太阳能电池制造工艺流程

内容提要：一、太阳能电池原理二、晶体硅电池片生产技术三、扩散工艺详解一、太阳能电池原理光电效应外光电效应内光电效应被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。光的粒子性定义：太阳能电池就是一种利用光生伏特效应，能够把

光能直接转换成电能并向外输出的器件。光生伏特效应的核心→P-N结多余电子空键接受电子空穴N型半导体P型半导体多数载流子是电子，电子浓度远远超过少数载流子空穴的浓度多数载流子是空穴，空穴浓度远远超过少数载流子电子的浓度光生伏特效应当P-N结受光照时，样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子。但能引起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P区产生的光生空穴，N区产生的光生电子属多子，都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向N区，光生空穴被拉向P区，即电子空穴对被内建电场分离。这导致在N区边界附近有光生电子积累，在P区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由P区指向N区。此电场使势垒降低，其减小量即光生电势差，P端正，N端负。于是有结电流由P区流向N区，其方向与光电流相反。实际上，并非所产生的全部光生载流子都对光生电流有贡献。设N区中空穴在寿命τp的时间内扩散距离为Lp，P区中电子在寿命τn的时间内扩散距离为Ln。Ln+Lp=L远大于P-N结本身的宽度。故可以认为在结附近平均扩散距离L内所产生的光生载流子都对光电流有贡献。而产生的位置距离结区超过L的电子空穴对，在扩散过程中将全部复合掉，对P-N结光电效应无贡献。光子N型P型硅片横截面光子射入半导体最外层电子（共有电子）吸收光子能量受激发，发生跃迁，形成自由电子E电子空穴电子—空穴对二、晶体硅电池片生产技术清洗制绒炉前清洗、烘干扩散边缘刻蚀去PSGPECVD丝网印刷包装、组件基本流程1、清洗制绒目的：原理及方法：降低硅片反射率，提高光的利用率。增大P-N结面积，提高短路电流。去除线切割工序造成的表面损伤和缺陷。单晶：碱去除损伤层碱腐蚀制绒面单晶各向异性，腐蚀成金字塔状（各向异性因子AF。浓碱高温，低AF，抛光；稀碱低温，高AF，制绒。）酸中和碱、去除表面氧化层、去金属离子多晶：酸去除损伤层酸腐蚀制绒面利用晶体缺陷（多晶各向同性、晶粒）腐蚀成坑状碱去除多空硅酸中和碱、去金属离子监控参数及检测手段：重要调控参数：减重（制绒深度）电子天平反射率反射仪腐蚀面和黑线晶向显微镜初始配液温度（13℃以下，6℃-9℃最佳）滚轮速度（腐蚀时间）补液量（酸浓度，酸比例）制绒槽漂洗槽碱槽漂洗槽酸槽漂洗+风干硅片HNO3溶液+HF溶液DIWater漂洗前道工序附着药液NaOH溶液去除制绒过程形成的多孔硅结构（接触电阻、疏水），中和制绒工序残留酸液DIWater漂洗前道工序附着药液HCl溶液+HF溶液DIWater+风刀漂洗前道工序附着药液风干硅片表面水份氧化生成SiO2可溶性的络合物制绒完成氧化作用络合作用制绒流程概况演示：中和碱槽工序中残留碱液，去除金属离子溶解残留SiO2，改善疏水性3、扩散目的：原理及方法：检测手段：重要调控参数：制作适合太阳能电池的P-N结高温下物质分子或原子剧烈运动引起的自然扩散V族杂质（磷）掺入P型基底或III族杂质（硼）掺入N型基底形成电性能不同于基体材料的扩散层薄层方块电阻四探针车间环境洁净度尘埃粒子计数器结深掺杂浓度4、边缘刻蚀目的：原理及方法：辉光放电形成等离子体——活性粒子基团等离子体和硅片边缘反应形成挥发性物质，从而连同边缘扩散层一起腐蚀

CF4→2F+CF2

Si+4F→SiF4Si+2CF2→SiF4+2C

SiO2+4F→SiF4+2OSiO2+2CF2→SiF4+2CO检测手段：重要调控参数：刻蚀程度万用表射频功率刻蚀时间气体组份比例去除扩散工序在硅片四周边缘留下的扩散层，避免边缘漏电。6、去PSG目的：原理及方法：检测手段：重要调控参数：去除扩散工序在硅片表面形成的磷硅玻璃利用氢氟酸可以和SiO2反应的原理

SiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O亲水性目测酸浓度配比浸泡时间磷硅玻璃：含有磷元素的SiO2层避免因为SiO2在丝网印刷中引起的接触电阻硅和SiO2加热时的膨胀系数不同，如不去除，可能在后续工序中引起内部缺陷？热膨胀系数：Si3N4

2.75×10^-6/KSi

2.5×10^-6/KSiO2

0.5×10^-6/K7、PECVD目的：原理及方法：制减反射膜、表面钝化光的干涉——半波损失等离子增强型化学气相沉淀借助射频或微波等手段使含有薄膜组份原子的气体电离，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，在硅片上沉积出所期望的薄膜表面氧钝化：热氧化使硅悬挂键饱和，可使Si-SiO2界面的复合速度下降氢钝化：钝化硅体内的悬挂键等缺陷。由于硅烷分解时产生氢离子，对多晶硅可产生氢钝化的效果直接式（管P）硅片接触电极，SiH4和NH3在腔体内激发，膜均匀。间接式（板P）硅片不接触电极，NH3在腔体内激发，SiH4和直接进入腔体，沉积快。检测手段：膜厚、折射率椭偏仪重要调控参数：射频功率工艺气体流量、配比特别注意：此工序生产过程中所使用的工艺气体有SiH4，SiH4是一种化学性质非常活泼的可燃性气体，爆炸极限非常宽，在生产过程中必须严格遵守操作规范和安全规则。椭偏仪基本原理：偏振光在样品表面被反射，测量得到反射光偏振态（幅度和相位），计算或拟合出材料的属性。8、丝网印刷目的：原理及方法：检测手段：制作上下电极，收集光生伏特效应产生的电荷丝网印刷，浆料穿过网版图案镂空印到硅片表面烧结，改善电极与硅接触电阻，背场形成铝硅合金（P型掺杂），减少铝硅接触处少子复合。根据铝和银熔点的不同，设置合适的烧结温度，使上下电极烧结处于一个最佳窗口。增重电子天平断栅、虚印、漏浆目测翘曲度塞尺光伏转换效率电池片效率检测机重要调控参数：网距（印台和网版距离）刮刀压力下刀深度印刷速度烧结炉温线宽、栅距1号机2号机3号机烧结炉电池片效率检测机分选硅片扩散面（镀膜面）朝下印刷背电极印刷铝背场换面，扩散面（镀膜面）朝上印刷上电极烧结检测按照效率分档丝网印刷流程概况演示：三、扩散工艺详解1、扩散工艺及相关参数影响工艺类型说法比较多，例如：恒温扩散，变温扩散，恒量扩散，单步扩散，多步扩散等，但本质都是一样的——通过合适的手段制作符合太阳能电池片所要求的P-N结。相关化学反应方程式：KeyWords：结深掺杂浓度浅结利：死层小、复合少

短波响应好弊：烧结时容易烧穿

串联电阻高栅线密度要求高（改善填充因子），工艺难度大。重掺杂利：减小接触电阻弊：体内复合增加合适的结深和掺杂浓度实际情况还要考虑到和其他工序工艺的匹配扩散方阻ladI结深掺杂浓度温度越高，方阻越低，结深越深时间越