太阳电池制备工艺-项目一电池的准备

1、光伏电池制备工艺光伏电池制备工艺太阳能工程太阳能工程系系曾礼丽曾礼丽电话：电话mail：考核及评分方法考核及评分方法v1、学生学期总评成绩由平时成绩和期考成绩两个部分、学生学期总评成绩由平时成绩和期考成绩两个部分构成，比例为构成，比例为5:5。v2、平时成绩分为课堂表现、课后作业、实验成绩。、平时成绩分为课堂表现、课后作业、实验成绩。v 课堂表现：出勤情况（迟到、早退、旷课）、实验课堂表现：出勤情况（迟到、早退、旷课）、实验操作、听课笔记、课堂提问。操作、听课笔记、课堂提问。v 实验成绩由实训出勤、实验操作、实验报告成绩共实验成绩由实训出勤、实验操作、实验报告成绩共同

2、决定。同决定。v3、期考成绩，采用开卷笔试法，考核学生对课堂知识、期考成绩，采用开卷笔试法，考核学生对课堂知识掌握情况。掌握情况。 v 另外，平时成绩不合格，另外，平时成绩不合格，v 总评成绩视为不及格。总评成绩视为不及格。项目一项目一v任务任务一：晶硅电池产业链流程一：晶硅电池产业链流程v任务二任务二：太阳电池发电原理：太阳电池发电原理任务三：硅片分检标准任务三：硅片分检标准任务一：任务一：晶硅电池产业晶硅电池产业链流程链流程高纯硅料高纯硅料pure silicon raw material硅锭硅锭Ingot硅块硅块Bricks硅片硅片Wafers电池片电池片solar cell电池组件电池

3、组件module硅矿石硅矿石Silicon ore电池发电系统电池发电系统solar system冶金硅料冶金硅料Metallurgical silicon任务二：太阳电池基础任务二：太阳电池基础光生伏特效应光生伏特效应 当照射在当照射在PN结上的光子能量结上的光子能量大于半导体禁带宽度大于半导体禁带宽度Eg时，价带顶的电子会跃迁到导带底，在时，价带顶的电子会跃迁到导带底，在PN结结内建电场内建电场的作的作用下，用下，电子向电子向N型半导体迁移，型半导体迁移，空穴向空穴向P 型半导体迁移，从型半导体迁移，从而实现电子而实现电子-空穴的分离，产生电动势。空穴的分离，产生电动势。PNIph上电极下

4、电极光生电动势Uv分离的结果分离的结果：v 1. 1. 电子移向电子移向N区，区， 空穴移向空穴移向P区，区，带电载流子带电载流子的定向移动的定向移动出现出现光生电流光生电流I IL L；v 在在PNPN结内部，电流的方向结内部，电流的方向：N N P P。v 2. 2. 在在N N区边界将积累电子，在区边界将积累电子，在P P区边界积累空穴，产生区边界积累空穴，产生了一个与平衡了一个与平衡PNPN结内建电场相反的光生电场，其方向相当于结内建电场相反的光生电场，其方向相当于外接正向偏压，即外接正向偏压，即P P区接正，区接正，N N区接负。若内建电场强度为区接负。若内建电场强度为V V0 0，

5、光生电势为光生电势为V V，则空间电荷区的势垒高低降低为，则空间电荷区的势垒高低降低为e(Ve(V0 0-V)-V)。v 由于光照使得由于光照使得PN结两端结两端形成的光生电动势也相当于在形成的光生电动势也相当于在PNPN结两端加上了一个结两端加上了一个正向电压（正向电压（P P区接正，区接正，N N区接负区接负），），因此有因此有了了正向电流正向电流I IF F；该正向电流的；该正向电流的方向：方向：P P N，与光生电流方与光生电流方向相反向相反，会抵消部分，会抵消部分p-n结产生的光生电流使得提供给外电结产生的光生电流使得提供给外电路的电流减小，所以又把正向电流称为暗电流。路的电流减小，

