第3讲太阳能电池制造工艺

第二章太阳能光伏发电技术2.1太阳能光伏发展历史和现状

2.2太阳能电池工作原理

2.3太阳能电池制造工艺

2.4太阳能光伏发电系统设备构成

2.5独立光伏发电系统

2.6并网光伏发电系统

第三节太阳能电池制造工艺单晶硅太阳电池生产过程一、硅材料制备1、硅材料来源

硅材料来源于优质石英砂，也称硅砂。在我国山东、江苏、湖北、云南、内蒙古、海南等省区都有分布。将硅砂转换成可用的硅材料的工艺流程为：

还原+H2焦炭盐酸电炉硅砂硅铁（冶金硅）（含硅97%～99%）

三氯氢硅

（SiH4硅烷）

多晶硅1、硅材料来源石英砂也叫石英石，石英石的主要成份是二氧化硅。如果二氧化硅的含量在98.5%以上的称石英石，二氧化硅含量在98.5%以下的称为硅石。

石英砂可加工成工业硅。多晶硅材料又是以工业硅为原料，经一系列物理化学反应后达到一定纯度的电子材料。它是硅产品产业链一个极为重要的中间产品，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料，因而成为信息产业和新能源产业最基础的原材料。1、硅材料来源冶金级硅是制造半导体多晶硅的原料，它由石英砂（二氧化硅）在电弧炉中用碳还原而成。尽管二氧化硅矿石在自然界中随处可见，但仅有其中的少数可以用于冶金级硅的制备。一般来说，要求矿石中二氧化硅的含量应在97%~98%以上，并对各种杂质特别是砷、磷和硫等的含量有严格的限制。

1、硅材料来源三氯氢硅SiHCl3

①别名•英文名硅氯仿、硅仿、三氯硅烷；Trichlorosilane、Silicochloroform．

②用途单晶硅原料、外延成长、硅液、硅油、化学气相淀积、硅酮化合物制造、电子气。

③制法1、硅材料来源

(1)在高温下Si和HCl反应。

(2)用氢还原四氯化硅(采用含铝化合物的催化剂)。三氯硅烷在常温常压下为具有刺激性恶臭易流动易挥发的无色透明液体。在空气中极易燃烧，在-18℃以下也有着火的危险，遇明火则强烈燃烧，燃烧时发出红色火焰和白色烟，生成SiO2、HCl和Cl2：硅原子跟碳原子结构相似，可跟氢组成一系列硅氢化合物。硅氢化合物总称为硅烷，又称硅氢化合物，通式是SinH2n+2，目前已制得的有一硅烷SiH4也叫甲硅烷到六硅烷Si6H14共六种。

2、多晶硅锭制造

杜邦法：即硅原料的SiCl4锌还原法。三氯氢硅法（也称西门子法）：主要有三个关键工序。硅粉与HCl在液态化床上进行反应形成三氯氢硅

:Si+HCl→SiHCl3+H2↑

。反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物

(Н2，НСl，SiНСl3，SiCl4，Si)。

2、多晶硅锭制造对SiHCl3及气态混合物进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝SiНСl3,SiCl4，而气态Н2,НСl返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiНСl3,SiCl4，净化三氯氢硅（多级精馏）。净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。SiHCl3+H2→Si+HCl。

改良西门子法

多晶硅生产的西门子工艺，其原理就是在1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。

改良西门子工艺是在传统西门子工艺的基础上，同时具备节能、降耗、回收利用生产过程中伴随产生的大量H2、HCI、SiCI4等副产物以及大量副产热能的配套工艺。目前世界上绝大部分厂家均采用改良西门子法生产多晶硅。

改良西门子法

改良西门子法相对于传统西门子法的优点主要在于：

1）节能：

由于改良西门子法采用多对棒、大直径还原炉，可有效降低还原炉消耗的电能；

2）降低物耗：改良西门子法对还原尾气进行了有效的回收。所谓还原尾气：是指从还原炉中排放出来的，经反应后的混合气体。改良西门子法将尾气中的各种组分全部进行回收利用，这样就可以大大降低原料的消耗。

