晶硅电池制备工艺切片制绒扩散PPT教案

1、会计学1晶硅电池制备工艺切片制绒扩散晶硅电池制备工艺切片制绒扩散 光伏产业链第1页/共104页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第2页/共104页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第3页/共104页6.1 硅片生产工艺（及主要设备）工艺流程：硅锭（硅棒）-切块（切方）-倒角抛光-粘胶-切 片-脱胶清洗-分选检验包装 工艺简介 ：切块切方：将硅锭或者硅棒切成适合切片的尺寸，一般硅锭切成25块（主流）。倒角抛光：将晶柱的圆面棱角研磨成符合要求的尺寸，对表面

2、进行抛光处理，从而获得高度平坦的晶片。粘胶：用粘附剂把晶柱固定在由铝板和玻璃板组成的夹具上，自然硬化或用恒温炉使其硬化。第4页/共104页切片：把晶柱切割成硅片，切割的深度要达到夹具上的玻璃板，以便在之后的程序中把硅片和玻璃板分开。脱胶清洗：用清水清洗切成的硅片，再用热水浸泡，使硅片与玻璃板分开。分选检验包装：抽样检查厚度、尺寸、抗阻值等指标，全部检查破损、裂痕、边缘缺口，挑选出符合要求的硅片进行包装。第5页/共104页主要设备介绍主要设备介绍1、切方机切方机是用来对硅棒、硅锭进行切割的设备。该设备目前在国内已实现规模化生产，上海日进、上海汉虹、大连连城、北京京仪世纪等公司已有成熟的产品投入市

3、场。一条50MW的硅片生产线需要配1台切方机即可，国产设备价格为280万元左右。2、多线切割机多线切割机是目前市场上用于切片最主流，也是最先进的设备。它的基本原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切割刃料对硅棒进行摩擦，从而将硅棒等硬脆材料一次同时切割为数千片薄片的一种切割加工方法。多线切割由于其更高效、更小切割损失以及更高精度的优势，适用于切割贵重、超硬材料。近十年来已取代传统的内圆切割成为硅片切割加工的主要方式。在光伏行业切片领域，到2009年底国内市场基本被瑞士的HCT、MeyerBurger（梅耶博格）和日本的NTC所统治。近年来国内设备厂家上海日进、电子集团45所、兰州瑞德、

4、无锡开源、大连连城、北京京联发、湖南宇晶等也陆续推出了多线切割机样机。第6页/共104页第7页/共104页 在切割中，对钢线施加适当的张力，使钢线来回拉动。使用线切割机进行切片 钢线带动浆料（油及SiC），使其对晶棒进行切割。浆料不仅是研磨剂，还带走研磨中的热量。占 整 个 切 片 成 本 的25%35%。 太 阳 能 电 池 厚 度 为200280m。钢线直径1 8 0 m ， 碳 化 硅 为530m 。第8页/共104页半成品库切断检验检验切方自检滚圆 不合格检验检验合格合格 不合格准方棒粘接切片自检脱胶预清洗插片超声波清洗检验检验合格包装成品库 不合格单晶硅片生产工艺流程第9页/共104

5、页切断开方切片硅片第10页/共104页半成品库硅锭粘接 脱胶 切断（去头尾）检验检验合格准方棒粘接切片自检脱胶预清洗插片超声波清洗检验检验合格包装成品库 不合格 多晶硅片生产工艺流程破锭边皮料磨面 头尾料 不合格倒角第11页/共104页 太阳能级单多晶硅片技术参数太阳能级单多晶硅片技术参数 规格(尺寸)(mm) 125*125；156*156 导电类型 P型；N型 晶向及晶向偏差 2 电阻率范围(欧母厘米) 少子寿命(us) 氧含量(atoms/cm2) 碳含量(atoms/cm2) 位错密度(个/cm2) 晶体硅片边长(mm)125*1250.5；156*1560.5 对角线(mm) 150

