2011太阳能电池原理及工艺中常见问题讲义

1、太阳能电池原理及工艺中常见问题太阳能电池原理及工艺中常见问题郭鹏2011年3月2日一一 电池结构和工作原理电池结构和工作原理二二 工艺原理和常见问题工艺原理和常见问题 Texture Diffusion PSG PECVD Printing Cofiring1. Texture 制作绒面，增加光吸收制作绒面，增加光吸收硅的原子结构硅的原子结构面心立方面心立方单晶单晶严格长程有序基本无位错，缺陷少，复合低特定浓度碱溶液：各向异性金字塔多晶多晶长程无序，短程有序大量位错，有晶界、缺陷，复合严重酸溶液：各向同性小蚯蚓状坑水分子对羟基的屏蔽作水分子对羟基的屏蔽作用用Si+NaOH=NaSiO3+H2S

2、i+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O slow2NO2+H2O=HNO2+HNO3Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O fastSiO2+4HF=SiF4+2H2O3SiO2+18HF=3H2SiF6+6H2ONaOH: 1%IPA: 8% 缓冲、释放H2NaSiO3: 减缓、成核 绒面对电池性能的影响绒面对电池性能的影响单晶：单晶：12%多晶：多晶：20%主要设备捷佳创瑞晶四十八所主要设备RenaSchimid库特勒聚晶 单晶制绒酸洗工艺流程单晶制绒酸洗工艺流程超声超声清洗清洗DI溢流溢流粗粗抛抛DI溢流溢流制作制作绒面绒面DI溢流溢流DI喷淋喷淋氮气氮气烘干烘干HF酸洗酸洗

3、DI溢流溢流HCL酸洗酸洗DI溢流溢流DI喷淋喷淋DI喷淋喷淋温度温度: 80 ; NaOH: 1%IPA: 8% 缓冲、释放缓冲、释放H2NaSiO3: 减缓、成核减缓、成核添加剂（时创、大远）添加剂（时创、大远） 多晶制绒酸洗工艺流程多晶制绒酸洗工艺流程制作制作绒面绒面DI喷淋喷淋NaOH碱洗碱洗DI喷淋喷淋HF/HCL酸洗酸洗N2吹干吹干DI喷淋喷淋HNO3:35%HF:10% 33Si+4HNO3=3SiO2+4NO+2H2Oa.3SiO2+18HF=3H2SiF6+6H2O18 5%中和多余的中和多余的HF和和HCL去除多孔硅去除多孔硅温度 浓度 带速 腐蚀量 绒面尺寸 反射率去除金

4、属离子去除金属离子 多晶制绒常见问题多晶制绒常见问题腐蚀量标准（0.35-0.45）腐蚀量后续影响解决措施太少不能去掉损伤层增加酸浓度或者降低带速太大碎片增加；弓片出现；绒面过大反射率增加，Isc降低；绒面不均匀方阻不均匀，Ncell波动较大；增加带速，稀释酸浓度2. HF过多片子偏暗，网纹较重； HNO3过多片子较亮，即所谓抛光； 网纹多且硅片发亮溶液比例失调，建议换液； 表面发黄碱槽浓度低，碱槽循环不足，喷淋口方向不对或喷淋口堵塞。2微米微米/min酸液激活！酸液激活！DI电阻率18MCM，否则会引入杂质，导致漏电增加；制绒后严禁裸手接触硅片： a. 手指印，电池片降级； b. 引入钠离子

5、，扩散进入PN结空间电荷区，增加漏电；单晶制绒问题 花篮印 抛光片 白斑 油污色斑 等等2. Diffusion 制作制作PN结，电池的心脏结，电池的心脏扩散机制扩散机制浓度梯度浓度梯度硅原子硅原子a替位式（、）替位式（、）填隙式填隙式SiSi+4+4Si+4B+3Si+4N N型硅型硅Si+4Si+4P+5Si+4P P型硅型硅扩散装置扩散装置5253OP3PClC6005POCl化学反应机理化学反应机理2522510ClO2P2过量O5O4PCl252236ClO2POPOCl4P5SiO5SiO2P252扩散模型扩散模型菲克第一定律菲克第一定律菲克第二定律菲克第二定律边界边界条件条件Dt

6、xDttxNN4exp),(20当杂质原子总量恒定当杂质原子总量恒定(高斯函数分布高斯函数分布)当表面浓度恒定当表面浓度恒定(余误差函数分布余误差函数分布)DtxerfcNtxNs2),(（掺硼）p-typeSi Sub（掺磷）n-type方块电阻方块电阻就是表面为正方形的半导体薄层在电流方向上就是表面为正方形的半导体薄层在电流方向上 所呈现的电阻所呈现的电阻R=/ t， : N型层电阻率；t：为扩散结深； =nq，n：N型层掺杂浓度； ：电子迁移率；q：电子带电量；R=1/nqt；和表面浓度和结深成反比；VI四探针法四探针法50-60高方阻高方阻+密栅+新浆料 扩散常见问题扩散常见问题方阻不

