单晶硅电池材料PPT课件
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硅单晶的制备课件PPT
详细描述
真空电弧熔炼法是一种利用高温电弧产生的高能量将硅原料熔化，并在真空条件下结晶 成单晶硅的方法。该方法可以在较低的温度和压力下进行，因此可以减少杂质的挥发和 引入。同时，真空电弧熔炼法还可以通过控制熔炼参数和结晶条件，提高单晶硅的纯度
和质量。
04
单晶硅的缺陷与杂质
单晶硅的缺陷
微缺陷
微缺陷是指晶体中微小的局部结构缺 陷，如空位、间隙原子等。这些缺陷 可能会影响单晶硅的电学和光学性能 。
05
单晶硅的应用领域
微电子领域
01
02
03
集成电路
硅单晶是集成电路的主要 材料，用于制造各种电子 器件，如微处理器、存储 器、逻辑门等。
微电子机械系统
硅单晶在微电子机械系统 （MEMS）中也有广泛应 用，如传感器、执行器等。
集成电路封装
硅单晶还可以用于集成电 路的封装，以提高其可靠 性和稳定性。
技术进步推动发展
单晶硅制备技术的不断进步和创 新，将为行业发展提供有力支撑， 推动单晶硅行业持续发展。
环保要求促进绿色
发展
随着环保要求的提高，绿色生产 成为单晶硅行业的发展趋势，将 促进企业加强环保投入和技术创 新，推动行业可持续发展。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
其他领域
医学领域
硅单晶可以用于制造医疗设备，如医学成像设备、手 术器械等。
航空航天领域
硅单晶具有高强度、高硬度和耐高温等特点，因此可用 于制造航空航天器零部件。
06
单晶硅的未来发展与挑 战
单晶硅的发展趋势
高效能化
随着光伏、半导体等领域的快速 发展，对单晶硅材料性能要求越 来越高，高效能化成为发展趋势。
真空电弧熔炼法是一种利用高温电弧产生的高能量将硅原料熔化，并在真空条件下结晶 成单晶硅的方法。该方法可以在较低的温度和压力下进行，因此可以减少杂质的挥发和 引入。同时，真空电弧熔炼法还可以通过控制熔炼参数和结晶条件，提高单晶硅的纯度
和质量。
04
单晶硅的缺陷与杂质
单晶硅的缺陷
微缺陷
微缺陷是指晶体中微小的局部结构缺 陷，如空位、间隙原子等。这些缺陷 可能会影响单晶硅的电学和光学性能 。
05
单晶硅的应用领域
微电子领域
01
02
03
集成电路
硅单晶是集成电路的主要 材料，用于制造各种电子 器件，如微处理器、存储 器、逻辑门等。
微电子机械系统
硅单晶在微电子机械系统 （MEMS）中也有广泛应 用，如传感器、执行器等。
集成电路封装
硅单晶还可以用于集成电 路的封装，以提高其可靠 性和稳定性。
技术进步推动发展
单晶硅制备技术的不断进步和创 新，将为行业发展提供有力支撑， 推动单晶硅行业持续发展。
环保要求促进绿色
发展
随着环保要求的提高，绿色生产 成为单晶硅行业的发展趋势，将 促进企业加强环保投入和技术创 新，推动行业可持续发展。
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其他领域
医学领域
硅单晶可以用于制造医疗设备，如医学成像设备、手 术器械等。
航空航天领域
硅单晶具有高强度、高硬度和耐高温等特点，因此可用 于制造航空航天器零部件。
06
单晶硅的未来发展与挑 战
单晶硅的发展趋势
高效能化
随着光伏、半导体等领域的快速 发展，对单晶硅材料性能要求越 来越高，高效能化成为发展趋势。
《单晶硅太阳能电池》课件
单晶硅太阳能电池的结构
单晶硅太阳能电池由多个层次组成，包括正极、负极、PN结和电流收集器等。这些组成部分相互配合，实现 了太阳能转化为电能的过程。
单晶硅太阳能电池的工作原理
单晶硅太阳能电池基于光伏效应，通过光线照射激发硅晶体内的电子，形成 电流。光电池和电流收集器将产生的电流导出，供电给外部设备。
单晶硅太阳能电池的优点
1 高转换效率
单晶硅太阳能电池具有较高的转换效率，能 够更有效地将太阳能转化为电能。
2 稳定可靠
相比其他材料制造的太阳能电池，单晶硅太 阳能电池具有更高的稳定性和可靠性。
3 长寿命
由于单晶硅太阳能电池的制造工艺和材料质 量较高，其使用寿命一般可达20年以上。
4 可持续发展
单晶硅太阳能电池利用太阳能作为能源，属 于可再生能源，对环境影响较小，有助于可 持续发展。
单晶硅太阳能电池的未来发展
1
发展历程
单晶硅太阳能电池经历了不断的发展过程，技术不断改进，效率和成本逐渐提升。
2
未来趋势
未来，单晶硅太阳能电池有望进一步提高转换效率、降低成本，并在更广泛的领域应用，为 硅太阳能电池的特点、结构、工作原理、应用 和未来发展。它具有高效转换、稳定可靠、可持续发展等优点，在太阳能领 域发挥着重要作用，并有着广阔的发展前景。
《单晶硅太阳能电池》 PPT课件
欢迎来到《单晶硅太阳能电池》PPT课件！在本课程中，我们将深入探讨单晶 硅太阳能电池的特点、结构、工作原理、应用和未来发展。让我们一起来了 解这项令人兴奋的技术吧！
什么是单晶硅太阳能电池？
单晶硅太阳能电池是一种利用单晶硅材料制造的太阳能电池。它具有高效转 换、稳定可靠和长寿命等特点，是目前应用最广泛的太阳能电池类型之一。
单晶硅介绍课件
• 九、外围设备
• 在电池片生产过程中，还需要供电、动力、给水、排水、暖通、真空、特汽等外围设施。消防和 环保设备对于保证安全和持续发展也显得尤为重要。一条年产50MW能力的太阳能电池片生产线， 仅工艺和动力设备用电功率就在1800KW左右。工艺纯水的用量在每小时15吨左右，水质要求达到 中国电子级水GB/T11446.1-1997中EW-1级技术标准。工艺冷却水用量也在每小时15吨左右，水质中 微粒粒径不宜大于10微米，供水温度宜在15-20℃。真空排气量在300M3/H左右。同时，还需要大 约氮气储罐20立方米，氧气储罐10立方米。考虑到特殊气体如硅烷的安全因素，还需要单独设置 一个特气间，以绝对保证生产安全。另外，硅烷燃烧塔、污水处理站等也是电池片生产的必备设 施。
11
• (八)快速烧结