6、0.5 ；2200.5 中心厚度值(um) 20030 厚度偏差(um) TTV40，边缘6mm处测量 弯曲度BOW(um) 70 锯痕深度(um) 15 外观状况 无油污、无孔洞 钝形缺角类缺陷 长度1.5mm1mm,每片缺陷数量5个 V型缺角类缺陷 0第12页/共104页 开方介绍硅锭硅棒第13页/共104页第14页/共104页 切片机介绍第15页/共104页 切片原理 切片的原理及过程：利用切割钢丝带动砂浆，利用砂浆中SiC微粒与晶棒进行摩擦，达到切割的目的。并不是钢丝切割晶棒，钢丝的摩尔硬度为5.5左右，单晶硅的摩尔硬度为6.5左右，而SiC的摩尔硬度为9.25-9.5左右，因此钢丝是

7、切割不了晶棒的.第16页/共104页设备基本特性和技术参数工件工件工件尺寸 156*L320mm并排2根长度 最大 320 mm 切割线切割线切割线直径 0.12-0.16mm切割线长度 根据要求而定 切割线速度 可编程设定，600m/min 正向和反向切割 ( 自动反向 )总循环时间 可编程设定 切割线张紧力 10 - 25 N主辊主辊主辊轴承 特殊滚柱轴承、水冷式 主辊直径 200-215 mm 主辊长度 320 mm 主辊重量 约 29 kg 主辊数量 2第17页/共104页进给进给工作行程 最大 300mm/min进给速度 0.1 - 2 mm/min, 可编程设定 快速进给速度 30

8、0 mm/min浆液供应浆液供应浆液箱容量 200升 浆液温度 受控 泵流量 在 25C 时，最大达 180 l/min 浆液冷却 通过热交换器控制系统控制系统类型 PLC 控制。各工艺流程各工艺流程-线切部分线切部分线切部分的主要组成单元线切部分的主要组成单元 主要由：放线部分收线部分线网系统冷却交换系统切削液循环供给系统压缩空气洁净系统组成。各单元的构成及作用各单元的构成及作用a 放线系统放线系统第18页/共104页放线系统图 各线轮作用放线工字轮：定位放线轮，不摆动、跳动。轴棍摩擦力可调，由一个驱动电机带动，起、制动及正常运行时，通过饲服电机使得与导轮保持同步。排线过线轮：通过对饲服电机

9、的控制使排线过线轮的钢丝人口始终与放线工字轮的钢丝出口保持水平状态 第19页/共104页Dancer（涨力）：通过Dancer的摆动，动态调节系统的放线张力，基本维持在22N。同时，可缓冲排线Pitch不均而对放线张力的实时微扰。张力测试轮：轮内加装了一个压力传感器，把检测到的信号经处理后，显示到LED显示屏上，直观地观测其实际放线张力。同时，把此信号与给定信号比较，其差值的正、负、大、小再去调节放线张力，直到实际放线张力与设定值一致。（实际上是一个压力闭环系统）导向过线轮：通过该轮使切割钢丝平滑地过渡到线网导轮上。同时，定位了线网槽轮的人线位置。b 收线系统收线系统收线系统图第20页/共10

10、4页C 线网部分线网部分 线网的基本知识线网作用：把线网中每一根钢丝作为载体，把切削液均匀的带入线网中，通过钢丝、砂、硅之间的相对运动（滑动、滚动），达到切割硅棒的目的。所以，线网必须保持一定的张力，必须稳定，不能松动，更不能跳线。线网稳定性对产品的合格率，减少断丝率至关重要。线网张力：理论上由放线张力决定，但由于槽轮与钢丝间存在摩擦力，在切割过程中会建立7mm左右的线弓，加上钢丝在一定张力下的延伸性与硬质塑料材质的槽轮在一定压力下的挤压，实际线网张力会大于放线张力。第21页/共104页线网槽轮的基本知识 槽轮作用：让线网钢丝部分埋入不至滑动、跳线，起到较好的稳定作用。槽轮材质：表面是高耐磨的

11、聚氨酯涂层。槽轮的槽距、槽深、槽角、槽宽：（以200m厚的硅片为例）槽距：由硅片厚度、线径、砂粒度等因素决定。对应的槽距W=0.345mm槽深：如图，槽深h=0.16mm 槽角：如图，槽角=81.9度槽宽：如图，根据槽深、槽角求得槽宽W=2*0.16*tg(81.9)=0.27768mm第22页/共104页线网两导轮如何实现同步？如图，主动轮与从动轮由各自的电机驱动，但主动轮只与系统的给定值有关，而从动轮则以主动轮作为的速度为目标，槽轮线网钢丝受力图通过伺服系统对主动轮不断跟随，直到两轮的速度 一致。即：F1=F2。如果，两者不同步，则F1F2，若F1F2 ,说明，从轮太快，调节使槽轮减速；反

