光伏电池车间工艺流程
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图3. 标准IV 曲线
RS
VOC
Isc, Voc, Rs, Rsh, FF, Eff
衡量电池好坏的重要指标
太阳能电池的制作工序
Incoming wafer inspection Saw damage etch /Texture/ Cleaning RENA InTex PECVD SiNx-deposition
扩散
POCl3磷扩散原理
• POCl3在高温下与氧气反应生成五氧化二磷（P2O5）和 氯气（CL2)，其反应式如下：
4POCl 3 3O2 2P2 O5 3Cl 2
• 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：
600C
2P2 O 5 5Si 5SiO 2 4P
PECVD
图14. Roth &Rou的PECVD
PECVD • 在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN膜。其还具有 卓越的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、 掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力；它的化学稳定性也很好， 除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外，其它酸与它基本不起 作用
PECVD • 降低反射率 碱制绒可以从13%降低到3%左右，酸制绒可以从24% 降低到7.5%左右，基本减少到原来的三分之一。 • 表面钝化作用。 增加少子寿命，进而增加了Isc和Voc。 在表面形成一道膜，有助于在烧结中保护PN结。 在Siຫໍສະໝຸດ Baidux减反射膜中存在大量的H，在烧结过程中会钝化 晶体内部悬挂键。
丝网印刷
• Al/Ag: 背电极，收集载流子 良好的欧姆接触和焊接性能， 长期附着性能很好 Al背场：形成背电场，降低硅铝 合金界面的复合 • Ag: 前电极，收集电流 栅线间距，线宽，高宽比
丝网印刷
烧结的目的
干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片 形成良好的欧姆接触 • 相对于铝浆烧结，银浆的烧结要重要很多，对电池片 电性能影响主要表现在串联电阻和并联电阻，即FF的变 化。 • 铝浆烧结的目的使浆料中的有机溶剂完全挥发，并形 成完好的铝硅合金和铝层。局部的受热不均和散热不均 可能会导致起包，严重的会起铝珠。 • 背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为P型 掺杂，它可以减少金属与硅交接处的少子复合，从而提 高开路电压和短路电流，改善对红外光的响应
图6. 陷光原理
去损伤层及制绒
• 单晶硅片 • 碱性制绒（NaOH+IPA) • 各向异性 • 降低反射率到12%-14% • 单面减薄：9um
• 多晶硅片 • 酸性制绒 (HNO3+HF) • 各向同性 • 降低反射率到24%-26% • 单面减薄 4.5um
扩散
图7. 48所扩散炉
扩散
图8. Centrotherm 扩散炉
Solar Cell Production Process
太阳能电池的基本结构
图1. 太阳能电池的结构
太阳能电池的基本结构
图2. 太阳能电池的核心——PN结
太阳能电池的原理
P 型半导体
N 型半导体
太阳能电池的重要参数
ISC
RSH
The slopes of these lines are characteristic resistances.
湿法刻蚀+去磷硅玻璃 湿法刻蚀： • 背面与侧面（HNO3+HF+H2O) • 产量大 • 刻蚀痕控制在1mm-2mm之内 • 四边绝缘电阻控制在500ohm之上
去磷硅玻璃： • 去除表面的磷硅玻璃（HF) • 稳定 • 洗掉部分发射区死层 • 影响PECVD后电池的外观
湿法刻蚀+去磷硅玻璃
工艺中容易产生的问题
烧结
Firing temperature profile of the furnace
1000
C
800 600 400 200 0
Z1+Z2: Burn out solvent Z3+Z4: Form Al-Si alloy Z5+Z6: Form front contact
Temperature,
• 刻蚀不足：电池的并联电阻会下降。 • 过刻:正面金属栅线于P型硅接触,造成短路。 • 当硅片从氢氟酸中提起时，观察其表面是否脱水，如果脱 水，则表明磷硅玻璃已去除干净；如果表面还沾有水珠，则 表明磷硅玻璃未被去除干净（针对槽式机）。 • 当硅片从出料口流出时候，如果发现尾部有部分水珠，可 以适当补些HF（针对RENA机）。
扩散
图9. POCl3 扩散装置示意图
制作太阳电池的硅片是P型的，也就是说在制造硅片时，已 经掺进了一定量的硼元素，使之成为P型的硅片。 高温下在石英管内通入磷源蒸汽(通源),在硅片周围包围着许 许多多的磷的分子，因此磷原子能从四周进入硅片的表面层， 并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散。在有磷渗 透的一面就形成了N型.
