单晶硅太阳电池工艺

1、单晶硅太阳电池工艺 单晶硅太阳电池工艺 p型单晶硅太阳电池 工艺 单晶硅太阳电池工艺 名目 test wafers texturing cleaning before diffusion diffusion edge isolation and remove psg pecvd screen printing and firing se solar cells introduce joe 单晶硅太阳电池工艺 来料检验 现在有的电池生产公司会有这 道生产工序，由于优质硅片在市场上 经常处于“有价无市”的状态，缺货 严峻，很多硅片制造商常常会用硅棒 的“头尾料”来以次充好，卖给下游 电池制造商，所

2、以加上这道工序用来 检验硅片的质量。 此道工序主要检验硅片的厚度、 少子寿命、表面平整度、是否有微裂 纹、电阻率、表面油污等，同时具有 插片功能，可将硅片插入25片一盒的 晶片盒中。我所知的设备供应商是韩 国的fortix公司。这种设备插片速度不 是很快，所以平常也只是用来做抽查 检验，大部分硅片还是手工插入晶片 盒流入下一工序。3 joe 单晶硅太阳电池工艺 texturing 其次道工序是制 绒。为了提高单晶硅 太阳电池的光电转换 效率,工业生产中通 常采纳碱与醇的混合 溶液对(100)晶面的 单晶硅片进行各向异 性腐蚀，在表面形成 类似“金字塔”状的 绒面结构(陷光结构 ),有效的增加了

3、硅 片对入射太阳光的吸 收,从而提高光生电 流。joe 4 显微镜下的绒面结构图 单晶硅太阳电池工艺 texturing国内一般采纳深圳捷佳创in-line 制绒机。我所见的该厂家的制绒机 有单槽产200、300和400片三种， 制绒槽的材料有pvc树脂和不锈钢 两种。工艺条件视硅片表面质量而 定，以200片一槽不锈钢材质的设 备为例，硅片表面油污较少易于制 出绒面，碱浓度可在0.8-1.2%之间， 醇添加6-10升即可，硅酸钠500克。 反应时间18-25分钟，反应温度8082度。若表面较脏，工艺的变数就 很大了，反应时间一般是延长至40 分钟，同时加大碱浓度，甚至在制 绒前采纳高浓度碱液腐

4、蚀的“粗抛” 工艺。由于受原材料影响较大，所 以制绒工艺很不稳定，需要很有经 验的工艺人员在场掌握。 制绒工艺所用的化学辅料现在普遍是naoh,异丙醇和硅酸钠。有个别公司不用硅酸钠。 joe 单晶硅太阳电池工艺 集中前清洗 制绒后会进行集中制结，在集中前要进行 酸洗，洗去硅片表面附着的金属离子。主 要采纳盐酸溶液，清洗机一般采纳捷佳创 和北京七星华创的。清洗作业还要用到hf 溶液，洗去硅片表面上的薄氧化层。硅片 经过两种酸液的清洗挨次没有严格要求， 一般是先经过hcl,再经过hf。 joe 单晶硅太阳电池工艺 diffusion joe 单晶硅太阳电池工艺 diffusion集中的主要目的是制

5、作pn结，在掺硼的p型硅片上用三氯氧磷进行集中。三氯 氧磷(磷源)呈液态，放在集中炉后面，一般源温为18-25度，通过载气n2传进扩 散炉体。三氯氧磷与氧气在炉内反应生成磷集中进硅片表面下0.3-0.5um,同时通 爱护n2,调整气流，保证集中结的匀称性。 目前大多数厂商采纳中电48所和北京七星华创的国产集中炉，国产炉集中的均 匀性不好，气流量大，炉口密封性不好，常有绿色的偏磷酸生成。国外 centrotherm公司生产的集中炉也有少数公司采纳，效果很好，缺点是编辑新集中 工艺不便利，要求工艺人员会计算机编程语言才能编写工艺程序。 以下是我编写的一个集中工艺recipe,采纳了小气流量集中工艺

6、。 step time temperature n2 flow o2 flow source gas 1 loading 15 2 stability 860 10slm 3 oxidation 8min 860 15slm 2slm 4 first diffusion 15min 860 18 1 0.8slm 5 drive in 10 860 18 0.5 6 second diffusion 10 860 18 1 0.8 7 cool down 至810 25 8 unload 15joe8 单晶硅太阳电池工艺 diffusion集中结的在线检测手段主要有两种，四探针测方块电阻和测少

7、子寿命。不 同生产商对方块电阻的要求不同，看重短路电流的生产商要求方块电阻在 45-50之间，而看重开路电压的生产商会要求方块电阻在35-40之间。 左图为四探针测方阻， 右图为少子寿命测试仪joe 9 单晶硅太阳电池工艺 edge isolation and remove psg 集中后，我们只盼望硅片上面存在pn结，可是集中后的硅片在侧面也 存在pn结，侧面的n型区是不需要的，由于它是导致成品电池反向漏电的一 个缘由，所以要去掉侧边的n型区。过去采纳的方法是等离子刻蚀，将硅片 上下表面用夹具拦住，只留出侧边放入等离子刻蚀机进行干刻，刻蚀气体为 cf4和o2,比例10:1即可。刻蚀后，用冷热

