太阳能电池知识介绍

1、太阳能电池知识介绍 部门部门:工艺部 日期：日期：2012-5-21目录目录电池片知识介绍电池片知识介绍电池片生产流程及原理电池片生产流程及原理 产品类型及特性电池片知识介绍电池片知识介绍光伏产业流程光伏产业流程太阳能电池分类与结构1.太阳电池的分类按结构分:同质结、异质结、肖特基、多结按材料分：晶体硅、化和物半导体、有机半导体、薄膜按用途分:空间、地面2.太阳能电池的结构传统结构:BSF电池 、紫光电池、绒面电池、异质结太阳电池 、M1S电池、 MINP电池、聚光电池 新型结构:PESC、 PERC 、PERL、埋栅电池、 PCCPCC、 LBSFLBSF、异质异质pp+pp+结结 硅棒的铸

2、造硅棒的铸造单晶硅单晶硅多晶硅多晶硅单晶硅与多晶硅单晶硅与多晶硅单晶硅：单晶硅： 在整个晶体内，原在整个晶体内，原子都是周期性的规则排子都是周期性的规则排列，称之为单晶。列，称之为单晶。多晶硅多晶硅: 由许多取向不同的由许多取向不同的单晶颗粒杂乱地排列单晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多在一起的固体称为多晶。晶。电池片生产流程电池片生产流程进料检验硅片领料硅片分选制绒清洗甩干测试分档成品分选成品包装入库出库扩散刻蚀去PSG清洗甩干PECVD丝网印刷烧结电池片生产流程及原理电池片生产流程及原理制绒和清洗制绒和清洗概述概述u硅片表面处理的目的：硅片表面处理的目的： 去除硅片表面的机械损伤层 清除表

3、面油污和金属杂质 形成起伏不平的绒面，增加对太阳光的吸收甩干甩干检查绒检查绒面面制绒后称制绒后称重重流出流出来料检来料检验验插片插片制绒前称制绒前称重重超声波清洗超声波清洗制绒制绒酸洗酸洗水洗水洗喷淋喷淋表面损伤层的危害表面损伤层的危害 表面损伤层如果去除不净，将会导致残余缺陷、残余缺陷在后续高温处理过程中向材料深处继续延伸、切割过程中导致的杂质未能完全去除，这些都会增加硅片的表面复合速率，严重影响电池片的效率。损伤层的去除方法损伤层的去除方法 就目前线切割技术来说，一般硅片表面的损伤层厚度（双面）保持在10um，通过硅片的减薄量减薄量来衡量。对于单晶硅片，通常采用粗抛或细抛的方法来消除。但由

4、于现在市场上的硅片普遍较薄，所以，粗泡的方法一般不会采用。我们目前单晶制绒的工艺，制绒前的高温稀碱超声就是细抛。对于多晶硅片，通常都会在制绒的同时已经对损伤层进行了去除，单晶有时候也是采用这样的方法的。制绒和清洗制绒和清洗硅片表面损伤层的去除硅片表面损伤层的去除u硅片表面沾污主要包硅片表面沾污主要包括：括： 有机杂质沾污有机杂质沾污 颗粒沾污颗粒沾污 金属粒子沾污金属粒子沾污制绒和清洗制绒和清洗硅片表面预处理硅片表面预处理制绒和清洗制绒和清洗化学清洗原理化学清洗原理 HF去除硅片表面氧化层：去除硅片表面氧化层： HCl去除硅片表面金属杂质：去除硅片表面金属杂质：盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯

5、离子能与 Pt 2+、Au 3+、 Ag +、Cu +、Cd 2+、Hg 2+等金属离子形成可溶于水的络合物。 OH2SiFHHF6SiO2622制绒和清洗制绒和清洗绒面光学原理绒面光学原理入射光入射光反射光陷光原理：陷光原理：当光入射到一定角度的斜面，光会反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，从而增加吸收率。依靠表面金字塔形的方锥结构,对光进行多次反射,不仅减少了反射损失,而且改变了光在硅中的前进方向,延长了光程,增加了光生载流子的产量；曲折的绒面又增加了p-n结面积,从而增加对光生载流子的收集率；并改善了电池的红光响应。制绒和清洗制绒和清洗单晶制绒腐蚀原理单晶制绒腐蚀原理单晶硅片的绒