Screen printing of Ag-contacts
POCl3-Diffusion (45-60 W/sq)
Screen printing of Al/Ag-pads Screen printing of Al-contact
Edge Isolation / P-Glass etching RENA InOxSide (InOx)
去损伤层及制绒
图5. Rena InTex
去损伤层及制绒
制绒的三个要点
1）去除硅片表面的机械损伤层
硅片 机械损伤层
2）清除表面氧化物和金属杂质 3）形成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳光的吸收
制绒的光学原理
陷光原理
• 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，从而增加吸收率。
图15. 减反射膜的原理
PECVD
图16.椭偏仪
丝网印刷
图17. Baccnni 的丝网印刷机
丝网印刷
图18. Despatch的烧结炉
丝网印刷
丝网印刷的工艺流程
上料---第一道印刷---烘箱---第二道印刷----烘箱-----烘箱--第三道印刷---烧结----下料 • 背电极印刷及烘干 浆料：Ag /Al浆 如Ferro 3398 • 背电场印刷及烘干 浆料：Al浆 如Analog paset-12 • 正面电极印刷 浆料：Ag浆 如Dupont PV147
l l R ( )( ) t a t a
R□= ρ /t
(Ω /□)
湿法刻蚀+去磷硅玻璃
图10. 48所的刻蚀机
湿法刻蚀+去磷硅玻璃
图11. 捷佳创的后清洗机
湿法刻蚀+去磷硅玻璃
图12. RENA InOxSide
湿法刻蚀+去磷硅玻璃
图13. 扩散后的硅片
湿法刻蚀原理: 利用HNO3和HF的混合液体 对硅片表面进行腐蚀,去除N型硅.
PECVD
PECVD的原理
等离子体增强化学气相沉积（PECVD）是借助于辉光放电 等离子体使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应，从而实 现薄膜材料生长的一种技术.
3SiH4 4 NH 3 Si3 N4 12H2
350 ℃
等离子体
3SiH4 SiH3 SiH2 SiH 3 6H
o
1
2
3
4
5
1
2
3
4
6 FR N O
t
In pu
FR N
FR N
FR N
FR N
FR N
Dr y
Dr y
Dr y
Dr y
性能指标 • 烧结后的氮化硅表面颜色应该均匀，无明显的色差. • 背场无铝珠 • 电池最大弯曲度不超过1mm
图19. 典型的烧结曲线
ut p
ut
Firing of contacts
来料检验
1）检验来料的品种。 2）检验来料的外观，包括厚度，表面等。 3）检验来料的电学性能,包括电阻率，少子寿命等。 • 厚度：200±40 um • 表面：微裂纹等等 • 电阻率：0.5-6Ω • 少子寿命：0.5-20us
去损伤层及制绒
图4. 捷佳创清洗机
等离子体
2
2 NH 3 NH2 NH2 3H
350 ℃
350 ℃ 等离子体
工艺参数
• 衬底温度 • 射频功率 • 气体流量
性能指标
膜厚：75±5nm 折射率：2.05±0.05
PECVD
在左图中示出了四分之一波长 减反射膜的原理。从第二个界 面返回到第一个界面的反射光 与从第一个界面的反射光相位 相差180度，所以前者在一定程 度上抵消了后者。即n1d1=λ/4 空气或玻璃 n0=1 or 1.5 SiNx减反膜的最佳折射率n1 为 1.9或2.3 硅 n2=3.87
扩散
扩散的目的
在晶体内部实现P型和N型半导体的接触，从而得到PN结
扩散的方法
1）三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 Tempress, Centrotherm, 48所, 七星 2）喷涂磷酸水溶液后链式扩散 Despatch, Schmid链式扩散炉 目前大部分国内太阳能电池生产厂都使用的第一种方法
扩散
工艺参数 • 杂质源的浓度 • 扩散温度 • 扩散时间
蓝色：30ohm/sq 红色：80ohm/sq
扩散
检验标准
• 扩散方块电阻控制在45-65Ω/□之间。 • 同一炉扩散方块电阻不均匀度≤10%，同一硅片扩散方块电阻 不均匀度≤5%。 • 表面无明显蓝点，手印以及因其他原因引起的污染。
方块电阻的定义
RS
VOC
Isc, Voc, Rs, Rsh, FF, Eff
衡量电池好坏的重要指标
太阳能电池的制作工序
Incoming wafer inspection Saw damage etch /Texture/ Cleaning RENA InTex PECVD SiNx-deposition
扩散
