PERC SE 单晶电池工艺-培训资料(课堂PPT)
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③激光SE电池工艺关键点：
要提高SE电池的光谱响应及光谱响应范围，提高电池效率，需要对电池正面无栅线区域制作浅的PN 结，又需要足够的P源以利于使用二次激光扩散。激光二次扩散的结深要与后续的正面银电极烧结相匹配。 使得正面银电极与电池片形成欧姆接触，且银电极不能烧穿结区。
9
JiaYue SOLAR
JiaYue SOLAR
PERC SE高效单晶电池 生产工艺培训
2019-05-04 1
前言-太阳能电池在整个光伏产业链中的位置
JiaYue SOLAR
虚线部分为电池片在产业链中的位置
2
PERC电池结构与工艺流程
JiaYue SOLAR
➢PERC SE电池结构
Ag ARC(SiOx+SiNx)
N-Si(SE) P-Si
EFF=（Uoc*Isc*FF）/S
JiaYue SOLAR
PERC电池制程@测试/分选
JiaYue SOLAR
黑团
虚印
放反
黑芯
十字隐裂
吸盘印
22
PERC电池制程@测试/分选
JiaYue SOLAR
（1）按颜色分成各种颜色+外观等级； （2）电池片打包，贴标签，封装。
Thank you for your attention !
层； ➢ 目的： 氧原子与硅表面未饱和的硅原子结合形成SiO2薄膜，从而降低硅片表面悬
挂键密度，很好地控制界面陷阱和固定电荷，起到对太阳能电池表面进行 钝化的目的。
➢ 化学反应式： Si + O2 = SiO2
PERC电池制程@AlOx+ SiNx沉积（MAIA）
JiaYue SOLAR
➢ 原理： TMA+N2O→Al2O3 SiH4+NH3 →S ixNy+12H2 PECVD沉积AlOx+SiNx薄膜； ➢ 目的： 制备背面钝化介质层； ➢ 工艺流程：
18
PERC电池制程@丝网印刷&烧结
JiaYue SOLAR
➢ 丝网印刷&烧结：
PERC电池需使用专用背银和背铝浆料，保证AlOx+SiNx叠层膜钝化效果，以使电池性能 达到最优。 下图为激光开槽处铝浆填充处的SEM图，需搭配铝浆和烧结方能实现卓越的填充效果。
激光开槽处铝浆填充效果由差至好
19
PERC电池制程@恢复炉
JiaYue SOLAR
表面金字塔结构
多次光吸收原理图
5
Hale Waihona Puke Baidu
PERC电池制程@制绒
P- type Si
原理Principle： Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + 2H2↑
JiaYue SOLAR
PERC电池制程@扩散
➢ 扩散原理： 采用三氯氧磷（POCl3）液态源扩散方法，在硅片表面形成N型层； ➢ 目的： 形成PN结（太阳电池核心单元）； ➢ 化学反应式： 4POCl3+3O2 → 2P2O5+6Cl2↑ 2P2O5+5Si → 5SiO2+4P↓
Before backside
AlOx
SiNx
SiNx
BMO Buffer Modules Out BMO/UM Buffer-Out / Unload Module LM/BMI Load / Buffer-In Module PM Process Modules (1 st PM: AlOx; 2 nd and 3 rd PM: SiNx) TM/BMI Transfer / Buffer-In Module
10
PERC电池制程@刻蚀
JiaYue SOLAR
➢ 刻蚀原理： 实现硅片的单面腐蚀（对于PERC电池，背面刻蚀和抛光尤为重要）； ➢ 目的： PN结边缘隔离和背面抛光； ➢ 化学反应式： 3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2O SiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O
背面刻蚀（含抛光）
PERC电池制程@SE(Selective Emitter,选择性发射极)
JiaYue SOLAR
①SE电池：
SE电池是选择性扩散电池（selective emitter）,由中电光伏（CSUN）的赵建华博士发明。即在金属栅 线（电极）与硅片接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂，这样的结构可降低扩散层复合，由此 可以提高光线的短波响应，同时减少前金属电极与硅的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得 到较好的改善，从而提高转换效率。
JiaYue SOLAR
光照下 衰减
加热下光 照恢复
制程目的：在加热和光照条件下，使电池片BO形成稳定结构，从而减少光衰，处理后 的电池在工作条件下理论上不再衰减；
20
PERC电池制程@测试/分选
制程目的： Purpose： (1) 光电转换效率的量测与分级。
Photovoltaic conversion efficiency testing and grading. (2) 检测电池的外观、颜色。 Cell appearance and color sorting.