12、之，亦然。所以，实际情况是，从轮速度围绕主轮在波动中跟随，实现相对同步。钢丝的张力也随着小幅波动。导轮线网钢丝受力图 切片的主要辅助材料及用途 a 切割线（钢线）:主要作用缠绕在设导轮上作为载体带动砂浆对硅棒进行研磨切削。第23页/共104页 b 切削液（PEG） 三大特性：（1）冷却（2）润滑（3）吸附 C 碳化硅（SIC） 硬度较高成不规则颗粒状与PEG按一定比例混合后吸附在线网上随着线网高速运行形成很强的切削能力砂浆的定义：切削液和碳化硅按照一定比例均匀混合配置砂浆的要求：砂浆车间的温度应控制在25，湿度应控制在40%以下，保持车间的卫生及清洁度，并且在整个配浆过程中要控制作业的清洁度，

13、在配制过程中佩戴好要求的劳保用品。配制砂浆前要保证SiC在烘箱内烘干6小时以上，以达到去除水分，保证SiC颗粒不结成块状，与切割液搅拌时混合均匀。第24页/共104页d 胶水胶水是为了让硅棒通过切割垫块（如：玻璃基板）牢固的粘接到工件连接件上，保证在切片过程中不掉棒（整根硅棒可能报废），不松动（会严重影响硅片的质量）。硅棒粘接的长度与线切机型号和硅棒的自身长度、规格有关。切割（基板）垫块：主要一般为玻璃，本身没有特别的要求，但通常表面粗糙一点的玻璃其表面积较大，故粘合效果会更好。第25页/共104页切削的主要因素 由切削液以及碳化硅混合后砂浆的切割能力、钢线的张力、钢线运行速度和工件进给速度是

14、影响切削的主要因素。钢线的高速运动促使悬浮液携带着带有棱角的碳化硅颗粒以不断滚动的方式进入切割区，从而产生很强切削能力，钢线上加有一定的张力，使碳化硅磨料一般只沿钢线运动的方向逐渐对工件进行一次次切削，使工件沿细钢线的缝隙被切成一个个薄片，碳化硅磨料对钢线侧向影响很小，所以薄片表面并看不到切割痕迹。机械参数对硅片的切割影响 控制晶片质量的四个重要参数：钢线的张力、钢线的运动速度、工件的进给速度、砂浆切割能力。a 钢线的张力 钢线张力的产生机构是由两条带有力矩马达或配重的两条张力臂组成的，是一个由PLC控制反馈系统，以便适当地控制钢线的张力。第26页/共104页b 钢线的运动速度 和钢线张力不同

15、，一般机床的钢线运动可以根据需要分为往复运动和单向运动两种形式，在单向运动的情况下，钢线始终保持一个速度和方向运动；在钢线往复运动的情况下，钢线速度是一个先由零点沿一个方向很快（一般2到3秒）加速到规定速度，运行一段时间后，再沿原方向慢慢降低到零点，停顿短暂时间（一般为0.2秒），然后再慢慢地反方向加速到规定的速度，再沿反方向慢慢降低到零点停顿短暂时间（一般为0.2秒）的周期循环过程。线切割机的切割效率在碳化硅切割能力内是随着钢线速度的提高而提高的，超出碳化硅的切割能力范围过快容易造成钢线摆动幅度过大，碳化硅颗粒难以黏附，薄片表面质量下降。超出碳化硅的切割能力范围过慢，切割能力跟不上工件的进给

16、，不仅断线几率增加，而且会造成薄片表面质量严重下降。因此，钢线速度必须和碳化硅的切割能力保持一致，这需要根据经验来判断一般钢线的张力对切割的影响主要有一下3种形式：如果钢线的张力过小，将会导致钢线弯曲度增大，既线弓过大，钢线对晶棒产生的压力减少，切割效率下降。同时钢线摆动幅度增大，工件的厚度变化加剧，线痕片增多，晶片变的参差不齐。如果钢线张力过大，钢线的断线几率会大大增加。而且钢线携带的碳化硅颗粒会难以进入锯缝，造成硅片质量下降或切割效率降低。张力系统使用一段时间以后，很容易造成零点偏移，使钢线张力变化过大，这样一是容易造成断线，二是硅片质量难以保证，要及时校正。第27页/共104页C 工件的