3）减少污染：由于改良西门子法是一个闭路循环系统，多晶硅生产中的各种物料得到充分的利用，排出的废料极少，相对传统西门子法而言，污染得到了有效控制。2、多晶硅锭制造硅烷法：硅烷是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。

以前只有日本小松掌握此技术，由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产。但美国Asimi和SGS公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。2、多晶硅锭制造硅烷法：日本小松公司进行硅烷生产的工艺是基于下列化学反应的：

2Mg+SiMg2SiMg2Si+4NH4ClSiH4+MgCl2+4NH3

液NH3SiH4Si+2H2

硅烷法成本比三氯氢硅法高一些，但多晶硅的质量也较高。2、多晶硅锭制造流化床法：以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内高温高压下生成三氯氢硅，将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅，继而生成硅烷气。

制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品。因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高，电耗低与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅。唯一的缺点是安全性差，危险性大。其次是产品纯度不高，但基本能满足太阳能电池生产的使用。

此法是美国联合碳化合物公司早年研究的工艺技术。目前世界上只有美国MEMC公司采用此法生产粒状多晶硅。此法比较适合生产价廉的太阳能级多晶硅。2、多晶硅锭制造

多晶硅基片（铸造型、硅带型）的生产

体型多晶硅太阳能电池的生产方法主要有以下两种：

向石墨铸模里注入熔融硅生产多晶硅的方法（铸造法）；由熔融硅直接使多晶硅成长为膜状的方法（硅带法或膜片法）。铸锭多晶硅制备

直接由西门子法而得到的多晶硅棒，因未掺杂等原因，不宜用来直接制造多晶硅太阳能电池。把熔化的硅经过定向凝结后，即可获得掺杂均匀、晶粒较大且呈纤维状的多晶硅铸锭。与拉制单晶硅锭相比，铸锭多晶硅的加工费可降低10倍。2、多晶硅锭制造太阳能级多晶硅新工艺技术

除了上述改良西门子法、硅烷热分解法、流化床反应炉法三种方法生产电子级与太阳能级多晶硅以外，还涌现出几种专门生产太阳能级多晶硅新工艺技术。冶金法生产太阳能级多晶硅

据资料报导日本川崎制铁公司采用冶金法制得的多晶硅已在世界上最大的太阳能电池厂应用，现已形成800吨/年的生产能力，全量供给SHARP太阳能级多晶硅新工艺技术冶金法生产太阳能级多晶硅主要工艺是：选择纯度较好的工业硅进行水平区熔单向凝固成硅锭，去除硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后，进行粗粉碎与清洗，在等离子体融解炉中去除硼杂质，再进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭，去除第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分，经粗粉碎与清洗后，在电子束融解炉中去除磷和碳杂质，直接生成太阳能级多晶硅。

太阳能级多晶硅新工艺技术气液沉积法生产粒状太阳能级多晶硅

据资料报导以日本Tokuyama公司为代表，目前10吨试验线在运行，200吨半商业化规模生产线在2005-2006年间投入试运行。

主要工艺是：将反应器中的石墨管的温度升高到1500℃，流体三氯氢硅和氢气从石墨管的上部注入，在石墨管内壁1500℃高温处反应生成液体状硅，然后滴入底部，温度回升变成固体粒状的太阳能级多晶硅。

太阳能级多晶硅新工艺技术重掺硅废料提纯法生产太阳能级多晶硅

据美国CrystalSystems资料报导，美国通过对重掺单晶硅生产过程中产生的硅废料提纯后，可以用作太阳能电池生产用的多晶硅，最终成本价可望控制在20美元/Kg以下。

国外多晶硅生产技术发展的特点：1）研发的新工艺技术几乎全是以满足太阳能光伏硅电池行业所需要的太阳能级多晶硅。2）研发的新工艺技术主要集中体现在多晶硅生成反应器装置上，多晶硅生成反应器是复杂的多晶硅生产系统中的一个提高产能、降低能耗的关键装置。