6、所以又把正向电流称为暗电流。 太阳电池的性能表征太阳电池的性能表征v1. 1. 光生电动势光生电动势P P正正N N负，相当于在负，相当于在PNPN结上结上加上正向电压加上正向电压v2. 2. 光生电流光生电流I IL LN N P Pv3. 3. 正向电流正向电流I IF FP P N一、太阳电池模型一、太阳电池模型v 在入射光的作用下，产生光生电压为在入射光的作用下，产生光生电压为U、光生电流为光生电流为IL。在。在PN结两端通过负载结两端通过负载RL构成构成的回路及等效电路为的回路及等效电路为LRIU太阳电池的模型太阳电池的模型LRLIFIIU太阳电池工作时必须具备下述条件太阳电池工作时

7、必须具备下述条件v 首先，必须有光的照射，可以是单色光、太阳光或模拟首先，必须有光的照射，可以是单色光、太阳光或模拟太阳光等太阳光等，光子的能量一定要大于等于禁带宽度光子的能量一定要大于等于禁带宽度。v 其次，光子注入到半导体内后，激发出电子其次，光子注入到半导体内后，激发出电子-空穴对，这空穴对，这些电子和空穴应该有足够长的寿命，在分离之前不会完全复些电子和空穴应该有足够长的寿命，在分离之前不会完全复合消失合消失。v 第三，必须有一个静电场，电子第三，必须有一个静电场，电子-空穴在静电场的作用下空穴在静电场的作用下分离，电子集中在一边，空穴集中在另一边。分离，电子集中在一边，空穴集中在另一边

8、。v 第四，被分离的电子和空穴由电极收集，输出到太阳电第四，被分离的电子和空穴由电极收集，输出到太阳电池外，形成电流池外，形成电流太阳电池的结构太阳电池的结构N+P减反层减反层 正面电极正面电极正电极正电极铝背场铝背场负电极主栅线负电极主栅线负电极子栅线负电极子栅线PN结结背面电极背面电极13分选测试分选测试一次清洗、制绒一次清洗、制绒二次清洗二次清洗烧结烧结印刷电极印刷电极PECVD等离子刻蚀等离子刻蚀检验入库检验入库扩散扩散 任务三：硅片分检标准v硅片分检主要从以下硅片分检主要从以下3个方面进行：尺寸、个方面进行：尺寸、外观、性能；在本课中以外观、性能；在本课中以156mm156mm为为例

9、。例。v 尺寸主要从边长、倒角、对角线、厚度尺寸主要从边长、倒角、对角线、厚度等几个方面进行衡量。等几个方面进行衡量。 边长v常见常见156mm156mm的单的单晶硅片、多晶硅片的边晶硅片、多晶硅片的边宽要求为：宽要求为：1560.5mm倒角v倒角主要是指晶片边倒角主要是指晶片边缘通过研磨或腐蚀整形加缘通过研磨或腐蚀整形加工成一定角度，以消除晶工成一定角度，以消除晶片边缘尖锐状态，避免在片边缘尖锐状态，避免在后序加工中造成边缘损失，后序加工中造成边缘损失，可防止晶片边缘破裂、防可防止晶片边缘破裂、防止热应力集中，并增加薄止热应力集中，并增加薄膜层在晶片边缘的平坦度。膜层在晶片边缘的平坦度。v常

10、见常见156mm156mm多晶硅片倒角的要求为多晶硅片倒角的要求为0.52mm 、450100（如（如图；单晶硅片的要求为图；单晶硅片的要求为90030。对角线v常见常见156mm156mm的单晶硅片与多晶硅的单晶硅片与多晶硅片的对角线要求为片的对角线要求为2000.3mm厚度v常见常见156mm156mm的单的单晶硅片、多晶硅片的厚晶硅片、多晶硅片的厚度为度为200m，厚度范围，厚度范围为为20020m（如图（如图所示）所示）注意：v尺寸分选的目的在于检测硅块开方、尺寸分选的目的在于检测硅块开方、倒角和切片中出现的缺陷，以避免出现尺寸倒角和切片中出现的缺陷，以避免出现尺寸偏大或偏小；偏大或偏