• 经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧 掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。当银电极和晶体硅在 温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形 成上下电极的欧姆接触，提高电池片的开路电压和填充因子两个关键参数，使其具有电 阻特性，以提高电池片的转换效率。烧结炉分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。预 烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶 段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶 段温度达到峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于基 片上。
4
单晶硅的产业市场
• 从市场布局来看，硅片市场的国际化和 生产垄断化已经形成。20世纪90年代末， 日本、德国和韩国（主要是日、德两国） 控制的8大硅片公司销量占世界硅片销量 的90%以上，其中，日本信越、德国瓦克、 日本住友、美国M E M C公司和日本三菱 材料公司，这5家公司2001年硅晶片的销 售总额为42.73亿元，占全球销售额的 79.1%，而其中的3家日本公司占据了全 球市场份额的50.7%，表明日本在全球硅 晶片行业中占据了主导地位。
• 在电池片生产过程中，还需要供电、动力、给水、排水、暖通、真空、特汽等外围设施。消防和 环保设备对于保证安全和持续发展也显得尤为重要。一条年产50MW能力的太阳能电池片生产线， 仅工艺和动力设备用电功率就在1800KW左右。工艺纯水的用量在每小时15吨左右，水质要求达到 中国电子级水GB/T11446.1-1997中EW-1级技术标准。工艺冷却水用量也在每小时15吨左右，水质中 微粒粒径不宜大于10微米，供水温度宜在15-20℃。真空排气量在300M3/H左右。同时，还需要大 约氮气储罐20立方米，氧气储罐10立方米。考虑到特殊气体如硅烷的安全因素，还需要单独设置 一个特气间，以绝对保证生产安全。另外，硅烷燃烧塔、污水处理站等也是电池片生产的必备设 施。
11
• (八)快速烧结
• 经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧 掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。当银电极和晶体硅在 温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形 成上下电极的欧姆接触，提高电池片的开路电压和填充因子两个关键参数，使其具有电 阻特性，以提高电池片的转换效率。烧结炉分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。预 烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶 段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶 段温度达到峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于基 片上。
4
单晶硅的产业市场
• 从市场布局来看，硅片市场的国际化和 生产垄断化已经形成。20世纪90年代末， 日本、德国和韩国（主要是日、德两国） 控制的8大硅片公司销量占世界硅片销量 的90%以上，其中，日本信越、德国瓦克、 日本住友、美国M E M C公司和日本三菱 材料公司，这5家公司2001年硅晶片的销 售总额为42.73亿元，占全球销售额的 79.1%，而其中的3家日本公司占据了全 球市场份额的50.7%，表明日本在全球硅 晶片行业中占据了主导地位。
半导体第三讲下单晶硅生长技术ppt课件
2021/7/13
17
精选ppt课件
先进的热场构造
任丙彦等对200mm太 阳能用直拉单晶的生长速 率进行了研究。通过采用 热屏、复合式导流系统及 双加热器改造直拉炉的热 系统进行不同热系统下的 拉晶试验，结果发现平均 拉速可从0.6mm/min提高 到0.9mm/min，提升了 50%。
热系统改造示意图
磁场直拉法
今年来，随着生产规模的扩大，直拉单晶 硅正向大直径发展，投料量急剧增加。由 于大熔体严重的热对流不但影响晶体质量， 甚至会破坏单晶生长。
目前，抑制热对流最常用的方法是在长晶 系统内加装磁场。
在磁场下生长单晶，当引入磁感应强度达 到一定值时，一切宏观对流均受到洛伦兹 力的作用而被抑制。
单晶棒:据估计，CZ法长晶法约占整个Si单晶市场的82%， 其余采用悬浮区熔法制备。
8
精选ppt课件
单晶硅主要生长方法
直拉法生长单晶硅容易控制，产能
区熔法可生长出纯度高均匀性好的
比区熔高，会引入杂质，应用于半
单晶硅，应用于高电压大功率器件
导体集成电路、二极管、外延片衬
上，如可控硅、可关断晶闸管。
2021/7/13
26
精选ppt课件
对1000 ℃、1100℃退火后的掺氮直拉硅中 氧沉淀的尺寸分布进行的研究表明，随着 退火时间的延长，小尺寸的氧沉淀逐渐减 少，而大尺寸的氧沉淀逐渐增多。氮浓度 越高或退火温度越高, 氧沉淀的熟化过程进 行得越快。
2021/7/13
27
精选ppt课件
区熔(FZ )法生长硅单晶
2021/7/13
6
精选ppt课件
工艺及化学反应式分别如下
1.盐酸化处理
将冶金级Si置于流床反应器中，通人盐酸形成 SiHCI
《晶硅太阳电池工艺》课件
性能测试
对成品电池进行性能测试，如开路电压、短路电流等，确保电池质量合格。
04
晶硅太阳电池的性能优化
提高光电转换效率的方法
选用高质量硅片
背表面场设计
采用高纯度、低缺陷的硅片，减少光 吸收和载流子复合，提高光生电流的 收集效率。
在硅片的背面引入场钝化结构，提高 载流子的分离和收集效率，从而提高 光电转换效率。
晶硅太阳电池的结构
晶硅太阳电池通常由P型硅片和N型 硅片组成，通过扩散或离子注入的方 法形成PN结。
在硅片表面印刷金属电极，收集光生 电流并导出。
在PN结两侧通过腐蚀或抛光形成减 反射膜，减少光的反射损失。
晶硅太阳电池的结构简单、可靠性高 、寿命长，是目前商业化应用最广泛 的太阳电池类型之一。
03
优化表面结构
通过化学气相沉积、物理气相沉积等 方法，在硅片表面形成减反射层和钝 化层，减少反射损失和表面态对载流 子的俘获。
降低制造成本的技术
01
02