AlOx SiNx
Al BSF (Local)
PERC SE 电池结构为在正面制备选择性发射结，背面沉积介质膜钝化层AlOx/SiNx，此结构 可提高电池光电转换效率。
➢ 降低扩散层复合，提高光线的短波响应；
➢ 减少前金属电极与硅的接触电阻，提高短路电流、开路电压和填充因子；
➢ 降低背表面复合速率，提升开路电压；
SE电池的主要特点是金属化区域磷高浓度掺杂，光照区域磷低浓度掺杂。金属化区域浓扩散区结深大， 烧结过程中金属等杂质不易进入耗尽区形成深能级，反向漏电小，并联电阻高；光照区域掺杂浓度低，短波 响应好，短路电流高；横向扩散高低结前场作用明显，利于光生载流子收集。
②激光SE电池原理：
单晶硅片制绒后进行浅结热扩散，利用激光根据金属化图形将硅片扩散后形成的PSG层作为杂质源 进行掺杂处理，驱入实现局部重扩散。在原有的电池工艺基础上增加激光二次扩散制作SE电池。
24
After backside
14
PERC电池制程@AlOx+ SiNx沉积
SiH4/ NH3
400~500℃
P- type Si
原理Principle： TMA+N2O→Al2O3 SiH4+NH3 →S ixNy+12H2
JiaYue SOLAR
SiNx
AlOx
PERC电池制程@PECVD/ARC
PERC电池制程@SE(Selective Emitter,选择性发射极)
SE单晶PERC电池
Ag电极 梯度掺杂
SEM形貌
激光扫描区
激光扫描区
SiNx(PE)
SiO2(热氧)
浅结扩散 (0.2μm) P型硅片 (~200μm)
SE单晶PERC电池剖面结构示意图
SE技术要点
➢浅结扩散技术 ➢梯度掺杂
激光扫描区的SEM形貌显示仍为完整的金 字塔结构
11
PERC电池制程@刻蚀
P- type Si
JiaYue SOLAR N- type Si
原理Principle： 3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2O SiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O
PERC电池制程@热氧
JiaYue SOLAR
➢ 热氧原理： 将已形成PN结的硅片放入高温炉中，在高温下氧气和硅反应生成二氧化硅
➢ PECVD/ARC原理： SiH4+NH3 →S ixNy+12H2 PECVD沉积SiNx减反射膜； ➢ 目的： 表面钝化和降低反射率；
JiaYue SOLAR
n1d1=λ/4
d1≈78nm（ n=2.12）
太阳光能谱
减反射原理
短波光穿透深度小，在电池表面附近被吸收； 长波光穿透深度大，可注入至电池体内及背表面
16
PERC电池制程@激光开槽
➢ 激光开槽原理： 激光消融背面介质层，形成局域背场接触，收集电流； ➢ 目的： 形成局域背场接触，收集电流；
JiaYue SOLAR
激光开槽（示例）
PERC电池电流方向示意图
17
印刷和烧结-制备金属电极
JiaYue SOLAR
➢ 丝网印刷是把带有图像或图案的模版被附着在丝网上进行印刷的。当承印物 直接放在带有模版的丝网下面时，丝网印刷油墨或涂料在刮刀的挤压下穿过 丝网中间的网孔，印刷到承印物上。丝网上的模版把一部分丝网小孔封住使 得颜料不能穿过丝网，而只有图像部分能穿过，因此在承印物上只有图像部 位有印迹。
Selective Emitter
Hot Oxy+AlOx+ SiNx Passivation
Laser grooving
Firing
Firing
annealing
4
PERC电池制程@制绒
➢ 制绒原理： 一定浓度、一定温度条件下，碱溶液与硅片反应，各向异性腐蚀； ➢ 目的： 去除表面损伤层，降低表面反射率（多次光吸收）； ➢ 化学反应式： Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + 2H2↑ ➢ 绒面结构：
➢ 增强背表面长波光反射效应，提升短路电流。
3
PERC电池结构与工艺流程
➢PERC高效电池工艺流程
制绒
扩散
刻蚀
PECVD/ARC
丝网印刷
选择性发射结
热氧+AlOx+ SiNx
激光开槽
JiaYue SOLAR
烧结
测试分选
退火
Texturing
Diffusion
Etching
PECVD/ARC
Printing
JiaYue SOLAR
扩散装置示意图
7
PERC电池制程@扩散
JiaYue SOLAR
800~900℃
P P
P
P P
P P
P P
P
PP P
P- type Si
N- type Si
P
P
P
PP
P
PP
P
P
PP
P
P
PP
P
P
原理Principle： 4POCl3+3O2 → 2P2O5+6Cl2↑ 2P2O5+5Si → 5SiO2+4P↓
要提高SE电池的光谱响应及光谱响应范围，提高电池效率，需要对电池正面无栅线区域制作浅的PN 结，又需要足够的P源以利于使用二次激光扩散。激光二次扩散的结深要与后续的正面银电极烧结相匹配。 使得正面银电极与电池片形成欧姆接触，且银电极不能烧穿结区。
9
JiaYue SOLAR
JiaYue SOLAR
PERC SE高效单晶电池 生产工艺培训
2019-05-04 1
前言-太阳能电池在整个光伏产业链中的位置
JiaYue SOLAR
虚线部分为电池片在产业链中的位置
2
PERC电池结构与工艺流程
JiaYue SOLAR
➢PERC SE电池结构
Ag ARC(SiOx+SiNx)
N-Si(SE) P-Si
EFF=（Uoc*Isc*FF）/S
JiaYue SOLAR
PERC电池制程@测试/分选
JiaYue SOLAR
黑团
虚印
放反
黑芯
十字隐裂
吸盘印
22
PERC电池制程@测试/分选
JiaYue SOLAR
（1）按颜色分成各种颜色+外观等级； （2）电池片打包，贴标签，封装。
Thank you for your attention !
