1.太阳能电池简介

宏观：扩散宏观表现是指物质的定向移动。
扩散目的：制造PN结
太阳能电池 中的内建电 场就是我们 所说的PN结
PN结相关示意图
扩散原理及目的
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扩散制作PN结的主要思想：
实质上就是想办法使受主杂质（P型：图a），在半导体晶体内的一个区域中占优势，而使施主杂 质（N型：图b）在半导体内的另外一个区域中占优势，这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P 型和N型半导体的接触 ；
原理：银浆、银铝浆、铝浆印刷过的硅片，通过烘干,有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密 粘附在硅片上，这时，可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。烧结工艺是采用银—硅的共晶温 度，同时在几秒钟内单晶硅原子溶入到金属电极材料里，之后又几乎同时冷却形成再结晶层，这个 再结晶层是较完美单晶硅的晶格点阵结构，形成较好的欧姆接触。
水反应很快地生成亚硝酸，亚硝酸会很快将硅氧化，生成一氧化氮，一氧化氮又与硝酸、水反应。。。
这样一系列化学反应最终的结果是造成硅的表面被快速氧化，硝酸被还原成氮氧化物。
2.二氧化硅的溶解
二氧化硅生成以后，很快与氢氟酸反应
SiO2+4HF=SiF4+2H2O;(四氟化硅是气体)
SiF4+2HF=H2SiF6.
PERC电池简介
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PERC（Passivated Emitter and Rear Cell），钝化发射极和背面电池技术，最早在1983年 由澳大利亚科学家Martin Green提出。PERC近年来效率记录不断被刷新，将成为成为未来
三年内最具性价比的技术。
PERC电池简介
等离子：物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就使气体分子产生电离，形成由 正离子、 电子和中性粒子的混合体。
增强 ：通过外加射频，微波等激发源，增加气态分子电离的能力，降低镀膜温度，提高 镀膜速度。
化学：等离子体发生化学反应。
气相：气体电离。需着重指出 ：PECVD镀膜需要气态、高温、低压这几个条件。
沉积：镀膜。
减反射示意图
沉积、钝化过程示意图
丝网印刷原理及目的
五大要素： 网版、刮胶、浆料、印刷台及承印物。
基本原理： 利用网版图文部分网孔透墨，非图文部分网孔不 透墨的基本原理进行印刷。 印刷时在网版上加入浆料，刮胶对网版施加一定 压力，同时朝网版另一端移动。浆料在移动中从 网孔中挤压到承印物上，由于粘性作用而固着在 一定范围之内。由于网版与承印物之间保持一定 的间隙，网版通过自身的张力产生对刮胶的回弹 力，使网版与承印物只呈移动式线接触，而其它 部分与承印物为脱离状态，浆料与丝网发生断裂 运动，保证了印刷尺寸精度。刮胶刮过整个版面 后抬起，同时网版也抬起，并通过回墨刀将浆料 轻刮回初始位置，完成一个印刷行程
印刷 烧结
测试
PERC电池工艺流程图
制绒
扩散
刻蚀 抛光
背钝 化
正面 镀膜
激光 开槽
印刷 烧结
电注 入
测试
PERC电池——背抛
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目的：削平金字塔塔尖，减少背表面悬 挂键，降低表面复合速率，增加内反射
ຫໍສະໝຸດ BaiduERC电池——背抛
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PERC电池——背钝化
以多晶制绒 举例
二氧化氮、一氧化氮与水反应，生成亚硝酸，亚硝酸很快将硅氧化成二氧化硅
2NO2+H2O=HNO2+HNO3(快反应)
Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O(快反应)(第一步的主反应)
4HNO3+NO+H2O=6HNO2(快反应)
只要有少量的二氧化氮生成，就会和水反应变成亚硝酸，只要少量的一氧化氮生成，就会和硝酸、
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与常规电池结构相比有以下区别： a) PERC电池在电池有一层钝化介质层（主流为Al2O3层）+一层保护层（SixNy层） b) 常规电池铝背场是通过激光开槽的孔洞区域与硅片进行局部接触
PERC电池原理
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PERC技术是一种高效电池技术，效率提升主要是由于： 使用Al2O3保护背表面的悬挂键，有效降低背表面复合，提升少子寿命； Al2O3层在背表面形成一个固定电场，形成场钝化效应，降低少子背表面复合； Al2O3层作为背反射器，可以使得一部分没有被完全吸收的常波段光反射回去在得到利用吸