3）研发的流化床反应器粒状多晶硅生成的工艺技术，将是生产太阳能级多晶硅首选的工艺技术。其次是研发的石墨管状炉反应器，也是降低多晶硅生产电耗，实现连续性大规模化生产，提高生产效率，降低生产成本的新工艺技术。

国外多晶硅生产技术发展的特点：

4）流化床反应器和石墨管状炉反应器，生成粒状多晶硅的硅原料可以用硅烷、二氯二氢硅或是三氯氢硅。

5）在2005年前多晶硅扩产中100%都采用改良西门子工艺。在2005年后多晶硅扩产中除Elkem外，基本上仍采用改良西门子工艺。

国外多晶硅生产技术发展的特点：

通过以上分析可以看出，目前多晶硅主要的新增需求来自于太阳能光伏产业，国际上已经形成开发低成本、低能耗的太阳能级多晶硅生产新工艺技术的热潮，并趋向于把生产低纯度的太阳能级多晶硅工艺和生产高纯度电子级多晶硅工艺区分开来，以降低太阳能级多晶硅生产成本，从而降低太阳能电池制造成本，促进太阳能光伏产业的发展，普及太阳能的利用，无疑是一个重要的技术决策方向。

3、单晶硅锭制造30多年来，制造高纯单晶硅的方法几乎没有重大突破。普通用于工业生产的只有切克劳斯基法和区熔法。切克劳斯基法（CZ法）切克劳斯基法是把籽晶引向熔融的硅液，然后一面旋转，一面提拉，粒大的单晶硅棒即按照籽晶的晶向生长出来。掺杂可在熔化硅前进行。利用许多杂质在硅凝结时熔解度之差，使一些有害杂质浓集于坩埚底部。所以提拉过程也有纯化作用。目前已能用此法拉制直径大于Ф6英寸、重达百千克的大型单晶硅锭。3、单晶硅锭制造区熔法（FZ法）

区熔法指用水冷的高频线圈环绕硅单晶棒，使硅棒内产生涡电流自身加热，硅棒局部熔化，出现浮区，及时缓慢移动高频线圈，并使硅棒一端旋转，则熔化的硅又重新结晶。利用硅中杂质的分凝现象，硅纯度增加了，反翻移动高频线圈，可使硅棒的中段反复提纯，直至极高的纯度。区熔法也称浮区熔法，是目前制造高效和超高效单晶硅太阳能电池原料的唯一方法。因受线圈功率的限制，区熔硅棒的直径一般不宜太大。3、单晶硅锭制造4、片状硅（带硅）制造

片状硅（带硅），是从熔体中直接生长出来，片厚约100～200μm

,因为减少了切割损失而一直受到人们的关注。片状硅的主要生产方法有定边喂膜法（FEG法）、蹼状枝晶法、边缘支撑晶（ESP）法、小角度带状生长法、激光区熔法和颗粒硅带法等

。其中枝蔓蹼状晶法和限边喂膜法比较成熟。

4、片状硅（带硅）制造枝蔓蹼状晶法:

是从坩埚里长出两条枝蔓晶，由于表面张力的作用，两条枝晶中间会同时长出一层薄膜，切去两边的枝晶，用中间的片状晶来制作太阳能电池。由于硅片形状如蹼状，所以称为蹼状晶。它在各种硅带中质量最好，但生长速度相对较慢。限边喂膜法:

是从特制的模具中拉出筒状硅，然后用激光切割成单片来制作太阳能电池。目前已能拉出每面宽10cm的10面体筒状硅，厚度达300μm。它是目前投入研发最多的硅带，产量已达4MW级。近期硅带的研发目标，是制出125mmXl25mm的硅片，将厚度降至250μm左右。

4、片状硅（带硅）制造

用限边喂膜法进行大批量生产时，应满足的主要技术条件为：采用自动控制温度梯度、固液交界的新月形的高度及硅带的宽度等，以有效地保证晶体生长的稳定性。在模具对硅料的污染方面进行控制。