03
优化生产流程
简化生产流程，降低生产 过程中的能耗和物耗，提 高生产效率。
降低硅片厚度
通过改进切片工艺，降低 硅片的厚度，减少材料消 耗，同时提高光电转换效 率。
05
晶硅太阳电池的应用与市 场前景
光伏电站建设
集中式光伏电站
利用大面积荒地、沙漠等建立的大型光伏电站，接入高压输电系统，为远距离供电提供清洁能源。
分布式光伏电站
在屋顶、空地等场所建立的小型光伏电站，就地接入配电网，为周边用户提供电力。
分布式光伏发电系统
家庭光伏发电系统
利用家庭屋顶、阳台等空间安装光伏板 ，将太阳能转化为电能供家庭使用。
去磷硅玻璃
去除扩散过程中形成的磷硅玻璃，避免对电池性能产生影响。
对成品电池进行性能测试，如开路电压、短路电流等，确保电池质量合格。
04
晶硅太阳电池的性能优化
提高光电转换效率的方法
选用高质量硅片
背表面场设计
采用高纯度、低缺陷的硅片，减少光 吸收和载流子复合，提高光生电流的 收集效率。
在硅片的背面引入场钝化结构，提高 载流子的分离和收集效率，从而提高 光电转换效率。
晶硅太阳电池的结构
晶硅太阳电池通常由P型硅片和N型 硅片组成，通过扩散或离子注入的方 法形成PN结。
在硅片表面印刷金属电极，收集光生 电流并导出。
在PN结两侧通过腐蚀或抛光形成减 反射膜，减少光的反射损失。
晶硅太阳电池的结构简单、可靠性高 、寿命长，是目前商业化应用最广泛 的太阳电池类型之一。
03
优化表面结构
通过化学气相沉积、物理气相沉积等 方法，在硅片表面形成减反射层和钝 化层，减少反射损失和表面态对载流 子的俘获。
降低制造成本的技术
01
02
03
优化生产流程
简化生产流程，降低生产 过程中的能耗和物耗，提 高生产效率。
降低硅片厚度
通过改进切片工艺，降低 硅片的厚度，减少材料消 耗，同时提高光电转换效 率。
05
晶硅太阳电池的应用与市 场前景
光伏电站建设
集中式光伏电站
利用大面积荒地、沙漠等建立的大型光伏电站，接入高压输电系统，为远距离供电提供清洁能源。
分布式光伏电站
在屋顶、空地等场所建立的小型光伏电站，就地接入配电网，为周边用户提供电力。
分布式光伏发电系统
家庭光伏发电系统
利用家庭屋顶、阳台等空间安装光伏板 ，将太阳能转化为电能供家庭使用。
去磷硅玻璃
去除扩散过程中形成的磷硅玻璃，避免对电池性能产生影响。
单晶硅电池材料 ppt课件
扩散
刻蚀
二次清洗
PECVD 丝网印刷
烧结 测试分选
SiN SiO2 N-Silicon P-Silicon
单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒
丝网印刷第一道：背电极印刷
扩散
• 目的：在硅片背面制备能够与硅片形成良好欧姆接触的
刻蚀
电极。
二次清洗 • 实现方法：利用丝网印刷技术，所用浆料为银铝浆，在 背面刷两条与硅片形成互联焊接的正电极。在以后的高
单晶硅 —— 硅片 —— 电池片 —— 组件
【❷】单晶硅的生产流程
石英砂(SiO2)
焦炭反应
金属级硅（99%左右）
硅 烷 热 分 解 法
三 氯 氢 硅 氢 还 原
法
作为单晶硅原料的高纯多晶硅
四二 氯氯 化二 硅氢 还硅 原还 法原
法
高纯多晶硅原料
熔化
种晶
收尾
等径
缩颈 放肩
圆柱状单晶硅
直拉单晶硅的制备工艺一般工作流程
等离子刻蚀
扩散
• 目的：去除硅片边缘的PN结，防止短路
刻蚀 • 实现方法：利用辉光放电过程中等离子体所引起的化学
二次清洗
反应，产生挥发性的产物对硅的腐蚀特性，达到边缘腐 蚀去除周边扩散层的目的
PECVD
磷硅玻璃
丝网印刷
N型硅
烧结 测试分选
P型硅 N型硅 磷硅玻璃
单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒
二次清洗
单晶硅电池材料
❶硅的介绍 ❷单晶硅生产流程 ❸单晶硅太阳能电池的生产流程 ❹单晶硅太阳能电池的应用
【❶】硅的介绍
硅材料是半导体行业中最重要且应用最广的元素半导体，是微电 子工业和太阳能光伏工业的基础材料。由于硅材料的独特性质， 成为现代电子工业和信息社会基础，其发展是20世纪材料和电子 领域的里程碑，它的发展和应用直接促进了20世纪全球科技和工 业的高速发展，因而被称为进入了“硅时代”。硅具有元素含量 含量丰富、化学稳定性好、无环境污染等优点，又具有良好的半 导体特性。 半导体特性： ①添加杂质——导电性能↑ ②光照↑导电能力↑，光照↓导电能力↓，无光照不导电 ③温度↑导电能力↑；温度↓导电能力↓
刻蚀
二次清洗
PECVD 丝网印刷
烧结 测试分选
SiN SiO2 N-Silicon P-Silicon
单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒
丝网印刷第一道：背电极印刷
扩散
• 目的：在硅片背面制备能够与硅片形成良好欧姆接触的
刻蚀
电极。
二次清洗 • 实现方法：利用丝网印刷技术，所用浆料为银铝浆，在 背面刷两条与硅片形成互联焊接的正电极。在以后的高
单晶硅 —— 硅片 —— 电池片 —— 组件
【❷】单晶硅的生产流程
石英砂(SiO2)
焦炭反应
金属级硅（99%左右）
硅 烷 热 分 解 法
三 氯 氢 硅 氢 还 原
法
作为单晶硅原料的高纯多晶硅
四二 氯氯 化二 硅氢 还硅 原还 法原
法
高纯多晶硅原料
熔化
种晶
收尾
等径
缩颈 放肩
圆柱状单晶硅
直拉单晶硅的制备工艺一般工作流程
等离子刻蚀
扩散
• 目的：去除硅片边缘的PN结，防止短路
刻蚀 • 实现方法：利用辉光放电过程中等离子体所引起的化学
二次清洗
反应，产生挥发性的产物对硅的腐蚀特性，达到边缘腐 蚀去除周边扩散层的目的
PECVD
磷硅玻璃
丝网印刷
N型硅
烧结 测试分选
P型硅 N型硅 磷硅玻璃
单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒
二次清洗
单晶硅电池材料
❶硅的介绍 ❷单晶硅生产流程 ❸单晶硅太阳能电池的生产流程 ❹单晶硅太阳能电池的应用
【❶】硅的介绍
硅材料是半导体行业中最重要且应用最广的元素半导体，是微电 子工业和太阳能光伏工业的基础材料。由于硅材料的独特性质， 成为现代电子工业和信息社会基础，其发展是20世纪材料和电子 领域的里程碑，它的发展和应用直接促进了20世纪全球科技和工 业的高速发展，因而被称为进入了“硅时代”。硅具有元素含量 含量丰富、化学稳定性好、无环境污染等优点，又具有良好的半 导体特性。 半导体特性： ①添加杂质——导电性能↑ ②光照↑导电能力↑，光照↓导电能力↓，无光照不导电 ③温度↑导电能力↑；温度↓导电能力↓