层； ➢ 目的： 氧原子与硅表面未饱和的硅原子结合形成SiO2薄膜，从而降低硅片表面悬
挂键密度，很好地控制界面陷阱和固定电荷，起到对太阳能电池表面进行 钝化的目的。
➢ 化学反应式： Si + O2 = SiO2
PERC电池制程@AlOx+ SiNx沉积（MAIA）
JiaYue SOLAR
➢ 原理： TMA+N2O→Al2O3 SiH4+NH3 →S ixNy+12H2 PECVD沉积AlOx+SiNx薄膜； ➢ 目的： 制备背面钝化介质层； ➢ 工艺流程：
18
PERC电池制程@丝网印刷&烧结
JiaYue SOLAR
➢ 丝网印刷&烧结：
PERC电池需使用专用背银和背铝浆料，保证AlOx+SiNx叠层膜钝化效果，以使电池性能 达到最优。 下图为激光开槽处铝浆填充处的SEM图，需搭配铝浆和烧结方能实现卓越的填充效果。
激光开槽处铝浆填充效果由差至好
19
PERC电池制程@恢复炉
JiaYue SOLAR
表面金字塔结构
多次光吸收原理图
5
Hale Waihona Puke Baidu
PERC电池制程@制绒
P- type Si
原理Principle： Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + 2H2↑
JiaYue SOLAR
PERC电池制程@扩散
➢ 扩散原理： 采用三氯氧磷（POCl3）液态源扩散方法，在硅片表面形成N型层； ➢ 目的： 形成PN结（太阳电池核心单元）； ➢ 化学反应式： 4POCl3+3O2 → 2P2O5+6Cl2↑ 2P2O5+5Si → 5SiO2+4P↓
Before backside
AlOx
SiNx
SiNx
BMO Buffer Modules Out BMO/UM Buffer-Out / Unload Module LM/BMI Load / Buffer-In Module PM Process Modules (1 st PM: AlOx; 2 nd and 3 rd PM: SiNx) TM/BMI Transfer / Buffer-In Module
10
PERC电池制程@刻蚀
JiaYue SOLAR
➢ 刻蚀原理： 实现硅片的单面腐蚀（对于PERC电池，背面刻蚀和抛光尤为重要）； ➢ 目的： PN结边缘隔离和背面抛光； ➢ 化学反应式： 3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2O SiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O
背面刻蚀（含抛光）
PERC电池制程@SE(Selective Emitter,选择性发射极)
JiaYue SOLAR
①SE电池：
SE电池是选择性扩散电池（selective emitter）,由中电光伏（CSUN）的赵建华博士发明。即在金属栅 线（电极）与硅片接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂，这样的结构可降低扩散层复合，由此 可以提高光线的短波响应，同时减少前金属电极与硅的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得 到较好的改善，从而提高转换效率。
JiaYue SOLAR
光照下 衰减
加热下光 照恢复
制程目的：在加热和光照条件下，使电池片BO形成稳定结构，从而减少光衰，处理后 的电池在工作条件下理论上不再衰减；
20
PERC电池制程@测试/分选
制程目的： Purpose： (1) 光电转换效率的量测与分级。
Photovoltaic conversion efficiency testing and grading. (2) 检测电池的外观、颜色。 Cell appearance and color sorting.