11、小；v 采用抽检的方式或进行检测，每一支采用抽检的方式或进行检测，每一支晶棒、硅块抽晶棒、硅块抽510片进行检测；片进行检测；v 测量工具：游标卡尺、同心刻度模板、测量工具：游标卡尺、同心刻度模板、非接触厚度测试仪。非接触厚度测试仪。外观分检 1）破片）破片v2）线痕）线痕v3）裂纹）裂纹v4）缺角）缺角v5）翘曲度）翘曲度v6）弯曲度）弯曲度 7）针孔）针孔8）微晶）微晶9）缺口）缺口 10）崩边）崩边 11）污物）污物破片v主要是观察硅片是否有主要是观察硅片是否有破损情况，如有破损则破损情况，如有破损则不能使用，破损的硅片不能使用，破损的硅片如图如图线痕v 硅块在多线切割时，在硅硅块在多线

12、切割时，在硅片表面留下的一系列条状片表面留下的一系列条状凸纹和凹纹交替形状的不凸纹和凹纹交替形状的不规则线痕。常见的线痕主规则线痕。常见的线痕主要有短线焊线后线痕、密要有短线焊线后线痕、密集线痕、普通线痕、凹痕、集线痕、普通线痕、凹痕、凸痕、凹凸很、亮线、台凸痕、凹凸很、亮线、台阶等。在阶等。在156156mm的的硅片中，线痕的要求是硅片中，线痕的要求是10m。常见的线痕问题。常见的线痕问题及晶片线痕要求如图及晶片线痕要求如图线痕说明v硅片上有明显的发亮的线痕，将该类线痕称之硅片上有明显的发亮的线痕，将该类线痕称之为亮线。对于亮线的规格要求，只考亮线的粗糙度，为亮线。对于亮线的规格要求，只考亮

13、线的粗糙度，不考虑亮线的条数。规格不考虑亮线的条数。规格10m。裂纹v有裂纹的硅片，主要是有裂纹的硅片，主要是裂纹易延伸到晶片表面、裂纹易延伸到晶片表面、造成晶片的解理或断裂，造成晶片的解理或断裂，也可能没有穿过晶片的也可能没有穿过晶片的整个厚度，但造成晶片整个厚度，但造成晶片的破片。常见有裂纹的的破片。常见有裂纹的晶片如图晶片如图缺角缺角v缺角主要是由于倒角、缺角主要是由于倒角、切片、清洗等工艺过程切片、清洗等工艺过程中所造成。常见的缺角中所造成。常见的缺角不良品如图不良品如图翘曲度翘曲度v 翘曲度指的是硅片中位面与翘曲度指的是硅片中位面与基准面最大最小距离的差距的基准面最大最小距离的差距的

14、差值。翘曲度过大的硅片在组差值。翘曲度过大的硅片在组件层压工艺中易碎片，硅片翘件层压工艺中易碎片，硅片翘曲度的要求一般为曲度的要求一般为50m。有翘曲度的硅片及翘曲度的测有翘曲度的硅片及翘曲度的测量工具如图量工具如图中位面中位面与硅片上表面和下与硅片上表面和下表面等距离的面表面等距离的面弯曲度v 弯曲度是硅片中心面明显弯曲度是硅片中心面明显凹凸形变的一种变量，弯凹凸形变的一种变量，弯曲度过大的硅片在组件层曲度过大的硅片在组件层压工艺中易碎片，对于压工艺中易碎片，对于156156mm硅片的要求硅片的要求一般为一般为75m。弯曲的硅。弯曲的硅片与检测工具如图片与检测工具如图：v 弯曲度弯曲度硅片中

15、心偏离硅片中心偏离基准平面的距离。基准平面的距离。针孔针孔v 材料在长晶时，混有材料在长晶时，混有微小的金属杂质，这些杂微小的金属杂质，这些杂质在长晶过程中进入晶体，质在长晶过程中进入晶体，切片后在制绒阶段杂质被切片后在制绒阶段杂质被腐蚀掉，出现针孔。对于腐蚀掉，出现针孔。对于硅片的要求应该无针孔。硅片的要求应该无针孔。不良品如图不良品如图微晶微晶v 微晶是指每颗晶粒只由几千个或几万个晶胞并置而成微晶是指每颗晶粒只由几千个或几万个晶胞并置而成的晶体，从一个晶轴的方向来说这种晶体只重复了约几的晶体，从一个晶轴的方向来说这种晶体只重复了约几十个周期。对于多晶硅片、单晶硅片微晶常常表现为微十个周期。

