单晶硅太阳能电池的制备

单晶硅太阳能电池的制备

09物4 09020428 项金冬

摘要：

单晶硅太阳能电池,是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池，是当前开发得最快的一种太阳能电池。它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。因此，我们应该制备单晶硅太阳能电池。

关键字：单晶硅切割制绒制结PECVD技术

Abstract:

Monocrystalline silicon solar battery, is of high purity silicon rods for raw materials of solar cells, is the current development of the fastest a solar cell. Its construction and production process has to finalize the design, the products have been widely used in space and on the ground. We should, therefore, preparation of single crystal silicon solar cells

Key word:

Monocrystalline silicon;cutting ; system ; PECVD flocking technology

引言：随着世界能源问题的重视，太阳能成为一代新型能源，硅电池的制造为我们更好的使用太阳提供了可能。

单晶硅电池的结构图：

1.单晶硅的制备：

直拉法又称切克劳斯基法①，它是在1917年有切克劳斯基（Czochralski）建立起

来的一种晶体生长方法，简称CZ法。直拉单晶制造是把原料多硅晶块放入石英坩

埚中，在单晶炉中加热融化，再将一根直径只有10mm的棒状晶种（称籽晶）浸

入融液中。在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液

交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。把晶种微微的旋转向上提升，融液中的硅

原子会在前面形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。若整个结

晶环境稳定，就可以周而复始的形成结晶，最后形成一根圆柱形的原子排列整齐的

硅单晶晶体，即硅单晶锭。当结晶加快时，晶体直径会变粗，提高升速可以使直径

变细，增加温度能抑制结晶速度。反之，若结晶变慢，直径变细，则通过降低拉速

和降温去控制。拉晶开始，先引出一定长度，直径为3～5mm的细颈，以消除结晶

位错，这个过程叫做引晶。然后放大单晶体直径至工艺要求，进入等径阶段，直至

大部分硅融液都结晶成单晶锭，只剩下少量剩料。

2.硅片切割，材料准备：

工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般

为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。

3.去除损伤层：硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个

问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。

①滚磨切片前先将硅单晶棒研磨成具有精确直径的单晶棒,再沿单晶棒的晶轴方向研磨出主、次参考面,用氢氟酸、硝酸和冰醋酸的混合液腐蚀研磨面，称为减径腐蚀。

②切割也称切片，把硅单晶棒切成所需形状的硅片（如圆片）的工艺。切割分多线切割、外圆切割、超声切割、电子束切割和普遍采用的内圆切割等。

③研磨也称磨片，在研磨机上，用白刚玉或金刚砂等配制的研磨液将硅片研磨成具有一定厚度和光洁度的工艺。有单面研磨和双面研磨两种方式。

④倒角为解决硅片边缘碎裂所引起的表面质量下降，以及光刻涂胶和外延的边缘凸起等问题的边缘弧形工艺。倒角方法有磨削、喷砂、化学腐蚀和恰当的抛光等，较普遍采用的是用倒角机以成型的砂轮磨削硅片边缘，直到硅片边缘形状与轮的形状一致为止

⑤化学腐蚀也称减薄腐蚀，目的是除去切磨后硅片表面的损伤层和沾污层，

改善表面质量和提高表面平整度。化学腐蚀法有篮式、桶式、旋转杆式和盒式，采用氢氟酸、硝酸和冰醋酸的混合液从硅片两侧腐蚀掉一定的厚度。

⑥抛光为了制备合乎器件和集成电路制作要求的硅片表面，必须进行抛光，以除去残留的损伤层并获得一定厚度的高平整度的镜面硅片。抛光分机械抛光、化学抛光、电子束抛光、离子束抛光，较普遍采用的是化学机械抛光。化学机械抛光是化学腐蚀和机械磨削同时进行，分为铜离子抛光、铬离子抛光和普遍采用的二氧化硅胶体抛光。二氧化硅胶体抛光是由极细的二氧化硅粉、氢氧化钠（或有机碱）和水配制成胶体抛光液。在抛光过程中，氢氧化钠与硅表面反应生成硅酸钠，通过与二氧化硅胶体的磨削，硅酸钠进入抛光液，两个过程不停顿地同时进行而达到抛光的目的。根据不同要求，可用一次抛光、二次抛光(粗抛光和精抛光)或三次抛光（粗抛光、中间抛光和精抛光）。为满足超大规模集成电路对表面质量和平整度的要求，已有无蜡抛光和无磨料抛光等新工艺。②

⑦检测抛光面

包括目检、几何尺寸检测和热氧化层错检测等。目检是在正面高强度光或大面积散射光照射下目测抛光片上的原生缺陷和二次缺陷。这些缺陷包括边缘碎裂、沾污、裂纹、弧坑、鸦爪、波纹、槽、雾、嵌入磨料颗粒、小丘、桔皮、浅坑、划道、亮点、退刀痕和杂质条纹等。几何尺寸的检测包括硅片的厚度、总厚度变化、弯曲度和平整度的检测。厚度为硅片中心上、下表面两个对应点之间的距离；总厚度变化为同一硅片上厚度最大值与最小值之差；弯曲度为硅片的中线面与参考平面之间距离的最大值与最小值之差；平整度指硅片表面上最高点与最低点的高度差，用总指示读数表征。硅片的热氧化层错检测是指硅抛光片表面的机械损伤、杂质沾污和微缺陷等在硅片热氧化过程中均会产生热氧化层错，经择优腐蚀后，在金相显微镜下观测热氧化层错的密度，以此鉴定硅片表面的质量

3、制绒③：

为了进一步提高太阳电池的光电转换效率,在目前的工艺中,人们致力于降低电池表面的光反射,增强光的有效吸收,对电池表面进行钝化和通过改进电极的结构

[1,2]。在增强对太阳光的有效吸收方面采用了多种方法:如多层减反射膜,倒金字

塔结构,机械和化学刻槽等[而随机产生的金字塔工艺是目前在商品化太阳电池中