从总体上来说，硅带生长方法目前仍在进一步研究试验中，仅建立了少数中试生产线，尚未投入大规模工业化生产。

5、非晶或微晶硅膜制造

利用化学气相沉积法（CVD法）和物理气相沉积法（PVD法）均可以获得非晶硅膜。在衬底温度很高时（600～800℃），非晶硅膜可以转变为微晶硅膜，或直接得到微晶硅膜。非晶硅薄膜太阳能电池由Carlson和Wronski在20世纪70年代中期开发成功，80年代其生产曾达到高潮，约占全球太阳能电池总量的20％左右。5、非晶或微晶硅膜制造热化学气相沉积法原理：利用硅烷热分解得到非晶硅膜。

SiH4Si+2H2↑高温热分解5、非晶或微晶硅膜制造辉光放电法

原理：硅烷在高压交流或直流辉光放电条件下，即可在较低的温度下获得非晶硅膜。此法具有设备简单、容易掺杂等特点，目前的非晶硅电池多数都利用此法。

SiH4Si+2H2↑电离分解5、非晶或微晶硅膜制造光化学气相沉积法原理：用一种恰好能割断硅氢键的激光束照射衬底，当硅烷通过衬底表面时即有硅原子沉积到衬底上，形成高质量的非晶硅膜。也可以用强大的特种频率的微波束来代替激光束。

5、非晶或微晶硅膜制造溅射法

原理：在低压气体中射频或直流放电，通过高能的电离粒子（如氩气电离成氩离子）不断地猛烈撞击硅，让一部分硅原子脱离硅耙而沉积到衬底上形成非晶硅薄膜。5、非晶或微晶硅膜制造电子束蒸发法原理：用高能电子束照射硅块，使其局部熔化、蒸发，沉积到衬底上形成非晶硅膜。

5、非晶或微晶硅膜制造优点：工艺成熟、成本低，用硅量少。缺点：转化效率低于晶体硅太阳能电池；存在光致衰减效应（光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，其发展速度逐步放缓）。

目前非晶硅薄膜太阳能电池产量占全球太阳能电池总量的10％左右。但我们认为，晶体硅的短缺及价格上涨将是长期存在的事实，即使晶体硅瓶颈突破，能源节省优势仍然能保障非晶硅太阳能电池的生存空间。6、太阳级硅

快速发展的晶体硅太阳能电池的生产与应用，使硅材料的需要量剧增，耗量巨大。按我国光伏产业现在的生产技术水平，生产1MW硅太阳能电池约需15t硅材料，如果我国在2010年生产I00MW硅太阳能电池，考虑到可将硅片的厚度降到200～250μm左右，则将需耗用1000t左右硅材料，远远大于我国硅材料的供应能力。

6、太阳级硅

所谓“太阳级硅”并无精确定义。由于冶金级硅的杂质含量太高，影响电池的光电转换效率，如设法将其用简单的化学或物理方法提纯，使之能够用于制造太阳能电池，则将大大降低电池的成本，这种硅就称之为“太阳能级硅”。

一般认为能够制造出效率为10%的太阳能电池的廉价硅材料都可称为太阳能级硅。而能够用于制造集成电路的硅称为“电路级硅”。为了探测各种不同的杂质原子对于太阳能电池效率的影响，科学家们花费了巨大的精力进行试验研究，得出如图所示结果。6、太阳级硅

由图可知，钽、钼、铌、锆、钨、钛、钒等元素浓度在1013～1014/cm3即对硅太阳能电池效率产生很大影响；而镍、铝、钴、铁、锰、铬等元素要在1015/cm3以上有影响；磷和铜浓度高达1018/cm3时对硅太阳能电池的效率才有少量影响。

7、硅片的加工

硅片的加工：

是将硅锭经表面整形、定向、切割、研磨、腐蚀、抛光、清洗等工艺，加工成具有一定直径、厚度、晶向和高度、表面平行度、平整度、光洁度，表面无缺陷、无崩边、无损伤层，高度完整、均匀、光洁的镜面硅片。将硅锭按照技术要求切割成硅片，才能作为生产制造太阳能电池的基体材料。