POCl3磷扩散原理
• POCl3在高温下与氧气反应生成五氧化二磷（P2O5）和 氯气（CL2)，其反应式如下：
4POCl 3 3O2 2P2 O5 3Cl 2
• 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：
600C
2P2 O 5 5Si 5SiO 2 4P
PECVD
图14. Roth &Rou的PECVD
PECVD • 在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN膜。其还具有 卓越的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、 掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力；它的化学稳定性也很好， 除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外，其它酸与它基本不起 作用
PECVD • 降低反射率 碱制绒可以从13%降低到3%左右，酸制绒可以从24% 降低到7.5%左右，基本减少到原来的三分之一。 • 表面钝化作用。 增加少子寿命，进而增加了Isc和Voc。 在表面形成一道膜，有助于在烧结中保护PN结。 在Siຫໍສະໝຸດ Baidux减反射膜中存在大量的H，在烧结过程中会钝化 晶体内部悬挂键。
丝网印刷
• Al/Ag: 背电极，收集载流子 良好的欧姆接触和焊接性能， 长期附着性能很好 Al背场：形成背电场，降低硅铝 合金界面的复合 • Ag: 前电极，收集电流 栅线间距，线宽，高宽比
丝网印刷
烧结的目的
干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片 形成良好的欧姆接触 • 相对于铝浆烧结，银浆的烧结要重要很多，对电池片 电性能影响主要表现在串联电阻和并联电阻，即FF的变 化。 • 铝浆烧结的目的使浆料中的有机溶剂完全挥发，并形 成完好的铝硅合金和铝层。局部的受热不均和散热不均 可能会导致起包，严重的会起铝珠。 • 背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为P型 掺杂，它可以减少金属与硅交接处的少子复合，从而提 高开路电压和短路电流，改善对红外光的响应
图6. 陷光原理
去损伤层及制绒
• 单晶硅片 • 碱性制绒（NaOH+IPA) • 各向异性 • 降低反射率到12%-14% • 单面减薄：9um
• 多晶硅片 • 酸性制绒 (HNO3+HF) • 各向同性 • 降低反射率到24%-26% • 单面减薄 4.5um
扩散
图7. 48所扩散炉
扩散
图8. Centrotherm 扩散炉
Solar Cell Production Process
太阳能电池的基本结构
图1. 太阳能电池的结构
太阳能电池的基本结构
图2. 太阳能电池的核心——PN结
太阳能电池的原理
P 型半导体
N 型半导体
太阳能电池的重要参数
ISC
RSH
The slopes of these lines are characteristic resistances.
湿法刻蚀+去磷硅玻璃 湿法刻蚀： • 背面与侧面（HNO3+HF+H2O) • 产量大 • 刻蚀痕控制在1mm-2mm之内 • 四边绝缘电阻控制在500ohm之上
去磷硅玻璃： • 去除表面的磷硅玻璃（HF) • 稳定 • 洗掉部分发射区死层 • 影响PECVD后电池的外观
湿法刻蚀+去磷硅玻璃
工艺中容易产生的问题
烧结
Firing temperature profile of the furnace
1000
C
800 600 400 200 0
Z1+Z2: Burn out solvent Z3+Z4: Form Al-Si alloy Z5+Z6: Form front contact
Temperature,
• 刻蚀不足：电池的并联电阻会下降。 • 过刻:正面金属栅线于P型硅接触,造成短路。 • 当硅片从氢氟酸中提起时，观察其表面是否脱水，如果脱 水，则表明磷硅玻璃已去除干净；如果表面还沾有水珠，则 表明磷硅玻璃未被去除干净（针对槽式机）。 • 当硅片从出料口流出时候，如果发现尾部有部分水珠，可 以适当补些HF（针对RENA机）。
扩散
图9. POCl3 扩散装置示意图
制作太阳电池的硅片是P型的，也就是说在制造硅片时，已 经掺进了一定量的硼元素，使之成为P型的硅片。 高温下在石英管内通入磷源蒸汽(通源),在硅片周围包围着许 许多多的磷的分子，因此磷原子能从四周进入硅片的表面层， 并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散。在有磷渗 透的一面就形成了N型.