单晶矽及多晶矽太阳能电池课件
太阳能电池的种类
单晶矽太阳能电池
使用单晶矽材料制成的太阳能电池，具有较高的光电转换效率和 稳定性。
多晶矽太阳能电池
使用多晶矽材料制成的太阳能电池，其制造成本较低，但光电转 换效率略低于单晶矽太阳能电池。
太阳能电池的应用
01
02
03
04
光伏发电站
利用大规模的太阳能电池阵列 ，将太阳光转化为电能，为电 网供电。
政策影响
政府补贴与激励政策
政府对可再生能源的支持力度将持续加大，提供补贴、税收优惠 等政策，促进太阳能电池的普及和应用。
法规与标准
政府将制定更加严格的法规和标准，规范太阳能电池的生产、销售 和使用，保证产品质量和安全性。
国际合作与交流
政府将推动国际合作与交流，加强技术研发和产业合作，共同推动 太阳能电池技术的发展和应用。
多晶矽太阳能电池的制造过程
制备
多晶矽太阳能电池的制备通常包括铸锭、切片、 清洗、镀膜、烧结等步骤。
掺杂
在制造过程中，通常需要对多晶矽进行掺杂，以 提高其导电性能。
镀膜
在多晶矽表面镀上一层薄膜，以提高其光电转换 效率。
烧结
在高温下进行烧结，使多晶矽更加致密，提高其 机械强度和稳定性。
多晶矽太阳能电池的优缺点
应用领域比较
总结词
单晶矽太阳能电池适用于高效率和高功率的应用场景，如太 空、通讯基站等。多晶矽太阳能电池适用于大规模和低成本 的应用场景，如住宅、商业设施等。
详细描述
由于单晶矽太阳能电池具有较高的效率和稳定性，因此适用 于对光电转换效率要求较高的应用场景。而多晶矽太阳能电 池在大规模生产方面具有优势，且成本较低，因此适用于大 规模和低成本的应用场景。
PERC-SE-单晶电池工艺-培训资料ppt课件
PERC电池制程@SE(Selective Emitter,选择性发射极)
JiaYue SOLAR
SE单晶PERC电池
SEM形貌
SE技术要点 浅结扩散技术 梯度掺杂
SE单晶PERC电池剖面结构示意图
SiNx(PE)
P型硅片 (~200μm)
SiO2(热氧)
浅结扩散 (0.2μm)
Ag电极
梯度掺杂
PERC电池制程@热氧
SiO2和Si3N4堆叠钝化效果更好，因为Si3N4与硅片附着力不好，易脱落，而SiO2与硅片的附着力和相容性均好，除钝化外，在中间起到缓冲和中介作用；其物理和化学性质稳定，不易受到环境因素影响。
JiaYue SOLAR
PERC电池制程@AlOx+ SiNx沉积（MAIA）
原理： PECVD沉积AlOx+SiNx薄膜； 目的： 制备背面钝化介质层； 工艺流程：
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PERC电池制程@AlOx+ SiNx沉积
JiaYue SOLAR
AlOx
PERC电池制程@PECVD/ARC
PECVD/ARC原理： PECVD沉积SiNx减反射膜； 目的： 表面钝化和降低反射率；
太阳光能谱
减反射原理
n1d1=λ/4 d1≈78nm（n=2.12）
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
Before backside
After backside
AlOx
SiNx
SiNx
TMA+N2O→Al2O3
SiH4+NH3 →S ixNy+12H2
JiaYue SOLAR
SE单晶PERC电池
SEM形貌
SE技术要点 浅结扩散技术 梯度掺杂
SE单晶PERC电池剖面结构示意图
SiNx(PE)
P型硅片 (~200μm)
SiO2(热氧)
浅结扩散 (0.2μm)
Ag电极
梯度掺杂
PERC电池制程@热氧
SiO2和Si3N4堆叠钝化效果更好，因为Si3N4与硅片附着力不好，易脱落，而SiO2与硅片的附着力和相容性均好，除钝化外，在中间起到缓冲和中介作用；其物理和化学性质稳定，不易受到环境因素影响。
JiaYue SOLAR
PERC电池制程@AlOx+ SiNx沉积（MAIA）
原理： PECVD沉积AlOx+SiNx薄膜； 目的： 制备背面钝化介质层； 工艺流程：
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PERC电池制程@AlOx+ SiNx沉积
JiaYue SOLAR
AlOx
PERC电池制程@PECVD/ARC
PECVD/ARC原理： PECVD沉积SiNx减反射膜； 目的： 表面钝化和降低反射率；
太阳光能谱
减反射原理
n1d1=λ/4 d1≈78nm（n=2.12）
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
Before backside
After backside
AlOx
SiNx
SiNx
TMA+N2O→Al2O3
SiH4+NH3 →S ixNy+12H2
晶体硅太阳能电池结构及原理 ppt课件
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3.2.3 背面场
• 如果太阳电池的厚度超过100um，由于背表面的复合作用不明显，因 而没有必要利用BSF结构，但对于薄膜电池，BSF效果就非常明显了。
30
3.3.4 紫电池
• 紫外光太阳能电池是为了防止太阳能电池的表面（受光面）由于载流 子的复合而使效率减的电池。 紫电池采用很浅的扩散结，避免 “死层”的形成
•
19
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
•
20
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 单晶硅太阳能电池在不同入射角与不同防反射材质条件下的光反射率：
21
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 上电极
上电极的作用是将移动至表面的电子/空穴取出，以形成外部电流， 提供给外部负载。由于电极与硅材料接触，为了降低串联电阻，电 极与硅材料必须是良好的欧姆接触，既是电压与电流的线性关系。