因此，硅片的切割，即通常所说的切片，是整个硅片加工的重要工序。

7、硅片的加工切片：就是将硅锭通过镶铸金刚砂磨料的刀片（或钢丝）的高速旋转、接触、磨削作用，定向切割成为要求规格的硅片。切片工艺技术直接关系到硅片的质量和成品率。对于切片工艺技术的原则要求是：

切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度小。断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。提高成品率，缩小刀（钢丝）切缝，降低原材料损耗。提高切割速度，实现自动化切割。

7、硅片的加工切片的方法目前主要有外圆切割、内圆切割、多线切割以及激光切割等。目前工业生产中较多采用的切割方法之一是内圆切割。它是用内圆切割机将硅锭切割成0．3～0．4mm的薄片。其刀体的厚度为0．1mm左右，刀刃的厚度为0．20～0．25mm，刀刃上黏有金刚砂粉。在切割过程中，每切割一片，硅材料约有0．3～0．35mm的厚度损失，因此硅材料的利用率仅为40％～50％左右。

7、硅片的加工采用多线切割机切片是当前最为先进的切片方法。它是用钢丝携带研磨微粒完成切割工作。即将l00km左右钢丝卷置于固定架上，经过滚动碳化硅磨料切割硅片。此法具有切片质量高、速度快、产量大、成品率高、材料损耗少（切损只有0．2～0．22mm）、可切割更大更薄（0．2mm）的片以及成本低等特点，适宜于大规模自动化生产。

7、硅片的加工

选用制造太阳能电池硅片应考虑的主要技术原则有如下各项：导电类型：在两种导电类型的硅材料中，p型硅常用硼为掺杂元素，用以制造n+／p型硅电池；n型硅用磷或砷为掺杂元素，用以制造P+／n型硅电池。这两种电池的各项参数大致相当。目前国内外大多采用p型硅材料。为降低成本，两种材料均可选用。

7、硅片的加工电阻率：

硅的电阻率与掺杂浓度有关。就太阳能电池制造而言，硅材料电阻率的范围相当宽，从0．1～50Ω·cm甚至更大均可采用。在一定范围内，电池的开路电压随着硅基体电阻率的下降而增加。在材料电阻率较低时，能得到较高的开路电压，而短路电流略低，但总的转换效率较高。所以，地面应用宜于使用0.5～3.0Ω·cm的硅材料。太低的电阻率，反而使开路电压降低，并导致填充因子下降。

7、硅片的加工几何尺寸：

主要有Ø50mm、Ø70mm、

Ø100mm、Ø200mm的圆片和l00mm×l00mm、125mm×125mm、150mm×l50mm的方片。硅片的厚度目前已由早先的300～450µm降为当前的200～350µm。

二、晶体硅太阳能电池制造工艺单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池及带状硅太阳电池等统称为晶体硅太阳电池，是当今世界太阳电池的主流，约占各种太阳电池总产量的93.5%以上。晶体硅太阳电池是在单晶硅或多晶硅片上通过扩散制结而制成的，商品化晶体硅太阳电池的制备工艺大致相同，其工艺流程如图所示：二、晶体硅太阳能电池制造工艺1、硅片的化学清洗①硅片表面可能沾污的杂质大致可归纳为三类：油脂、松香、蜡等有机物质；金属、金属离子及各种无机化合物；尘埃以及其他可溶性物质。②几种常用化学清洗剂的去污作用硫酸:

热的浓硫酸对有机物有强烈的脱水碳化作用。热的浓硫酸除了能溶解许多活泼金属及其氧化物外，还能溶解不活泼的铜，并能与银作用，生成微溶于水的硫酸银，但是不能与金作用。王水:

王水具有极强的氧化性、腐蚀性和强酸性，在清洗中主要利用它的强氧化性。（HNO3:HCl=1:3）1、硅片的化学清洗

③酸性和碱性过氧化氢溶液:碱性过氧化氢清洗液（又称Ⅰ号清洗液）是由去离子水、含量为30%的过氧化氢和含量为25%的浓氨水混合而成，它们的体积比为水：双氧水：氨水=5：1：1到5：2：1。酸性过氧化氢清洗液（又称Ⅱ号清洗液）是由去离子水、30%过氧化氢和37%浓盐酸按比例混合而成，它们的体积比为水：双氧水：盐酸=6：1：1到8：2：1。1、硅片的化学清洗