17、进给速度 工件的进给速度是整个切割时间的主要决定因素。但是工件进给速度的大小不是一个独立的参数，而是与钢线的运动速度以及所用砂浆的切割能力息息相关的，而且有时候还要根据工件形状在进给的不同位置采用不同的进给速度（例如：为保证圆形工件的表面TTV，可以在开始和结束其横截面变小时提高工件进给，在中间位置其截界面变大时降低工件进给速度。）。所以考虑工件的进给速度时一定要兼顾考虑钢线的运动速度、砂浆的切割能力、工件的形状以及工件的截面大小等因素。其过快和过慢产生的后果正好与钢线运动速度相反。在有线弓情况下，底部剩余不均没有线弓情况下，底部剩余均匀正确切割方式错误切割方式第28页/共104页 超声波清洗

18、 超声波清洗主要目的去除硅片表面的颗粒、有机杂质、无机杂质、金属离子、硅粉粉尘等 超声波清洗基本原理利用28KHz以上的电能，经超声波换能器转换成高频机械振荡而传入到清洗液中。超声波在清洗液中疏密相间地向前辐射，使液体流动，并不停地产生数以万计的微小气泡。这些气泡是在超声波纵向传播的负压区形成及生长，而在正压区迅速闭合。这种微小气泡的形成、生成迅速闭合称为空化现象，在空化现象中气泡闭合时形成超过1000个大气压的瞬时高压，连续不断产生的瞬时高压，像一连串小爆炸不停地轰击物体表面，使物体及缝隙中的污垢迅速剥落。这种空化侵蚀作用就是超声波清洗的基本原理第29页/共104页序号介质清洗方法液温加热功

19、率超声功率1市水（自来水）超声3056KW40KHz,1800W2市水（自来水）超声3056KW40KHz,1800W3药剂+RO水超声4556KW40KHz,1800W4药剂+RO水超声4556KW40KHz,1800W5药剂+RO水超声4556KW40KHz,1800W6RO水（自来水）漂洗5556KW40KHz,1800W7RO水（自来水）鼓泡5056KW40KHz,1800W 超声波清洗机介绍第30页/共104页 超声波清洗工艺路线1#市水超声清洗2#市水超声清洗3#药剂+RO水（超声清洗）4#药剂+RO水（超声清洗）5#药剂+RO水（超声清洗6#RO水超声漂洗7#RO水鼓泡漂洗甩干超

20、声波清洗设备整个清洗分成3道工序，每道工序一般持续时间为35min：第一道（1#，2#）：超声波清水洗-去除残留杂质第二道（3#，4#，5#） ：超声波PH=10的碱液洗-去除残留酸、脂类杂质第三道（6#，7#） ：超声波清水洗：漂洗洁净超声波清洗后甩干：通过高速离心力原理，机内高温加热，使硅片快速干燥。第31页/共104页第32页/共104页b 不合格品与描述 不合格片的主要表现：线痕片：在硅片表面有较明显细小横向或斜向印痕。崩边片：是指在线切过程中，硅片边缘受内部应力或外部力量的影响而导致脆断。边缘片：是指在线切或清洗、检测环节中，导致硅片边缘受损。（造成原因下述）穿孔片：指硅片表面出现的

21、小孔翘曲片：指由于硅棒本身的质量问题，切好的硅片会由于内部未消除应力的释放而造成硅片凹凸不平，或造成波浪形。外形尺寸：有些硅片的外形尺寸（对角线或边长）如果达不到客户的尺寸要求，虽然其他都没有问题，但照样是不合格品。TTV：是检测硅片厚薄均匀性的唯一指标。（有专门的TTV检测仪，固定的检测方法-5点检测法-9点检测法）硅落：指硅片的最外延有较小面积的硅脱落现象缺角：指硅片的一个或几个角有折断现象碎片：指硅片出现严重的断裂情况第33页/共104页6.2 清洗制绒(超声波清洗减薄喷淋绒面)制绒工艺目的： 在太阳能硅片的生产工艺中，为了降低硅片表面对太阳光的反射，提高硅片表面对太阳光的吸收率，从而提