6、面金相显微镜图片利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶体取向上具有不同腐蚀速率的各向异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成角锥体（就是我们所说的金字塔）密布的表面形貌 ，就称为表面织构化。角锥体四面全是由111面包围形成。制绒和清洗制绒和清洗多晶制绒腐蚀原理多晶制绒腐蚀原理多晶硅片的绒面金相显微镜图片多晶硅制绒是损伤层的去除和制绒面同时进行的。控制的主要参数是减薄量减薄量。为保证损伤层的去除干净，减薄必须要够，但不能过大。我们使用的多晶酸腐工艺是适用的CrO3和HF，CrO3的主要作用是起氧化，HF的作用是去除氧化层，二者结合在一块使得硅片不断的剥离反应。单独一样化学药品是达不到腐蚀效果的。 表面问题 我

7、们可以称硅片表面为电池片的脸，脸洗不好，是最容易被察觉的。常见的问题有： 单晶：雨点，白斑，发白，发亮，流水印等 多晶：一般不存在什么表面的问题，主要集中多 晶体单晶面的问题上。 绒面问题 单晶：金字塔尺寸大小不均，过大，过小等 多晶：减薄不够导致损伤层去除不净，腐蚀坑过 深过窄，减薄过大导致腐蚀坑过大，大的 不规则腐蚀坑洞较多，绒面一致性差等。制绒和清洗制绒和清洗常见问题常见问题太阳电池制造的核心工太阳电池制造的核心工序序 制作太阳电池的硅片是P型的，也就是说在制造硅片时，已经掺进了一定量的硼元素，使之成为P P型的硅片型的硅片。 如果我们把这种硅片放在一个石英容器内，同时对此石英容器内加热

8、到一定温度，并将含磷的气体通入这个石英容器内，这时施主杂质磷可从化合物中分解出来，在容器内充满着含磷的蒸汽。 在硅片周围包围着许许多多的磷的分子，因此磷原子能从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散。在有磷渗透的一面就形成了N型，在没有渗透的一面是原始P型的， 这样就达到了在硅片内部形成了所要的PN结。-这就是所说的扩散。扩散扩散原理原理 扩散的目的：形成PN结硅太阳能电池工作原理与特性硅太阳能电池工作原理与特性硅太阳电池生产中常用的硅（硅太阳电池生产中常用的硅（Si），磷（），磷（P），硼（），硼（B）元素的原子）元素的原子结构模型如图所示结构模型如图所示第三层第三

9、层4个电子个电子第二层第二层8个电子个电子第一层第一层2个电子个电子Si+14P+15B最外层最外层5个电子个电子最外层最外层3个电子个电子siPB扩散扩散半导体的特性半导体的特性P型半导体（受主掺杂）型半导体（受主掺杂）-接受自由电子接受自由电子空空键键接受电接受电子子空空穴穴N型半导体（施主掺杂）型半导体（施主掺杂）-提供自由电子提供自由电子多余多余电子电子三氯氧磷（三氯氧磷（POClPOCl3 3）液态源扩散）液态源扩散喷涂磷酸水溶液后链式扩散丝网印刷磷浆料后链式扩散本公司目前采用的是第一种方法。本公司目前采用的是第一种方法。 POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到到PN结均匀、