以上几种清洗液实际上常配合使用以取得更好效果。硅片的一般清洗顺序是：有机溶剂（如甲苯等）初步去油热的浓硫酸去除残留的有机和无机杂质硅片经表面腐蚀热王水或Ⅰ号清洗液彻底清洗。

在每种清洗液清洗后都用去离子水漂洗干净。2、清除表面损伤层

硅片经初步清洗去污后，接着进行表面腐蚀，在腐蚀液中每面蚀去约10μm，其作用是去除表面的切片机械损伤，暴露出晶格完整的硅表面。腐蚀液有酸性和碱性两类。①酸性腐蚀：

硝酸和氢氟酸的混合液可以起到很好的腐蚀作用，其溶液配比为浓硝酸：氢氟酸=10：1到2：1。硝酸的作用是使单质硅氧化为二氧化硅，其反应式为：

3Si+4HNO3=3SiO2+2H2O+4NO↑①酸性腐蚀：

而氢氟酸使在硅表面形成的二氧化硅不断溶解，使反应不断进行，其反应为

SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O

生成的络合物六氟硅酸溶于水，通过调整硝酸和氢氟酸的比例、溶液的温度可控制腐蚀速度，如在腐蚀液中加入醋酸作缓冲剂，可使硅片表面光亮。一般酸性腐蚀液的配比为硝酸：氢氟酸：醋酸=5：3：3或5：1：1②碱性腐蚀

硅可与氢氧化钠、氢氧化钾等碱的溶液起作用，生成硅酸盐并放出氢气，化学反应为

Si+2NaOH+H2O=NaSiO3+2H2↑

出于经济上的考虑，通常用较廉价的NaOH溶液，图为100℃下不同浓度的NaOH溶液对晶向硅片的腐蚀速度。②碱性腐蚀

碱腐蚀的硅片表面虽然没有酸腐蚀光亮平整，但制成的电池性能完全相同。目前，国内外在硅太阳电池生产中的应用表明，碱腐蚀液由于成本较低，对环境污染较小，是较理想的硅表面腐蚀液，另外，碱腐蚀还可以用于硅片的减薄技术，制造薄型硅太阳电池。3、绒面的制作

有效的绒面结构有助于提高太阳电池性能，由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，其反射率很低，主要体现在短路电流（Isc）的提高。

①单晶硅绒面的制作：

单晶硅绒面的制作是利用单晶硅的各向异性腐蚀，在硅表面形成纳米级的四面方锥体结构（也称金字塔结构）。①单晶硅绒面的制作：单晶硅的各向异性腐蚀液通常使用热的碱性溶液，可用的碱有NaOH、KOH、LiOH、联氨和乙二胺等。大多使用廉价的NaOH稀溶液（浓度约为1%）来制作绒面硅，腐蚀温度为70～85℃。为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量添加醇类（最常用的是乙醇和乙丙醇）作为络合剂，加快硅的腐蚀，在腐蚀绒面后进行一般的化学清洗。经过表面准备的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结。②多晶硅绒面的制作

多晶硅表面的晶面结构是随意分布的，这就使得碱液腐蚀对多晶硅来说不是很有效。碱液腐蚀对多晶硅表面不同晶粒之间不同的反应速度还会产生台阶和裂缝。为了制得均一的绒面结构，人们对多晶硅绒面的织备方法进行了大量研究，目前比较有发展前景、适合多晶硅织构化的方法有酸织构（HF、HNO3和CH3COOH的混合液）、反应离子刻蚀RIE（reactiveinoetching）、机械刻槽和激光刻槽。