• 电极图形设计：设计原则是使电池的输出最大。要兼顾两个方面： 使电池的串联电阻尽可能小，电池的光照作用面积尽可能大。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
1. 电极材料的选择 (1) 能与 硅形成牢固的接触; (2) 这种接触应是欧姆接触，接触电阻小； (3) 有优良的导电性； (4) 纯度适当； (5) 化学稳定性好； (6) 容易被钨、钽、钼制成的电阻加热器蒸发； (7) 容易焊接，一般都要求能被锡焊； (8) 价格较低。
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3.3.4 紫电池
• 紫外光电池的浅结也会带来两个新问题： 采用浅结会提高表面薄层扩散电阻R，必然使电池的串联电阻Rs增大，
加大功率损失。所以用“密栅”措施进行补救。 应选择合适的减反膜与浅结密栅结构相配合，才能有效地提高短波光
谱响应。例如：用SiO2膜作减反膜，则它对0.4μm以下波长的光有较 大的吸收，而使总的短波光谱响应的提高仍然受到影响。若改用Ta2O5 膜或用ZnS/MgF双层减反膜，都可以得到较好的结果 • 因而与常规电池相比，紫外光太阳能电池具有浅结、密栅及“死层” 薄的特征（如前图(b)所示），这种电池对短波长的光有特别高的灵敏 度。
3.2.3 背面场
• 如果太阳电池的厚度超过100um，由于背表面的复合作用不明显，因 而没有必要利用BSF结构，但对于薄膜电池，BSF效果就非常明显了。
30
3.3.4 紫电池
• 紫外光太阳能电池是为了防止太阳能电池的表面（受光面）由于载流 子的复合而使效率减的电池。 紫电池采用很浅的扩散结，避免 “死层”的形成
•
19
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
•
20
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 单晶硅太阳能电池在不同入射角与不同防反射材质条件下的光反射率：
21
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 上电极
上电极的作用是将移动至表面的电子/空穴取出，以形成外部电流， 提供给外部负载。由于电极与硅材料接触，为了降低串联电阻，电 极与硅材料必须是良好的欧姆接触，既是电压与电流的线性关系。
• 电极图形设计：设计原则是使电池的输出最大。要兼顾两个方面： 使电池的串联电阻尽可能小，电池的光照作用面积尽可能大。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
1. 电极材料的选择 (1) 能与 硅形成牢固的接触; (2) 这种接触应是欧姆接触，接触电阻小； (3) 有优良的导电性； (4) 纯度适当； (5) 化学稳定性好； (6) 容易被钨、钽、钼制成的电阻加热器蒸发； (7) 容易焊接，一般都要求能被锡焊； (8) 价格较低。
31
3.3.4 紫电池
• 紫外光电池的浅结也会带来两个新问题： 采用浅结会提高表面薄层扩散电阻R，必然使电池的串联电阻Rs增大，
加大功率损失。所以用“密栅”措施进行补救。 应选择合适的减反膜与浅结密栅结构相配合，才能有效地提高短波光
谱响应。例如：用SiO2膜作减反膜，则它对0.4μm以下波长的光有较 大的吸收，而使总的短波光谱响应的提高仍然受到影响。若改用Ta2O5 膜或用ZnS/MgF双层减反膜，都可以得到较好的结果 • 因而与常规电池相比，紫外光太阳能电池具有浅结、密栅及“死层” 薄的特征（如前图(b)所示），这种电池对短波长的光有特别高的灵敏 度。
太阳能电池的分类-及光伏发电的优缺点PPT课件
多元化合物太阳能电池
硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，在广泛深入 的应用研究基础上，国际上许多国家的碲化镉薄膜太阳电池已由实验室研究阶段开始走向规模工业化生产。 1、硫化镉太阳能电池：虽然光电效率已提高到9%，但是仍无法与多晶硅太阳能电池竞争。与非晶硅薄膜 电池相比，制造工艺比较简单。 2、砷化镓太阳能电池：砷化镓与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性 能仍很良好，其最高光电转换效率约30%，特别适合做高温聚光太阳能电池。由于镓比较稀缺，砷有毒， 制造成本高，此种太阳能电池的发展受到影响。 3、铜铟硒太阳能电池：以铜、铟、硒三元化合物半导体为基本材料制成的太阳能电池。它是一种多晶薄 膜结构，材料消耗少，成本低，性能稳定，光电转换效率在10%以上。因此是一种可与非晶硅薄膜太阳能 电池相竞争的新型太阳能电池。
纳米晶体化学太阳能电池
染料敏化纳米晶体太阳能电池(DSSCs)主要包括镀有透明导电膜的玻璃基底， 染料敏化的半导体材料、对电极以及电解质等几部分。其阳极为染料敏化半导 体薄膜(TiO2膜)，阴极为镀铂的导电玻璃。纳米晶体TiO2太阳能电池的优点 在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上， 制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10，.寿命能达到20年以上。
柔性太阳能电池
柔性太阳能电池板采用高晶硅材料制成，并用高强度、透光性 能强的太阳能专用钢化玻璃以及高性能、耐紫外线辐射的专用 密封材料层压制而成，有能抗冰雪、抗震、防压等多种优点， 即使在温度剧变的恶劣条件下也能正常使用，。所以柔性电池 能用在平板类太阳能电池难以胜任的许多领域，例如太阳能汽 车、飞机、飞艇、建筑、纺织品、帐篷、服装、头盔，玩具等 特殊曲面上。
单晶硅硅太阳能电池PPT课件
.
6
电池工作原理图
工作原理 图
.
7
• 电池工作原理：当太阳光照射到太阳电池
上并被吸收时，其中能量大于禁带宽度的
光子能把价带中电子激发到导带上去，形
成自由电子，价带中留下带正电的自由空
穴，即电子一空穴对；自由电子和空穴在
不停的运动中扩散到P-N结的空间电荷区，
被该区的内建电场分离，电子被扫到电池
的N型一侧，空穴被扫到电池的P型一侧，
从而在电池上下两面(两极)分别形成了正负
电荷积累，产生“光生电压”，即“光伏效应”
，若在电池两侧引出电极并接上负载，负
载中就有“光生电流”通.过。
8
电池片结构图
.
