiaYue,SOLAR,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+2H2O,SiO2+6HFH2SiF6+2H2O,背面刻蚀（含抛光,JiaYue,SOLAR,11,P,

8、type Si,N,type Si,原理,Principle,3Si+4HNO,3,3SiO,2,4NO+2H,2,O,SiO,2,6HF,H,2,SiF,6,2H,2,O,PERC,电池制程,刻蚀,JiaYue,SOLAR,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,JiaYue,SOLAR,PERC,电池制程,AlOx+ Si

9、Nx,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,BMO Buffer Modules Out,BMO/UM Buffer-Out / Unload Module,LM/BMI Load / Buffer-In Module,PM Process Modules (1 st,PM: AlOx; 2 nd,and 3 rd,PM: SiNx,TM/BMI Transfer / Buffer-In Module,Before,backside,After,backside,AlOx,SiNx,SiNx,TMA+N2OAl2O3,SiH,4,

10、NH,3,S,i,x,N,y,12H,2,JiaYue,SOLAR,14,P,type Si,SiNx,SiH,4,NH,3,400500,原理,Principle,TMA+N2OAl2O3,SiH,4,NH,3,S,i,x,N,y,12H,2,PERC,电池制程,AlOx+ SiNx,沉积,JiaYue,SOLAR,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,n,1,d,1,4,d1,78nm,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

11、至电池体内及背表面,SiH,4,NH,3,S,i,x,N,y,12H,2,JiaYue,SOLAR,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,JiaYue,SOLAR,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

12、,制备金属电极,JiaYue,SOLAR,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,JiaYue,SOLAR,19,PERC,电池制程,恢复炉,光照下,衰减,加热下光,照恢复,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,JiaYue,SOLAR,20,制程目的,Purpose,1,光电转换效率的量测与分级,Photovoltaic conversion efficiency testing,and grading,2,检测电池的外观、颜色,Cell appearanc