Screen printing of Ag-contacts
POCl3-Diffusion (45-60 W/sq)
Screen printing of Al/Ag-pads Screen printing of Al-contact
Edge Isolation / P-Glass etching RENA InOxSide (InOx)
去损伤层及制绒
图5. Rena InTex
去损伤层及制绒
制绒的三个要点
1）去除硅片表面的机械损伤层
硅片 机械损伤层
2）清除表面氧化物和金属杂质 3）形成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳光的吸收
制绒的光学原理
陷光原理
• 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，从而增加吸收率。
图15. 减反射膜的原理
PECVD
图16.椭偏仪
丝网印刷
图17. Baccnni 的丝网印刷机
丝网印刷
图18. Despatch的烧结炉
丝网印刷
丝网印刷的工艺流程
上料---第一道印刷---烘箱---第二道印刷----烘箱-----烘箱--第三道印刷---烧结----下料 • 背电极印刷及烘干 浆料：Ag /Al浆 如Ferro 3398 • 背电场印刷及烘干 浆料：Al浆 如Analog paset-12 • 正面电极印刷 浆料：Ag浆 如Dupont PV147
l l R ( )( ) t a t a
R□= ρ /t
(Ω /□)
湿法刻蚀+去磷硅玻璃
图10. 48所的刻蚀机
湿法刻蚀+去磷硅玻璃
图11. 捷佳创的后清洗机
湿法刻蚀+去磷硅玻璃
图12. RENA InOxSide
湿法刻蚀+去磷硅玻璃
图13. 扩散后的硅片
湿法刻蚀原理: 利用HNO3和HF的混合液体 对硅片表面进行腐蚀,去除N型硅.
PECVD
PECVD的原理
等离子体增强化学气相沉积（PECVD）是借助于辉光放电 等离子体使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应，从而实 现薄膜材料生长的一种技术.
3SiH4 4 NH 3 Si3 N4 12H2
350 ℃
等离子体
3SiH4 SiH3 SiH2 SiH 3 6H
o
1
2
3
4
5
1
2
3
4
6 FR N O
t
In pu
FR N
FR N
FR N
FR N
FR N
Dr y
Dr y
Dr y
Dr y
性能指标 • 烧结后的氮化硅表面颜色应该均匀，无明显的色差. • 背场无铝珠 • 电池最大弯曲度不超过1mm
图19. 典型的烧结曲线
ut p
ut
Firing of contacts
来料检验
1）检验来料的品种。 2）检验来料的外观，包括厚度，表面等。 3）检验来料的电学性能,包括电阻率，少子寿命等。 • 厚度：200±40 um • 表面：微裂纹等等 • 电阻率：0.5-6Ω • 少子寿命：0.5-20us
去损伤层及制绒
图4. 捷佳创清洗机
等离子体
2
2 NH 3 NH2 NH2 3H
350 ℃
350 ℃ 等离子体
工艺参数
• 衬底温度 • 射频功率 • 气体流量
性能指标
膜厚：75±5nm 折射率：2.05±0.05
PECVD
在左图中示出了四分之一波长 减反射膜的原理。从第二个界 面返回到第一个界面的反射光 与从第一个界面的反射光相位 相差180度，所以前者在一定程 度上抵消了后者。即n1d1=λ/4 空气或玻璃 n0=1 or 1.5 SiNx减反膜的最佳折射率n1 为 1.9或2.3 硅 n2=3.87
扩散
扩散的目的
在晶体内部实现P型和N型半导体的接触，从而得到PN结
扩散的方法
1）三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 Tempress, Centrotherm, 48所, 七星 2）喷涂磷酸水溶液后链式扩散 Despatch, Schmid链式扩散炉 目前大部分国内太阳能电池生产厂都使用的第一种方法
扩散
工艺参数 • 杂质源的浓度 • 扩散温度 • 扩散时间
蓝色：30ohm/sq 红色：80ohm/sq
扩散
检验标准
• 扩散方块电阻控制在45-65Ω/□之间。 • 同一炉扩散方块电阻不均匀度≤10%，同一硅片扩散方块电阻 不均匀度≤5%。 • 表面无明显蓝点，手印以及因其他原因引起的污染。
方块电阻的定义