9
四.硅太阳能电池的制作流程
.
10
多晶硅太阳能电池制造
在制作多晶硅太阳能电池 时，作为原料的高纯硅不是 拉成单晶，而是熔化后浇铸 成正方形的硅锭，然后使用 切割机切成薄片，再加工成 电池。
• 单晶硅和多晶硅都是单质硅的一种形态。单晶硅即原子排 列得非常整齐，晶格位向完全一致，且无任何缺陷存在。 多晶硅即由许多位向不同的晶格组成，且其内部还存在着 多种晶体缺陷。
• 多晶硅是制造单晶硅的原料。
• 单晶是采取直拉发生产，直拉过程就是一个原子结构重组 的过程。而多晶多采用浇注法生产，就是直接把硅料倒入 坩埚中融化定型。
多晶硅薄膜是由许多大小不
等和具有不同晶面取向的小
晶粒构成的。其晶粒尺寸一
般约在几十至几百nm级，大
颗粒尺寸可达µm级。
.
11
•
单晶硅太阳能电
池制造工程由电池片
工程和模板工程组成。
•
电池片工程大致
可分为如下三部分：
单晶硅的制备ppt课件
(1)熔料。将坩埚内多晶料全部熔化； (2)引晶。将籽晶放下经烘烤后，使之接触熔体，籽晶向上提拉，控 制温度使熔体在籽晶上结晶； (3)缩颈。目的在于减少或消除位错，获得无位错单晶。 (4)放肩。使单晶长大到所需要的直径尺寸。 (5)等径。单晶保持圆柱形生长。 (6)收尾。将单晶直径逐渐缩小，最后呈锥形，以避免位错反延伸。
最新版整理ppt
24
直拉法的基本特点
最新版整理ppt
25
直拉法－几个基本问题
• 最大生长速度 • 熔体中的对流 • 生长界面形状（固液界面） • 生长过程中各阶段生长条件的差异
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8
直拉法工作原理：
1、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。
2、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。
3、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。
单 晶 硅 太 阳 能 电 池 板 最新版整理ppt
AMD 处 理 器
3
其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。 由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能 利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展， 成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。
太阳能电池的制作流程
（１）加料：
将多晶硅原料及 杂质放入石英坩 埚内，杂质的种 类依电阻的Ｎ或 Ｐ型而定。杂质 种类有硼、磷、 锑、砷，目前国 内太阳能行业仅 掺硼形成P型半导 体。
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单晶工艺流程简介
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直拉法的基本特点
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直拉法－几个基本问题
• 最大生长速度 • 熔体中的对流 • 生长界面形状（固液界面） • 生长过程中各阶段生长条件的差异
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直拉法工作原理：
1、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。
2、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。
3、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。
单 晶 硅 太 阳 能 电 池 板 最新版整理ppt
AMD 处 理 器
3
其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。 由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能 利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展， 成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。
太阳能电池的制作流程
（１）加料：
将多晶硅原料及 杂质放入石英坩 埚内，杂质的种 类依电阻的Ｎ或 Ｐ型而定。杂质 种类有硼、磷、 锑、砷，目前国 内太阳能行业仅 掺硼形成P型半导 体。
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单晶工艺流程简介
单晶硅材料ppt课件
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
硅材料还具有一些特殊的物理化学性能，如 硅材料熔化时体积缩小，固化是体积增大。硅材 料的硬度大，但脆性大，易破碎；作为脆性材料， 硅材料的抗拉应力远远大于抗剪切应力，在室温 下没有延展性；在热处理温度大于750℃时，硅 材料由脆性材料转变为塑性材料，早外加应力的 作用下，产生滑移位错，形成塑性变形。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
单晶硅是硅材料的重要形式，包括区熔单晶 硅和直拉单晶硅。
石英砂(SiO2)
焦炭反应
金属级硅（99%左右）
三 硅氯 烷氢 热硅 分氢 解还 法原
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
*迁移率是指载流子在单位电场作
用下的平均漂移速度，即载流子 在电场作用下运动速度的量度， 运动的越快，迁移率越大；运动 得慢，迁移率下。
*迁移率和载流子浓度一起决定
4.1 硅的基本性质 4.2 太阳电池用硅材料 4.3 高纯多晶硅的制备 4.4 太阳能级多晶硅的制备 4.5 区熔单晶硅 4.6 直拉单晶硅 4.7 硅晶片加工
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
每个硅原子外层的4个未配对的电子，分别与 相邻的硅原子的一个未配对的自旋方向相反的 价电子组成共价键，共价键的键角是109°28′， 其结构如图4.2所示。
单晶硅太阳电池工艺PPT演示文稿
目前大多数厂商采用中电48所和北京七星华创的国产扩散炉，国产炉扩散的均
匀性不好，气流量大，炉口密封性不好，常有绿色的偏磷酸生成。国外
Centrotherm公司生产的扩散炉也有少数公司采用，效果很好，缺点是编辑新扩散
工艺不方便，要求工艺人员会计算机编程语言才能编写工艺程序。
以下是我编写的一个扩散工艺recipe,采用了小气流量扩散工艺。
溶液中。
这里顺便提一下，国外的公司进行边缘刻蚀采用了激光刻蚀，用激光将
硅片边缘切除达到去N型区的目的，这一步在做成成品电池后进行，激光器
加在了烧结炉和Berger测试仪之间（后面会提及）。国内也尝试过这种办法，
但是激光刻蚀国内公司使用总是不稳定，所以很少有公司添加了这种设备，
拥有这种设备的公司一般只是在等离子刻蚀不完全时加上激光刻蚀，防止反
向漏电大现象。
10
Edge isolation and remove PSG
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PECVD
镀膜的原理相信大家都很清楚，单晶硅电池 镀膜的主要作用是减反射和钝化硅片表面悬 挂键。国内厂商所用的镀膜设备主要有两种， Roth&Rau公司的板式镀膜机和Centrotherm 的管式镀膜机。此外，中电48所采用自主制 造的管式镀膜机，南京中电采用了ATON 的 PVD镀膜。后面附上了板式PECVD设备的 一些图片，很遗憾没有管式设备的全貌图,右 边小角是管式设备镀膜装硅片所用的石墨舟。 商业化生产单晶硅电池镀膜主要是镀单层氮 化硅，厚度控制在75-80nm,折射率在2.0-2.1
验的工艺人员在场控制。
制绒工艺所用的化学辅料现在普遍是NaOH,异丙醇和硅酸钠。有个别公司不用硅酸钠。