16、对于多晶硅片、单晶硅片微晶常常表现为微晶脱落，对于硅片的要求为微晶脱落不能超过两处。如晶脱落，对于硅片的要求为微晶脱落不能超过两处。如图图1-15所示的具有微晶现象的多晶硅片，此图中的微晶所示的具有微晶现象的多晶硅片，此图中的微晶面积面积2cm2、晶粒数超过了、晶粒数超过了10个，个，1cm长度上的晶粒数长度上的晶粒数超过了超过了10个。个。缺口缺口v缺口一般在硅片的边缘缺口一般在硅片的边缘与倒角处，常见的为上与倒角处，常见的为上下贯穿边缘的缺损。常下贯穿边缘的缺损。常见如图见如图崩边崩边v崩边一般为晶片表面或边崩边一般为晶片表面或边缘非有意地造成脱落材料缘非有意地造成脱落材料的区域，由传送或

17、放置样的区域，由传送或放置样品等操作所引起的，崩边品等操作所引起的，崩边的尺寸由样品外形的正投的尺寸由样品外形的正投影上所测量的最大径向深影上所测量的最大径向深度和圆周弦长确定。对于度和圆周弦长确定。对于常见常见156156mm的硅片，的硅片，崩边的要求为：崩边个数崩边的要求为：崩边个数2个、深度个、深度0.3mm、长度、长度0.5mm。常见有崩边的硅。常见有崩边的硅片如图片如图连续性崩边的片子污物污物v污物一般为半导体晶片上的尘埃、晶片表面污物一般为半导体晶片上的尘埃、晶片表面的污染物，且不能用预检查溶剂清洗去除。的污染物，且不能用预检查溶剂清洗去除。对于晶片的要求为无污物。常见有污物的晶对

18、于晶片的要求为无污物。常见有污物的晶片如图所示，图片如图所示，图a脏污片杂质的主要是氮化硅脏污片杂质的主要是氮化硅和碳化硅、图和碳化硅、图b脏污片杂质主要是水痕等，对脏污片杂质主要是水痕等，对于图于图a、b中的脏污片均是不合格的晶片。中的脏污片均是不合格的晶片。（a）含有氮化硅、碳化硅的脏污片）含有氮化硅、碳化硅的脏污片（b）水痕杂质脏污片）水痕杂质脏污片注意：注意：v 外观缺陷检查目的在于检查硅片在切外观缺陷检查目的在于检查硅片在切片和清洗过程中是否造成外观缺陷。片和清洗过程中是否造成外观缺陷。v 硅片采用全部检测的方式进行检验。硅片采用全部检测的方式进行检验。v 常用测量工具事十倍放大镜、

19、塞尺、常用测量工具事十倍放大镜、塞尺、线痕表面深度测试仪。线痕表面深度测试仪。硅片性能测试v1）电阻率测试）电阻率测试v2）导电类型）导电类型v3）TTVv4）少子寿命）少子寿命电阻率测试电阻率测试v电阻率为荷电载体通过电阻率为荷电载体通过材料受阻程度的一种量材料受阻程度的一种量度，用来表示各种物质度，用来表示各种物质电阻特性的物理量，符电阻特性的物理量，符号为号为，单位为，单位为cm。156156cm硅片的电硅片的电阻率规格为阻率规格为0.53.cm。检测如图。检测如图导电类型导电类型v半导体导电类型根据掺半导体导电类型根据掺杂剂的选择与掺杂剂的杂剂的选择与掺杂剂的量不同，导致半导体材量不同，导致半导体材料中的多数载流子可能料中的多数载流子可能是空穴或者电子，空穴是空穴或者电子，空穴为多子的是为多子的是P型、电子型、电子为主的是为主的是N型。目前太型。目前太阳电池应用的的硅片为阳电池应用的的硅片为P型，测试工具为电阻型，测试工具为电阻率测试仪，如图率测试仪，如图TTVvTTV为总厚度偏差，即为总厚度偏差，即晶片厚度的最大值和最晶片厚度的最大值和最小值的差，晶片总厚度小值的差，晶片总厚度偏差的要求为偏差的要求为30m。常用测量工具为测厚仪，常用测量