②多晶硅绒面的制作

酸织构是通过HF、HNO3和CH3COOH的混合液对多晶硅表面进行各向同性的化学腐蚀来实现的；反应离子刻蚀是通过无应力的干法刻蚀来达到织构化的目的，在织构化过程中，通过调节气体流量、射频功率及反应压力，就可在多晶硅表面得到均匀细小的类金字塔结构，实验室效率超过17%的大面积多晶硅太阳电池就是用这种方法来织构的。机械刻槽是在多晶硅的表面用多个刀片同时刻出V形槽来达到减小多晶硅表面的光学反射。激光刻槽是利用激光来溶化或汽化硅，形成表面织构达到馅光作用。

②多晶硅绒面的制作

如图：（a）是切割后的表面，虽然比较粗糙，有理想的反射率，但有大量裂痕和裂纹，有高的复合速度，降低了电池能；（b）图是酸液腐蚀绒面，腐蚀后的表面有大量碗状的结构；（c）图是无掩膜RIE绒面，这些硅片表面随意分布着深且陡峭的结构，这种结构的反射率很低。（d）和（e）是掩膜RIE硅片的绒面图，（d）以金属层为保护膜，（e）以SiO2胶为保护膜，这些硅片的表面都很均匀，且绒面形貌可通过改变掩膜结构和RIE反应参数来优化；（f）图为EDM绒面图，可看出EDM绒面的粗糙度较大，反射率比较理想。

4、P-N结制作

制结过程：在一块基体材料上生成导电类型不同的扩散层。它和制结前的表面处理均是电池制造过程中的关键工序。

制结方法有：热扩散法、离子注入法、外延法、激光法及高频电注入法等。下面主要介绍热扩散法。扩散是物质分子或原子运动引起的一种自然现象。热扩散制P-N结的方法为用加热方法使Ⅴ族杂质掺入P型硅或Ⅲ族杂质掺入N型硅。硅太阳能电池中最常用的Ⅴ族杂质元素为磷，Ⅲ族杂质元素为硼。4、P-N结制作

对扩散的要求是：获得适合于太阳能电池P-N结需要的结深和扩散层方块电阻。浅结死层小，电池短波响应好，而浅结引起串联电阻增加，只有提高栅电极的密度，才能有效提高电池的填充因子，这样就增加了工艺难度。结深太深，死层比较明显。如果扩散浓度太大，则引起重掺杂效应，使电池开路电压和短路电流均下降。4、P-N结制作在实际电池制作中，应综合考虑各个因素，因此太阳能电池的结深一般控制在0.3～0.5μm，方块电阻平均为20～70Ω。硅太阳能电池所用的主要热扩散方法有涂布源扩散、液态源扩散及固态源扩散等。扩散工序应在十分清洁的环境中进行。扩散用的器皿、工具要经过严格的清洗处理，还应注意保证去离子水和关键化学试剂的纯度。4、P-N结制作扩散后，硅片的两面和四周都形成扩散层。硅片光照面形成的P-N结称为前结，是实现光电转换所必须的。而背面的P-N结和周边扩散层必须在后续的工序中除去。扩散之后必须对前结妥善保护，在实际工作中常常发现，电池转换效率低和成品率不高的原因是成结后的各项操作不慎，使P-N结损伤。如镊子划伤和不恰当的超声清洗等。绒面硅表面上的四面锥体的锥角更易损伤，操作时尤其要小心。4、P-N结制作5、刻边扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。去边的方法主要有腐蚀法和挤压法。腐蚀法即将硅片两面掩好，在硝酸、氢氟酸组成的腐蚀液中加以腐蚀。挤压法是用大小与硅片相同、略带弹性的耐酸橡胶或塑料与硅片相间整齐隔开，施加一定压力后阻止腐蚀液渗入缝隙，以取得掩蔽的方法。5、刻边目前工业化生产多用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅片作用，去除含有扩散层的周边。6、去除背结