10、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。扩散扩散磷扩散方法磷扩散方法进舟升温恒温预扩散扩散推进降温出舟扩散扩散装置示意图和反应原理装置示意图和反应原理在高温条件和有氧气通入的情况下， POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子。4P5SiO5SiO2P252扩散扩散设备设备u48所扩散炉uTempress扩散炉 在太阳电池扩散工艺中，扩散层薄层电阻（方块电阻）是反映扩散层质量是否符合设计要求的重要工艺指标之一。 方块电阻也是标志进入半导体中的杂质总量的一个重要参数。扩散扩散升降按钮测试档扩散扩散等离子体刻蚀等离子体刻蚀刻蚀

11、的目的刻蚀的目的由于在扩散过程中，即使采用背靠背的单面扩散方式，硅片的所有表面（包括边缘）都将不可避免地扩散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。经过刻蚀工序，硅片边缘的带有的磷将会被去除干净，避免PN结短路造成并联电阻降低。等离子体刻蚀等离子体刻蚀刻蚀原理刻蚀原理 通常的刻蚀方法包括干法刻蚀和湿法刻蚀。 我们目前使用的刻蚀工艺就是干法刻蚀干法刻蚀，其工作机理为： 使用等离子体进行刻蚀。采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或各种游离基，这些活性粒子扩散到硅片边缘，在那里与硅进行反应，形成挥发性生

12、成物四氟化硅而被去除。 等离子体刻蚀等离子体刻蚀常见问题常见问题 关键的工艺参数是射频功率和刻蚀时间，效果反应为有效刻蚀宽度。关键的工艺参数是射频功率和刻蚀时间，效果反应为有效刻蚀宽度。 刻蚀不足：刻蚀不足：电池的并联电阻会下降。 射频功率过高：射频功率过高：等离子体中离子的能量较高会对硅片边缘造成较大的轰击损伤，导致边缘区域的电性能差从而使电池的性能下降。在结区（耗尽层）造成的损伤会使得结区复合增加。 刻蚀时间过长：刻蚀时间过长：刻蚀时间越长对电池片的正反面造成损伤影响越大，时间长到一定程度损伤不可避免会延伸到正面结区，即出现钻刻现象，从而导致损伤区域高复合。 射频功率太低：射频功率太低：会

13、使等离子体不稳定和分布不均匀，从而使某些区域刻蚀过度而某些区域刻蚀不足，导致并联电阻下降。去去PSGPSG清洗清洗目的目的 扩散后清洗扩散后清洗又称去去PSGPSG工序工序。去去PSGPSG清洗清洗目的目的 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。322524526POClOPOClPSiOSiOP4552252去去PSGPSG清洗清洗目的目的 这一薄层的厚度很是不均匀，不能充分被利用做减反，加上薄层中的富P原子对后道高温之后可能起到的负面影响，所以磷硅玻璃

14、层是需要去掉的。 此工序的目的就是将这一层物质去除干净。酸洗水洗喷淋甩干去去PSGPSG清洗清洗注意事项注意事项 由于掺P的硅片表面要比掺B的硅片表面更容易氧化，也就是说，扩散面相比要更容易被氧化，所以，清洗后的清洗后的硅片必须尽快镀膜硅片必须尽快镀膜。原则上是清洗过后的硅片应立即镀膜，不允许停留；如果带有水的硅片，在空气中停留时间过长，将会在镀膜工序出现水纹印现象，影响外观。 有氢氟酸和硅片接触的地方，禁止近距离使用照明。 烘干或甩干的时间不能随便缩短！防止干燥不彻底。 当硅片从1号槽氢氟酸中提起时，观察其表面是否脱水，如果脱水，则表明磷硅玻璃已去除干净；如果表面还沾有水珠，则表明磷硅玻璃未

15、被去除干净。PECVDPECVDSiNx:HPECVD=Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 即“等离子增强型化学气相沉积”，是一种化学气相沉积。PECVD是借助微波使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。PECVDPECVDSiNx:Hu物理性质和化学性质：结构致密，硬度大能抵御碱金属离子的侵蚀介电强度高耐湿性好耐一般的酸碱，除HF和热H3PO4u在太阳能电池上作为减反射膜可以兼具减反射减反射和钝化钝化的作用。PECVDPECVDSiNx:H光照射在硅片表面时，反射会使光