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下图是PERC电池在做完氮化硅的结构图， 三氧化二铝的作用：1.降低背面的复合；2.提高背面的内反射率
PERC电池——背钝化
背钝化的作用示意图
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左边是我们常规传统电池结面图， 那光生载流子在产生以后，会通过 铝背场复合，右面这幅图氧化铝他 会有一个负电荷的作用，通过负电 荷会有场钝化的概念，让P型的电 子，少子反射回去的作用，这样增 加我们光生载流子的产生，减少复 合
（1）如下：
5POCl3 >600 ℃ 3PCl5+P2O5
(1)
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：
2P2O5+5Si
5SiO2+4P
(2)
POCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分
解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进
总反应
SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O
最终反应掉的硅以氟硅酸的形式进入溶液。这样，二氧化硅被溶解以后，硅又重新露出来，一步、
二步的反应不断重复，硅片就可以被持续的腐蚀下去。
扩散原理及目的
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扩散定义
微观：由构成物质的微粒（离子、原子、分子）通过热运动而产生的物质迁移 现象；
2018
太阳能电池简介
For A Better World Environment and Future
工程技术部 2018.8.28 邹荣峰
目录
1. 光伏电池简介 2. 常规电池工艺流程、原理 3. PERC电池简介 4. PERC电池工艺原理 5. 黑硅电池简介
电池简介
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该位置产生毛细现象
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液面
硅片 滚轮
液面
刻蚀原理及目的
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目的2：去除磷硅玻璃(PSG) 1) 磷硅玻璃的存在使得硅片在空气中表面容易受潮，导致电流的降低和功率的衰减。 2) 死层的存在大大增加了发射区电子的复合，会导致少子寿命的降低，进而降低了Voc和Isc。 3) 磷硅玻璃的存在使得PECVD后产生色差
需要强调指出：内建电场（PN结）可以有效地将少子（电子和空穴）进行分离；PN结是不能简
单地用两块不同类型（P型和N型）的半导体接触在一起就能形成的。
扩散原理及目的
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扩散化学机制
POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式
太阳能电池的结构
制绒原理及目的
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去除表面机械损伤层（硅锭切割时候的物理损伤） 清除表面氧化物和清除表面金属离子。 减少光的反射率，提高短路电流（Isc），最终提高电池的光电转换效率（表面织构化，陷光原理）
入射光
反射光
陷光原理：当光入射到一定角度的斜面，光会反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次 吸收，从而增加光的吸收率。
一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：
4PCl5 +5O2 过量氧 2P2O5 +10Cl2
(3)
刻蚀原理及目的
目的1：利用HNO3和HF的混合液体 对扩散后硅片下表面和边缘进行腐 蚀,去除边缘的N型硅,使得硅片的上 下表面相互绝缘。 边缘刻蚀原理反应方程式： 3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2 + 8H2O
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丝网印刷原理及目的
丝网印刷流程：
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银电极作用——输出电流