去除背结常用的方法有：化学腐蚀法、磨片法和蒸铝或丝网印刷铝浆烧结法。化学腐蚀法：化学腐蚀法是较早使用的一种方法。该方法可同时去除背结和周边的扩散层，因此可省去腐蚀周边的工序。腐蚀后，背面平整光亮，适合于制作真空蒸镀的电极。前结的掩蔽一般用涂黑胶的方法。黑胶是用真空封蜡或质量较好的沥青溶于甲苯、二甲苯或其他溶剂制成。硅片腐蚀去背结后用溶剂溶去真空封蜡，再经过浓硫酸或清洗液煮清洗。6、去除背结磨片法：磨片法是用金刚砂将背结磨去的方法。也可以将携带沙粒的压缩空气喷射到硅片背面，除去背结。背结除去后，磨片后背面形成一个粗糙的硅表面，因此适应于化学镀镍背电极的制造。蒸铝或丝网印刷铝浆烧结法：蒸铝或丝网印刷铝浆烧结法是在扩散硅片背面真空蒸镀或丝网印刷一层铝，加热或烧结到铝-硅共熔点（577℃）以上烧结合金。

6、去除背结

前两种去除背结的方法对于N+/P和P+/N型电池都适用，蒸铝或丝网印刷铝浆烧结法仅适用于N+/P型太阳能电池制作工艺。6、去除背结

经过合金化以后，随着降温，液相中的硅将重新凝固出来，形成含有一定量的铝的再结晶层。它实际上是一个对硅掺杂的过程。它补偿了背面N+层中的施主杂质，得到以铝掺杂的P型层，随着合金温度的上升，液相中铝的比率增加。在足够的铝量和合金温度下，背面甚至能形成与前结方向相同的电场，称为背面场。目前该工艺已被用于大批量工业化生产，从而提高了电池的开路电压和短路电流，并减小了电极的接触电阻。

背结能否烧穿与基体材料的电阻率、背面扩散层的掺杂浓度和厚度、背面蒸镀或印刷铝层的厚度、烧结的温度及时间和气氛等因素有关。7、减反射膜制作光照射到平面的硅片上，其中一部分被反射，即使对绒面的硅表面，由于入射光产生多次反射而增加了吸收，也有约11%的反射损失。在硅片上覆盖一层减反射膜层，可大大降低光的反射。减反射膜又称增透膜，它的主要功能是减少或消除光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。7、减反射膜制作最简单的减反射膜是单层膜，它是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低的薄膜。如果膜层的光学厚度是某一波长的四分之一，相邻两束光的光程差恰好为π,即振动方向相反，叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少。适当选择膜层折射率，这时光学表面的反射光可以完全消除。一般情况下，采用单层增透膜很难达到理想的增透效果,为了在单波长实现零反射,或在较宽的光谱区达到好的增透效果，往往采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。7、减反射膜制作

如图为1/4波长减反射膜的原理。从第2个界面返回到第1个界面的反射光与第1个界面的反射光相位差180°，所以前者在一定程度上抵消了后者。8、制作上下电极

电极就是与P-N结两端形成紧密欧姆接触的导电材料。习惯上把制作在电池光照面上的电极称为上电极；把制作在电池背面的电极称为下电极或背电极。制造电极的方法主要有真空蒸镀、化学镀镍、铝浆印刷烧结等。铝浆印刷是目前在商品化电池生产中大量被采用的工艺方法。8、制作上下电极

制作上下电极的材料一般应满足下列要求：能与硅形成牢固的接触；接触电阻比较小，应是一种欧姆接触；有优良的导电性；遮挡面积小，一般小于8%；

收集效率高；8、制作上下电极

制作上下电极的材料一般应满足下列要求：可焊性强；成本低；污染小；体电阻小；宜于加工。8、制作上下电极

上电极设计的一个重要方面是上电极金属栅线的设计。当单体电池的尺寸增加时，这方面就变得愈加重要。如图为几种地面电池上电极的设计方法。8、制作上下电极

普通电极的设计原则是：使电池的输出最大，即电池的串联电阻尽可能小且电池的光照作用面积尽可能大。

8、制作上下电极

金属电极一般由主线和栅线两部分构成：主线：是直接将电流输到外部的较粗部分；栅线：则是为了把电流收集起来传递到主线上去的较细的部分。

如图（a）所示电极具有对称分布的特性，根据