5
扩散前清洗
制绒后会进行扩散制结，在扩散前要进行 酸洗，洗去硅片表面附着的金属离子。主 要采用盐酸溶液，清洗机一般采用捷佳创 和北京七星华创的。清洗作业还要用到HF 溶液，洗去硅片表面上的薄氧化层。硅片 经过两种酸液的清洗顺序没有严格要求， 一般是先经过HCl，再经过HF。
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很高的光吸收系数，1999年，2×2cm2电池的转换效率达22％。 • 1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产空
间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。 • 80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，生产能力由原来
的几百KW（千瓦）一下子提升到4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产 量则只有2MW左右。 • 1999年，保定天威英利新能源有限公司承建了 “多晶硅太阳能电池及应 用系统示范工程”项目，2003年12月正式通过国家验收，全线投产，填 补了我国不能商业化生产多晶硅太阳能电池的空白。
• 尽管我国从2007年开始成为世界生产太阳能电池最多的国家，但与国外 还有不少的差距。而且，在各种新型太阳能电池的开发上，我们还处在 起步的阶段，而国外已经有了很大的发展，因此，我国太阳能电池的发 展任重而道远。
2021/3/7
CHENLI
9
2021/3/7
CHENLI
10
【❸】单晶硅太阳电池的制造工艺
PECVD • Na2SiO3：控制反应速度
• HCl：去除硅片表面的金属离子
丝网印刷
• HF：去除硅片表面的硅酸钠和氧化物
烧结
测试分选
2021/3/7
CHENLI
12
单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒
扩散制结
扩散
• 目的：制备PN结
刻蚀 • 实现方法：通过高温扩散，在p型硅片表面扩散一n层，
二次清洗
形成pn结。
PECVD
丝网印刷
烧结
测试分选
2021/3/7
CHENLI
13
单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒
• POCl3在高温下（>600℃），有充足的氧气时，其反应
扩散
式如下：
刻蚀
PO 3 O C 2 l6 0 C 0 P 2 O 5 C 2 l
• 生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅
单晶硅电池材料
❶硅的介绍 ❷单晶硅生产流程 ❸单晶硅太阳能电池的生产流程 ❹单晶硅太阳能电池的应用
2021/3/7
CHENLI
俞亮 周小雄
1
【❶】硅的介绍
硅材料是半导体行业中最重要且应用最广的元素半导体，是微电 子工业和太阳能光伏工业的基础材料。由于硅材料的独特性质， 成为现代电子工业和信息社会基础，其发展是20世纪材料和电子 领域的里程碑，它的发展和应用直接促进了20世纪全球科技和工 业的高速发展，因而被称为进入了“硅时代”。硅具有元素含量 含量丰富、化学稳定性好、无环境污染等优点，又具有良好的半 导体特性。 半导体特性： ①添加杂质——导电性能↑ ②光照↑导电能力↑，光照↓导电能力↓，无光照不导电 ③温度↑导电能力↑；温度↓导电能力↓
2021/3/7
CHENLI
2
硅材料有多种晶体形式，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅，应 用于太阳电池工业领域的硅材料包括直拉单晶硅、薄膜非晶 硅、铸造多晶硅、带状多晶硅和薄膜多晶硅，他们有各自的 优缺点，其中直拉单晶硅和铸造多晶硅应用最为广泛，占太 阳能光电材料的90%左右。
单晶硅 —— 硅片 —— 电池片 —— 组件
2021/3/7
CHENLI
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【❷】单晶硅的生产流程
石英砂(SiO2)
焦炭反应
金属级硅（99%左右）
硅 烷 热 分 解 法
三 氯 氢 硅 氢 还 原
法
作为单晶硅原料的高纯多晶硅
四二 氯氯 化二 硅氢 还硅 原还 法原
法
2021/3/7
CHENLI
4
高纯多晶硅原料
熔化
种晶
收尾
等径
缩颈 放肩
圆柱状单晶硅
• 2005年，国内第一个300吨多晶硅生产项目在洛阳中硅建成投产，拉开了 中国多晶硅大发展的序幕。
• 2005年12月14日，无锡尚德在美国纽约证券交易所挂牌，成为中国内地 首家在纽交所挂牌上市的民营高科技企业。从此，国内太阳能电池的生 产和研发也驶入了快车道。
• 2007年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一，成为世界第 一大太阳能电池生产国。
二次清洗 （SiO2）和磷原子，其反应式如下：
2O P 5S 5iS i4O P
PECVD
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2
丝网印刷
烧结
测试分选
2021/3/7
CHENLI
14
单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒
等离子刻蚀
扩散
• 目的：去除硅片边缘的PN结，防止短路
刻蚀 • 实现方法：利用辉光放电过程中等离子体所引起的化学
二次清洗
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CHENLI
5
直拉单晶硅的制备工艺一般工作流程
多晶硅的装料→熔化→种晶→缩颈→放肩→收尾
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CHENLI
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CHENLI
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太阳能电池的发展历史
• 1839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应。 • 1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池。 • 1958年我国研制出了首块硅单晶，研发出的电池主要用于空间领域。 • 70年代末，我国与国际同期开展了砷化镓太阳能电池研究，该电池具有
11
单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒 • 单晶制绒：NaOH、Na2SiO3、IPA(异丙醇)
扩散
S 2 i N a H 2 O O N H 2 Sa 3 i2 H O 2
• 清洗：HCl、HF
刻蚀
S 2 i 6 H O H F 2 S 6 i 2 H F 2 O
二次清洗 • IPA：消泡剂
反应，产生挥发性的产物对硅的腐蚀特性，达到边缘腐 蚀去除周边扩散层的目的
PECVD 丝网印刷
磷硅玻璃 N型硅
烧结 测试分选
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P型硅 N型硅 磷硅玻璃源自2021/3/7CHENLI
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• 2002年9月，尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产，产能相当于此前 四年全国太阳电池产量的总和，一举将我国与国际光伏产业的差距缩短 了15年。
• 2004年1月19日，中国第一台12对棒多晶硅高效节能大还原炉在中硅高科 试验成功，各项技术指标均达到国际先进水平。至此，中国人掌握了由 美国、日本、德国等国垄断20余年的多晶硅生产核心技术。
制绒 扩散 刻蚀 二次清洗 PECVD
制绒及一次清洗
• 目的：增加照射到太阳能电池片表面光的吸收，减少反 射。
• 实现方法：利用酸碱对硅片表面进行腐蚀，在硅片表面 腐蚀出“倒金字塔”形状的凹凸，增加光在表面的反射 次数从而达到增加光吸收的目的。