7、均匀 四探针测试 炉口密封 排风不稳 尾气管堵塞 源瓶温度不稳扩散时氧气量适中，少：腐蚀硅片；多：浓度上不去；扩散后硅片表面发蓝 硅片未甩干进入扩散炉 表面形成氧化层经常清洗石英舟和尾气管，严禁裸手接触硅片！磷源 熔点1.25，沸点105.3 0， 蒸汽压高，挥发性强，蒸汽有毒。温度高会爆 裂5. 三氯氧磷三氯氧磷正式名称为氧氯化磷，又名磷酰氯。为无色透明发烟液体，有辛辣气味。熔点2，沸点105.1，密度1.675kg/l。有强腐蚀性、毒性，不燃烧。三氯氧磷遇水或水蒸汽剧烈反应生成磷酸与氯化氢等有毒的腐蚀性烟雾，对皮肤、粘膜有刺激腐蚀作用。三氯氧磷可引起急性中毒，在短期内吸入大量三氯氧磷蒸汽可

8、引起上呼吸道刺激症状、咽喉炎、支气管炎，严重者可发生喉头水肿窒息、肺炎、肺水肿、紫绀、心力衰竭，亦可发生贫血、肝脏损害、蛋白尿。口服三氯氧磷可引起消化道灼伤，眼和皮肤接触引起灼伤，长期低浓度接触可引起口、眼及呼吸道刺激症状。 装源瓶：先开出气阀，再开进气阀！否则将引起源瓶爆炸！装源瓶：先开出气阀，再开进气阀！否则将引起源瓶爆炸！ 卸源瓶：先关进气阀，再关出气阀！否则将引起源瓶爆炸！卸源瓶：先关进气阀，再关出气阀！否则将引起源瓶爆炸！3. PSG去除含磷的二氧化硅去除含磷的二氧化硅刻刻蚀蚀DI喷淋喷淋NaOH碱洗碱洗DI喷淋喷淋HF去去PSGN2吹干吹干DI喷淋喷淋HNO3,HF, H2SO4中

9、和多余的酸中和多余的酸Rena工艺流程工艺流程常用设备：Rena Schimid 库特勒 聚晶与库特勒设备对比：方阻变化较小 常见问题常见问题常见问题后续影响解决措施边缘过刻PN结面积减小 Isc降低增加H2SO4浓度边缘刻蚀不足漏电流增加，导致trash片产生增加酸浓度底部刻蚀过大片子变薄，弓片，低效稀释酸浓度湿法刻蚀的优湿法刻蚀的优PN结面积增加背场平整，增加开路电压1.避免干法刻蚀中的硅片间摩擦，得到较高的并联电阻4. PECVD等离子增强型化学气相沉积等离子增强型化学气相沉积 SiNx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H

10、3PO4 Si/N比对SiNx薄膜性质的影响电阻率随x增加而降低折射率n随x增加而增加腐蚀速率随密度增加而降低直接式：间接式间接式PECVD对电池的影响对电池的影响 光学减反射光学减反射提高提高Isc 表面钝化表面钝化提高提高Uoc 体钝化体钝化提高提高Uoc 低温工艺低温工艺减少高温导致的少子寿命衰减；减少高温导致的少子寿命衰减； 有效节约生产成本；有效节约生产成本； 管管P常见问题常见问题硅片偏离石墨舟：色差片硅片短接：空镀石墨舟长期不清洗：边缘发白，中间泛红，色差较明显石墨舟变形：出现明显色差石墨舟电极未对准：高频放电报警压力低：镀膜不均，且颜色泛红漏气：镀膜不均5. Printing&

11、amp;Cofiring烧烧结结正极正极银浆银浆背极背极银浆银浆/银铝浆银铝浆烘干烘干Oven/IR背场背场铝浆铝浆烘干烘干Oven/IR引出电流组件焊接引出电流组件焊接焊接焊接 收集电流收集电流 引引出电流出电流 高阻密栅高阻密栅浆料浆料收集电流收集电流 吸杂吸杂 铝背场铝背场 通通过反射增加对光子的吸过反射增加对光子的吸收收 常见问题常见问题 铝浆污染铝浆污染严禁二道用具用于三道印刷，保持台面严禁二道用具用于三道印刷，保持台面 和轨道清洁和轨道清洁 2. 断线、粗点、粘版、印不全断线、粗点、粘版、印不全浆料使用前充分搅浆料使用前充分搅拌，使用过程中严禁污染拌，使用过程中严禁污染 3. 虚印

12、虚印浆料和栅线设计不匹配，可重新设计网版浆料和栅线设计不匹配，可重新设计网版1. 4. 定期更换台面纸定期更换台面纸烧结曲线烧结曲线铝铝背背场场的的形形成成铝背场的作用铝背场的作用 背面接触，收集电流背面接触，收集电流 形成形成P+铝背场，表面钝化提高开路电压铝背场，表面钝化提高开路电压 增加对光的反射增加对光的反射1. 吸杂吸杂欧姆接触的形成欧姆接触的形成没有整流效应的金属半导体接触欧姆接触形成有如下几个步骤： 1 有机物挥发 2 玻璃料在减反射膜表面聚集 3 玻璃料腐蚀穿过减反射膜 4 玻璃料通过与Si发生氧化还原反应产生 腐蚀坑PbO+SiPb+SiO2 5 Ag晶粒在冷却过程中于腐蚀坑处结晶Ag晶粒在腐蚀坑处结晶时与Si表面接触的一侧呈倒金字塔状，而与玻璃料接触的一侧则成圆形。常见问题常见问题烧穿 短路电流低，开路电压降低很大烧结不足 短路电流低，开路电压不变Thanks1、水分子的屏蔽效应（screeni