8、探针接触硅片边缘，显示“p”即可， 或用万用表的触笔测试边缘，电阻大于5000欧亦可。现今一些大公司引进了 德国的rena湿法刻蚀设备，使硅片在滚轮上漂移通过硝酸、硫酸、氢氟酸 的混合溶液，利用“虹吸原理”使硅片边缘吸入酸液腐蚀掉n型区，同时硅 片背面的绒面结构被腐蚀平整。大规模生产后证明，湿法刻蚀相对于干法刻 蚀，将电池效率提高了0.15-0.2%。 等离子刻蚀后会进行去“磷硅玻璃”清洗，由于集中后，硅片表面会生 长一层含磷的二氧化硅层，称为“磷硅玻璃”。清洗溶液为hf溶液，浓度在 5%左右。rena设备整合了去磷硅玻璃这一步，边缘腐蚀后，硅片会漂到hf 溶液中。 这里顺便提一下，国外的公司

9、进行边缘刻蚀采纳了激光刻蚀，用激光将 硅片边缘切除达到去n型区的目的，这一步在做成成品电池后进行，激光器 加在了烧结炉和berger测试仪之间(后面会提及)。国内也尝试过这种方法， 但是激光刻蚀国内公司使用总是不稳定，所以很少有公司添加了这种设备， 拥有这种设备的公司一般只是在等离子刻蚀不完全时加上激光刻蚀，防止反 向漏电大现象。 joe 单晶硅太阳电池工艺 edge isolation and remove psg joe 单晶硅太阳电池工艺 pecvd镀膜的原理信任 大家都很清晰，单晶硅电池 镀膜的主要作用是减反射和钝化硅片表面悬 挂键。国内厂商所用的镀膜设备主要有两种， rothrau公

10、司的板式镀膜机和centrotherm 的管式镀膜机。此外，中电48所采纳自主制 造的管式镀膜机，南京中电采纳了aton 的 pvd镀膜。后面附上了板式pecvd设备的 一些图片，很圆满没有管式设备的全貌图,右 边小角是管式设备镀膜装硅片所用的石墨舟。 商业化生产单晶硅电池镀膜主要是镀单层氮 化硅，厚度掌握在75-80nm,折射率在2.0-2.1 之间。在线检测设备为椭偏仪。 joe 单晶硅太阳电池工艺 pecvd 板式pecvd joe 单晶硅太阳电池工艺 pecvd 镀膜的工艺气体只有硅烷和氨气，板式镀膜采纳mw generator,激发 频率较大，所以氨气用量较小，管式设备采纳hf(高频

11、) generator,频率不 超过13.56mhz,氨气难电离，所以氨气消耗量很大。板式设备氨气与硅烷的 比例对电池的效率影响较大，以效率为17%的p型单晶硅电池为例，氨气与硅 烷的比例一般掌握在2.3:1左右，总气流量为2500sccm,一般来说，在肯定 范围内，硅烷量多一些，钝化效果更好些。管式设备氨气量耗费大致在每 batch 100l左右，流量为5l/min,硅烷流量450-550sccm即可。反应温度在 400-450度，功率2600-3000w,不同公司的工艺参数会有些许不同。实际的 镀膜效果来看，管式设备做出的电池效率比板式的高0.2-0.3%,多晶硅电池 采纳这两种设备镀膜，

12、做出的电池效率差距更明显。从qe谱图上看，管式设 备做出的电池短波响应更高一些。 joe 单晶硅太阳电池工艺 screen printing and firing 镀膜后做金属电极的方法许多，国内厂商商业化生产大多采纳 amat baccini的丝网印刷设备。将金属浆料通过不锈钢网版印到硅片上， 背面主要印背电极和背场，烘箱烘干后翻片，再在上表面印正电极，通过 烧结工艺使正面金属浆料穿透氮化硅膜与硅片表面形成欧姆接触。 joe 单晶硅太阳电池工艺 joe 单晶硅太阳电池工艺 joe 单晶硅太阳电池工艺 左图为软件工艺参 数更改界面，常被 更改的是以下四个参数。 snap-off称为丝网间距， down-stop称为刮板高度， pressure是印刷压力， printing speed是印刷速度。 修改offsets框内的x, y,theta值可以保证在硅 片上印刷图形的精确。 丝网印刷设备组成部分 较多，具体介绍起来非常 繁琐，如有爱好可共同研 究，这里不做更具体的介 绍了。18 joe 单晶硅太阳电池工艺 firing 烧结是丝网印刷后电池制造的最终一道工序，国内生产商采纳的烧结炉主要 来自三个厂商，centrotherm,btu和despatch. joe 单晶硅太阳电池工艺 firing 以centrothe