AlOx SiNx
Al BSF (Local)
PERC SE 电池结构为在正面制备选择性发射结，背面沉积介质膜钝化层AlOx/SiNx，此结构 可提高电池光电转换效率。
➢ 降低扩散层复合，提高光线的短波响应；
➢ 减少前金属电极与硅的接触电阻，提高短路电流、开路电压和填充因子；
➢ 降低背表面复合速率，提升开路电压；
SE电池的主要特点是金属化区域磷高浓度掺杂，光照区域磷低浓度掺杂。金属化区域浓扩散区结深大， 烧结过程中金属等杂质不易进入耗尽区形成深能级，反向漏电小，并联电阻高；光照区域掺杂浓度低，短波 响应好，短路电流高；横向扩散高低结前场作用明显，利于光生载流子收集。
②激光SE电池原理：
单晶硅片制绒后进行浅结热扩散，利用激光根据金属化图形将硅片扩散后形成的PSG层作为杂质源 进行掺杂处理，驱入实现局部重扩散。在原有的电池工艺基础上增加激光二次扩散制作SE电池。
24
After backside
14
PERC电池制程@AlOx+ SiNx沉积
SiH4/ NH3
400~500℃
P- type Si
原理Principle： TMA+N2O→Al2O3 SiH4+NH3 →S ixNy+12H2
JiaYue SOLAR
SiNx
AlOx
PERC电池制程@PECVD/ARC
PERC电池制程@SE(Selective Emitter,选择性发射极)
SE单晶PERC电池
Ag电极 梯度掺杂
SEM形貌
激光扫描区
激光扫描区
SiNx(PE)
SiO2(热氧)
浅结扩散 (0.2μm) P型硅片 (~200μm)
SE单晶PERC电池剖面结构示意图
SE技术要点
➢浅结扩散技术 ➢梯度掺杂
激光扫描区的SEM形貌显示仍为完整的金 字塔结构
11
PERC电池制程@刻蚀
P- type Si
JiaYue SOLAR N- type Si
原理Principle： 3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2O SiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O
PERC电池制程@热氧
JiaYue SOLAR
➢ 热氧原理： 将已形成PN结的硅片放入高温炉中，在高温下氧气和硅反应生成二氧化硅
➢ PECVD/ARC原理： SiH4+NH3 →S ixNy+12H2 PECVD沉积SiNx减反射膜； ➢ 目的： 表面钝化和降低反射率；
JiaYue SOLAR
n1d1=λ/4
d1≈78nm（ n=2.12）
太阳光能谱
减反射原理
短波光穿透深度小，在电池表面附近被吸收； 长波光穿透深度大，可注入至电池体内及背表面
16
PERC电池制程@激光开槽
➢ 激光开槽原理： 激光消融背面介质层，形成局域背场接触，收集电流； ➢ 目的： 形成局域背场接触，收集电流；
JiaYue SOLAR
激光开槽（示例）
PERC电池电流方向示意图
17
印刷和烧结-制备金属电极
JiaYue SOLAR
➢ 丝网印刷是把带有图像或图案的模版被附着在丝网上进行印刷的。当承印物 直接放在带有模版的丝网下面时，丝网印刷油墨或涂料在刮刀的挤压下穿过 丝网中间的网孔，印刷到承印物上。丝网上的模版把一部分丝网小孔封住使 得颜料不能穿过丝网，而只有图像部分能穿过，因此在承印物上只有图像部 位有印迹。
Selective Emitter
Hot Oxy+AlOx+ SiNx Passivation
Laser grooving
Firing
Firing
annealing
4
PERC电池制程@制绒
➢ 制绒原理： 一定浓度、一定温度条件下，碱溶液与硅片反应，各向异性腐蚀； ➢ 目的： 去除表面损伤层，降低表面反射率（多次光吸收）； ➢ 化学反应式： Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + 2H2↑ ➢ 绒面结构：
➢ 增强背表面长波光反射效应，提升短路电流。
3
PERC电池结构与工艺流程
➢PERC高效电池工艺流程
制绒
扩散
刻蚀
PECVD/ARC
丝网印刷
选择性发射结
热氧+AlOx+ SiNx
激光开槽
JiaYue SOLAR
烧结
测试分选
退火
Texturing
Diffusion
Etching
PECVD/ARC
Printing
JiaYue SOLAR
扩散装置示意图
7
PERC电池制程@扩散
JiaYue SOLAR
800~900℃
P P
P
P P
P P
P P
P
PP P
P- type Si
N- type Si
P
P
P
PP
P
PP
P
P
PP
P
P
PP
P
P
原理Principle： 4POCl3+3O2 → 2P2O5+6Cl2↑ 2P2O5+5Si → 5SiO2+4P↓