22、高光电转换效率，故对硅片表面进行织构化绒面制备处理，简称制绒 多晶绒面为凹凸蜂窝状单晶绒面为金字塔状第34页/共104页观察绒面检验硅片尺寸第35页/共104页第36页/共104页第37页/共104页单晶硅片表面的金字塔状绒面单晶硅片表面反射率第38页/共104页第39页/共104页第40页/共104页第41页/共104页绒面陷光原理 ： 当光入射到一定角度的斜面，光会反射到另一角的斜面，形成二或者多次吸收，从而增加光的吸收率陷光原理图示第42页/共104页第43页/共104页第44页/共104页第45页/共104页8550.23min具体据原始硅片的厚度和表面损伤情况而定。第46页/共104

23、页第47页/共104页第48页/共104页第49页/共104页第50页/共104页第51页/共104页第52页/共104页第53页/共104页第54页/共104页第55页/共104页0.130.140.150.16051015202530354045505560Concentration of NaOH (g/l)Average Reflectance第56页/共104页第57页/共104页第58页/共104页第59页/共104页第60页/共104页第61页/共104页第62页/共104页第63页/共104页第64页/共104页第65页/共104页第66页/共104页第67页/共104页第68

24、页/共104页0.10.20.30.40.50.60.73005007009001100Wavelength (nm)Reflectance(0-1)1min5min10min第69页/共104页第70页/共104页第71页/共104页第72页/共104页 NaOH、HCl、HF都是强腐蚀性的化学药品，其固体颗粒、溶液、蒸汽会伤害到人的皮肤、眼睛、呼吸道，所以操作人员要按照规定穿戴防护服、防护面具、防护眼镜、长袖胶皮手套。一旦有化学试剂伤害了员工的身体，马上用纯水冲洗30分钟，送医院就医。第73页/共104页制绒工艺要求： 1.停机1小时以上，要将刻蚀槽的药液排到tank，减少药液的挥发。 2

25、.停机15分钟以上要用水枪冲洗碱槽喷淋及风刀，以防酸碱形成的结晶盐堵塞喷淋口及风刀。 3.停机1h以上，要跑假片，至少一批（400片）且要在生产前半小时用水枪冲洗风刀处的滚轮，杜绝制绒后的片子有滚轮印。第74页/共104页扩散原理扩散原理扩散工艺是制造太阳能电池的心脏 p-n结6.3、扩散第75页/共104页什么是扩散？什么是扩散？l定义定义 扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体原子的输运过程；由于热运动，把原子从一个位置输运到另一个位置，使基体原子与杂质原子不断地相互混合，从而改变基片表面层的导电类型。l特征特征 浓度差别的存在是产生扩散运动的必要条件，环境温度的高低则是决定扩散运动快慢

26、的重要因素。扩散时间也是扩散运动的重要因素，时间愈长，扩散浓度和深度也会增加。 l扩散机制扩散机制磷在硅中的扩散机制分为空位式扩散和替位填隙式扩散第76页/共104页替位填隙式扩散：替位填隙式扩散： 硅片像海绵一样充满着许多空隙，硅原子之间存在着很大的缝隙；当磷进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，磷原子就以替代的方式占据着硅的位置。空位式扩散：空位式扩散： 在一定的温度下，构成晶体的原子围绕着自己的平衡位置不停地振动，其中总可以具有足够高的能量，克服周围原子对它的作用，离开原来的晶格位置，这样就在原来的位置上留下一个空位。当邻近的原子向空位迁移时，这种机理称为空位扩散

27、。杂质原子Si原子晶格空位第77页/共104页l 喷涂磷酸水溶液后链式扩散l 丝网印刷磷浆料后链式扩散l三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 而现在常用的是POCl3 液态源扩散法， POCl3 液态源扩散法具有生产效率较高、所制PN 结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大面积PN 结的太阳能电池是非常重要的。扩散的方法: 目扩散可以有多种方法实现，如合金法、离子注入法，扩散法。扩散工艺方法是现阶段企业主要应用的方法，其主要有：第78页/共104页第79页/共104页4P5SiO5SiO2P2525253OP3PCl5POClC600第80页/共104页2522510ClO2P5O4PCl2过量O第81页/共104页322524526POClOPOCl第82页/共104页第83页/共104页清洗饱和装片送片回温扩散关源，退舟方块电阻测量卸片第84页/共104页第85页/共104页第86页/共