太阳能电池制绒

二、多晶硅片制绒工艺的选择
什么是制绒，为什么要制绒？ 制绒的基本原理 制绒工艺的选择
制绒定义
• 制绒:就是把切下表面不规则锯齿型硅片， 通过某种生产工艺使硅片表面加工成均匀 有规则的绒面（降低光的反射率），使它 成为我们制造电池所需要的表面结构。目 的是获得表面结构完全相同结构（窝的底、 顶）0.01mm适合的原则。
微晶硅薄膜太阳能电池
优点：
• • • • • 低温工艺、工艺简单 适合大面积生产 转换效率高 具有较宽的波谱影响范围 光照情况下稳定性好 弊端： • 吸收系数较低，需要较厚 的吸收层 • 沉积速率慢，影响生产效 率 • 带隙较窄，不能充分利用 太阳光谱
多晶硅
多晶硅太阳能电池兼具单晶硅电池的高转 换效率和长寿命以及非晶硅薄膜电池的材料 制备工艺相对简化等优点的新一代电池，其 转换效率一般稍低于单晶硅太阳电池，没有 明显效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底 材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而 效率高于非晶硅薄膜电池。
40℃，60s，31.2%
30 ℃，60s，24.6%
10 ℃，60s，20.1%
8 ℃，90s，19.8%
M2模组
药液HF-HNO3配比
当68%HF和32%HNO3时出现最大值，为28μm/s
M3模组
M3清洗硅片
M3模组
作用
停止M2模组的硅片-酸液反应 清洗硅片表面，去除杂质 去除硅片表面残留的酸液，防止药液带入M4 模组
M6模组
影响因素
温度 金属杂质 氧化物 HF药液 HCl药液
M6模组
氧化物
SiO2+6HF
H2[SiF6]+2H2O
M6模组
HF药液
HF去除硅片表面氧化层: Si-O-Si+HF F-Si+Si-OH
M6模组
HCl药液 HCl去除硅片表面金属杂质: 盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离 子能与Au3+、Ag+、Cu+、Hg2+等金属离子形 成可溶于水的络合物
M2模组
硅片沉浸在酸溶液浴槽里，表面刻蚀掉0.001mm
M2模组
影响因素
运行速度(时间) 药液温度 药液HF-HNO3配比
M2模组
刻蚀深度与开路电压、短路电流、转换效率的关系
M2模组
药液温度 3Si+4HNO3+18HF 3H2SiF6+4NO+8H2O
k=Aexp（-Ea/RT）
不同温度下多晶酸制绒面光学显微镜照片
概述
硅片表面处理的目的： 去除硅片表面的机械损伤层 清除表面油污和金属杂质 形成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳 光的吸收
硅片表面的机械损伤层
单晶硅
多晶硅
硅片表面的wk.baidu.com械损伤层
多线切割 机械损伤层
机械损伤层10μm
硅 片
增加光的吸收
制绒前
制绒后
材料表面多次反射吸收原理图
受光面积增大
多晶硅片制绒方法的选择
且具有高电阻和高的表面复合率，不利于 P-N 结的形成和
印刷电极，一般用稀释的KOH溶液去除多孔硅膜。 去除多孔硅膜后还要使用酸液中和多余的碱液，防止钾 离子对电池性能造成影响。
M6模组
M6硅片在制成的HF和HCI溶液进行疏水（中和 去除金属离子）
M6模组
作用
中和片子表面残留的碱液 HCl去除金属离子 HF调节疏水性(疏水处理)
HF
溶解SiO2
基本反应式：
3Si+4HNO3+18HF 3H2SiF6+4NO+8H2O
四、schmid设备清洗流程介绍
在清洗工艺过程中按照工作区域可分为9个模组(M1—M9)
硅片装载——制绒——清洗——中和抛光——清洗——化学疏水——清洗——烘干— —硅片卸载
M2模组
M2用制成的HF-HNO3药液沉浸硅片进行硅片刻蚀
M4模组
M4 KOH药液沉浸硅片
M4模组
作用
中和片子表面残留的酸液 进行多孔硅表面处理和抛光
M4模组
影响因素
温度 KOH溶液浓度 多孔硅
M4模组
多孔硅的影响
HNO3和 HF腐蚀液腐蚀硅片，形成多孔硅层。多孔硅可 以作为杂质原子的吸杂中心，提高光生载流子的寿命并且 具有极低的反射系数。但是多孔硅结构松散、不稳定、而
太阳能电池生产
之
制绒、刻蚀
内容提要
• • • • • 电池片原料的选择 多晶硅片制绒工艺的选择 多晶硅片酸制绒的基本原理 Schmid设备制绒流程介绍 清洗后片子的检测
一、电池片原料的选择
硅的晶体类型
单晶硅
多晶硅
非晶硅
单晶硅太阳能电池
晶硅太阳能电池
硅系 太阳能电池
多晶硅太阳能电池 非晶硅薄膜太阳能电池 多晶/微晶硅薄膜太阳能电池
晶薄膜太阳能电池
单晶硅
单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太 阳电池，这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原 料。 为了降低直拉单晶硅材料的成本，单晶硅炉 常用碎硅料及新的多晶硅为原料并改进了单晶 炉的加热器和配气系统，大大提高了直拉硅同 多晶硅的竞争力。
非晶硅薄膜太阳能电池
优点： • • • • • • 低成本 能量返回期短 大面积自动化生产 高温性好 弱光响应好（充电效率高） 其他 弊端： • 效率较低 • 稳定性差 • 投资成本高
激光刻槽法 倒金字塔结构，短路电流提高 造成表面损伤，引入杂质，需处理表面损伤层 化学刻槽法（酸腐蚀液） 获得蜂窝状的表面结构,绒面整齐均匀，明显减反射作用， 成本低，废液好处理 少子寿命缩短 反应离子腐蚀（RIE） 无掩膜工艺，反射率特别低 硅表面损伤严重，开路电压和填充因子下降 制作减反射层膜 高效 工艺复杂，成本高
M8模组
M8 硅片的干燥
M8模组
作用
它是通过两台空气压缩泵，通过两次过 滤（粗过滤、细过滤），最终送到两组风刀 中对硅片进行烘干，空气最终温度可达到 40 度，它的工作原理是一个物理变化过程，就 是气体分子之间的距离由小变大的过程，也
就是一个散热的过程。
五、清洗后硅片的检测
反射比率的测试：分光光度计 腐蚀深度的测试：电子天平 绒面形貌的测试：显微镜
(4)绒面也带来了一些缺点:一是工艺要求提高了；二是由于它减反射 的无选择性，不能产生电子空穴对的有害红外辐射也被有效地耦合入 电池，使电池发热；三是易造成金属接触电极与硅片表面的点接触， 使接触电阻损耗增加。
三、多晶硅片酸制绒的基本原理
NO HNO3 氧化剂 SiO2 反应剂 络合物 H2SiF6
绒面带来的影响
在绒面硅片上制成PN结太阳电池，它有以下特点: (l)绒面电池比光面电池的反射损失小，如果再加减反射膜，其反射 率可进一步降低。 (2)入射光在光锥表面多次折射，改变了入射光在硅中的前进方向， 不仅延长了光程，增加了对红外光子的吸收，而且有较多的光子在靠 近PN结附近产生光生载流子，从而增加了光生载流子的收集几率。 (3)在同样尺寸的基片上，绒面电池的PN结面积比光面大得多，因而 可以提高短路电流，转换效率也有相应提高。