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烧结
测试分选
2021/3/7
反射+吸收+C散HE射NL+I 透射=100%
间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。 • 80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，生产能力由原来
的几百KW（千瓦）一下子提升到4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产 量则只有2MW左右。 • 1999年，保定天威英利新能源有限公司承建了 “多晶硅太阳能电池及应 用系统示范工程”项目，2003年12月正式通过国家验收，全线投产，填 补了我国不能商业化生产多晶硅太阳能电池的空白。
• 尽管我国从2007年开始成为世界生产太阳能电池最多的国家，但与国外 还有不少的差距。而且，在各种新型太阳能电池的开发上，我们还处在 起步的阶段，而国外已经有了很大的发展，因此，我国太阳能电池的发 展任重而道远。
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【❸】单晶硅太阳电池的制造工艺
PECVD • Na2SiO3：控制反应速度
• HCl：去除硅片表面的金属离子
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• HF：去除硅片表面的硅酸钠和氧化物
烧结
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单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒
扩散制结
扩散
• 目的：制备PN结
刻蚀 • 实现方法：通过高温扩散，在p型硅片表面扩散一n层，
二次清洗
形成pn结。
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单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒
• POCl3在高温下（>600℃），有充足的氧气时，其反应
扩散
式如下：
刻蚀
PO 3 O C 2 l6 0 C 0 P 2 O 5 C 2 l
• 生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅
单晶硅电池材料
❶硅的介绍 ❷单晶硅生产流程 ❸单晶硅太阳能电池的生产流程 ❹单晶硅太阳能电池的应用
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俞亮 周小雄
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【❶】硅的介绍
硅材料是半导体行业中最重要且应用最广的元素半导体，是微电 子工业和太阳能光伏工业的基础材料。由于硅材料的独特性质， 成为现代电子工业和信息社会基础，其发展是20世纪材料和电子 领域的里程碑，它的发展和应用直接促进了20世纪全球科技和工 业的高速发展，因而被称为进入了“硅时代”。硅具有元素含量 含量丰富、化学稳定性好、无环境污染等优点，又具有良好的半 导体特性。 半导体特性： ①添加杂质——导电性能↑ ②光照↑导电能力↑，光照↓导电能力↓，无光照不导电 ③温度↑导电能力↑；温度↓导电能力↓
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硅材料有多种晶体形式，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅，应 用于太阳电池工业领域的硅材料包括直拉单晶硅、薄膜非晶 硅、铸造多晶硅、带状多晶硅和薄膜多晶硅，他们有各自的 优缺点，其中直拉单晶硅和铸造多晶硅应用最为广泛，占太 阳能光电材料的90%左右。
单晶硅 —— 硅片 —— 电池片 —— 组件
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【❷】单晶硅的生产流程
石英砂(SiO2)
焦炭反应
金属级硅（99%左右）
硅 烷 热 分 解 法
三 氯 氢 硅 氢 还 原
法
作为单晶硅原料的高纯多晶硅
四二 氯氯 化二 硅氢 还硅 原还 法原
法
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4
高纯多晶硅原料
熔化
种晶
收尾
等径
缩颈 放肩
圆柱状单晶硅
• 2005年，国内第一个300吨多晶硅生产项目在洛阳中硅建成投产，拉开了 中国多晶硅大发展的序幕。
• 2005年12月14日，无锡尚德在美国纽约证券交易所挂牌，成为中国内地 首家在纽交所挂牌上市的民营高科技企业。从此，国内太阳能电池的生 产和研发也驶入了快车道。
• 2007年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一，成为世界第 一大太阳能电池生产国。
二次清洗 （SiO2）和磷原子，其反应式如下：
2O P 5S 5iS i4O P
PECVD
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单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒
等离子刻蚀
扩散
• 目的：去除硅片边缘的PN结，防止短路
刻蚀 • 实现方法：利用辉光放电过程中等离子体所引起的化学
二次清洗
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直拉单晶硅的制备工艺一般工作流程
多晶硅的装料→熔化→种晶→缩颈→放肩→收尾
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太阳能电池的发展历史
• 1839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应。 • 1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池。 • 1958年我国研制出了首块硅单晶，研发出的电池主要用于空间领域。 • 70年代末，我国与国际同期开展了砷化镓太阳能电池研究，该电池具有
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单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒 • 单晶制绒：NaOH、Na2SiO3、IPA(异丙醇)
扩散
S 2 i N a H 2 O O N H 2 Sa 3 i2 H O 2
• 清洗：HCl、HF
刻蚀
S 2 i 6 H O H F 2 S 6 i 2 H F 2 O
二次清洗 • IPA：消泡剂
反应，产生挥发性的产物对硅的腐蚀特性，达到边缘腐 蚀去除周边扩散层的目的
PECVD 丝网印刷
磷硅玻璃 N型硅
烧结 测试分选
2021/3/7
CHENLI
P型硅 N型硅 磷硅玻璃源自2021/3/7CHENLI
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• 2002年9月，尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产，产能相当于此前 四年全国太阳电池产量的总和，一举将我国与国际光伏产业的差距缩短 了15年。
• 2004年1月19日，中国第一台12对棒多晶硅高效节能大还原炉在中硅高科 试验成功，各项技术指标均达到国际先进水平。至此，中国人掌握了由 美国、日本、德国等国垄断20余年的多晶硅生产核心技术。
制绒 扩散 刻蚀 二次清洗 PECVD
制绒及一次清洗
• 目的：增加照射到太阳能电池片表面光的吸收，减少反 射。
• 实现方法：利用酸碱对硅片表面进行腐蚀，在硅片表面 腐蚀出“倒金字塔”形状的凹凸，增加光在表面的反射 次数从而达到增加光吸收的目的。
丝网印刷
烧结
测试分选
2021/3/7
反射+吸收+C散HE射NL+I 透射=100%