16、损失约三分之一。如果在硅表面有一层或多层合适的薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，这种膜称为太阳电池的减反射膜（ARC，antireflection coating）。在真空或大气中，如果硅表面没有减反射膜，长波范围(1.1m)入射光损失总量的34%，短波范围(0.4 m)为54%。即使在硅表面制作了绒面，由于入射光产生多次反射而增加了吸收，但也有约14%以上的反射损失。如果在硅的表面制备一层透明的介质膜，由于介质膜的两个界面上的反射光相互干涉，可以在很宽的波长范围内降低反射率。PECVDPECVDSiNx:H硅片表面形成一层减反射膜，增加对光线的吸收，减少反射硅片表面形成一层减反

17、射膜，增加对光线的吸收，减少反射 光照射在硅片表面时，因为反射会使光损失约三分之一。如果在硅表面有一层或多层合适的薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少。因此当膜厚为光的四分之一波长时，光发生干涉，获得最好减反射效果。氢原子搀杂在氮化硅中附加了氢的钝化作用氢原子搀杂在氮化硅中附加了氢的钝化作用 硅片材料中存在大量的杂质和缺陷，显著降低了硅片中的少数载流子的寿命，从而影响太阳电池的短路电流和电池的转换效率，反应的氢能够进入硅晶体中，钝化硅中的杂质和缺陷的电活性，降低电池表面复合速率，增加少子寿命，进而提高开路电压和短路电流，同时氢原子与缺陷或晶界处的悬挂键结合，从而一定程度上消除了晶界的

18、活性。屏蔽金属离子屏蔽金属离子 氮化硅薄膜能有效地阻止B、P、Na、As、Sb、Ge、Al、Zn等杂质的扩散，尤其是对Na-+，在相同条件下制得的氧化硅、氮化硅、氮氧化硅薄膜中，水汽在氮化硅薄膜中的渗透系数最小。丝网印刷丝网印刷基本原理基本原理v 利用网版图文部分网孔透墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷。利用网版图文部分网孔透墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷。丝网印刷丝网印刷基本原理基本原理丝网印刷丝网印刷三个步骤三个步骤背电极印刷及烘干 使用浆料为银铝浆 作用：与电池片的正电极连接，其焊接作用。 背电场印刷及烘干使用浆料为铝浆作用： 吸收硅片中的杂质，缺陷。 形成P+，Si

19、- Al合金，起钝化作用。 反射光线。丝网印刷丝网印刷三个步骤三个步骤正面电极和栅线的印刷 使用浆料为银浆 作用： 正电极用于与背电极连接，焊接作用。细栅线，收集电子，形成电流。 烧结烧结目的目的干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触。丝网印刷丝网印刷相对于铝浆烧结，银浆的烧结要重要很多，对电池片电性能影响主要表现在串联电阻和并联电阻，即FF的变化。铝浆烧结的目的使浆料中的有机溶剂完全挥发，并形成完好的铝硅合金和铝层。局部的受热不均和散热不均可能会导致起包，严重的会起铝珠。背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为P型掺杂，它可以减少金属与硅交接处的少子复合，从而提高开路电压和短路电流，改善对红外线的响应。测试分档测试分档测试分档测试分档（一）测试目的1将电池片分档，方便包装利于后期组件生产。2. 可通过测试数据，分析发现制程中的问题，从而加以改善。（二）测试原理用稳态模拟太阳光或者脉冲模拟太阳光，使电池片形成光电流，测试分档测试分档Isc:短路电流短路电流在一定的温度和辐照条件下，太阳电池在端电压为零时的输出电流，通常用Isc来表示。Isc与太阳电池的面积大小有关，面积越大， Isc越大。Voc:开路电压开路电压在一定的温度和辐照度条件下，太阳电池在空载情况下的端电压，用Voc表示。FF:填充因子填充因子太阳电池的最大功率与开