•电极就是与电池PN结两端形成紧密欧姆接触的导电材料。与P型区接触的电极是电流输出的正极， 与N型区接触的电极是电流输出的负极。 •正面电极由两部分构成，主栅线是直接接到电池外部引线的较粗部分，副栅线则是为了将电流收集 起来传递到主线去的较细部分，制作成窄细的栅线状以克服扩散层的电阻。
PECVD原理及目的
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PECVD在电池中的作用
1.尽可能多吸收太阳光;以激发出更多电子空穴对；（减反射）
2.尽可能多传出电子和空穴，形成电流；（表面（体）钝化）
3.延长使用寿命。（沉积保护膜）
太阳能行业PE镀膜：通过低压、高温、射频激发等外界条件驱使，通入的SiH4与NH3气发生电离， 会在电池片表面沉积形成SiN薄膜，以起到减反射的作用；同时H+离子会结合悬挂键，减少复合中心， 起到钝化的效果。
制绒原理及目的
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常规条件下，硅与单纯的HF、HNO3(硅表面会被钝化，二氧化硅与HNO3不反应)认为是不反应的。 但在两种混合酸的体系中，硅则可以与溶液进行持续的反应，主要反应原理及步骤如下：
1.硅的氧化
硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是亚硝酸将硅氧化） Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O(慢反应) Si+2HNO3=SiO2+2NO+2H2O(慢反应)
收，增加光的利用率，效率得到提升
PERC电池工艺流程
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PERC电池工艺较常规电池，需增加背面抛光，背面Al2O3工序 、背面SixNy工序、激光开槽工序、 电注入光衰处理工序，并需要对丝网印刷网版及烧结浆料进行对应调整；
常规电池工艺流程图
制绒
扩散
刻蚀
正面 镀膜
始缩合及烧结 4、Glass-Si&Ag-Si reaction：600-800°C，熔融的玻璃和溶解的银开始
刻蚀掉淡化硅表层，并刻蚀掉极薄的硅表层。最后，银颗粒在硅表 层结晶析出
丝网烧结原理
铝背场烧结过程
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1、浆料干燥，烧结有机溶剂和粘结剂 2、铝、硅开始融化为液相 3、熔融的铝和硅开始相互的传递形成Al/Si互溶的液体 4、在达到最高温度时，Al/Si互溶的液体完整的覆盖住wafer的表面 5、在冷却时，硅原子快速地由paste移回wafer表面，掺杂着Al原子形成P+结构的BSF 6、当温度冷却到577℃以下时，背铝会转换成Al-Si共晶，并在BSF上面覆盖一层致密的共晶层
左边是我们常规的传统电池，光线在 透过硅片以后直接会从铝背场这边穿 透过去，它的反射率是非常低的，右 边这张图大家可以看见，在常规电池 的技术上，光线投射进来以后，我们 会被氧化铝和氮化硅层反射回去，这 样增加了内背面的反射率
铝背场作用
1、背铝作为背电场能够阻挡电子的移动，减了表面的复合率，有利于载流子的吸收；
2、因为硅片吸收系数差，当厚度变薄时衬底对入射光的吸收减少，此时背场的存在对可以抵达硅片 深度较深的长波长光吸收有帮助，所以短路电流密度Jsc的影响就更明显；
3、Al吸杂，形成重掺杂，提高少子寿命；
丝网烧结原理
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光伏发电原理：
太阳能电池,又叫光生伏打电池,它是以半导体材料为基础的一种具有能量转换功能 的半导体器件，是太阳能光伏发电最核心的器件。它将光能直接转换成电能，在光电 转换过程中既不消耗也不产生任何物质，是目前使用最可靠最清洁的绿色能源。
常规光伏电池制造工艺简介
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去PSG原理方程式： SiO2+4HF=SiF4+2H2O SiF4+2HF=H2[SiF6] SiO2+ 6HF=H2[SiF6]+2H2O
PECVD原理及目的
PECVD：Plasma Enhance Chemical Vapor Deposition (等离子增强化学气相沉积)
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1-3 温区为烘 干区
4-9 温区为 烧 结区
丝网烧结原理
银电极烧结过程
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1、Solvent evaporation：100-200°C，溶剂挥发 2、Resin removal：200-400°C，聚合物树脂烧除 3、Glass melting &Ag sintering：400-600，玻璃开始融化，银颗粒开