太阳能电池知识介绍

制绒和清洗—绒面光学原理
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，从而增加吸收率。 依靠表面金字塔形的方锥结构,对光进行多次反射,不仅减少了反射损失,而且改 变了光在硅中的前进方向,延长了光程,增加了光生载流子的产量；曲折的绒面又 增加了p-n结面积,从而增加对光生载流子的收集率；并改善了电池的红光响应。
N型半导体（施主掺杂）--提供自由电子
多余 电子
扩散—磷扩散方法
１．三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 ２．喷涂磷酸水溶液后链式扩散
３．丝网印刷磷浆料后链式扩散 本公司目前采用的是第一种方法。 POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到到PN结均 匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大面 积结的太阳电池是非常重要的。
制绒和清洗—常见问题
表面问题 我们可以称硅片表面为电池片的脸，脸洗不好，是最容易 被察觉的。常见的问题有： 单晶：雨点，白斑，发白，发亮，流水印等 多晶：一般不存在什么表面的问题，主要集中多 晶体单晶面的问题上。 绒面问题 单晶：金字塔尺寸大小不均，过大，过小等 多晶：减薄不够导致损伤层去除不净，腐蚀坑过 深过窄，减薄过大导致腐蚀坑过大，大的 不规则腐蚀坑洞较多，绒面一致性差等。
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这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷 硅玻璃。
去PSG清洗—目的
这一薄层的厚度很是不均匀，不能充分被利用做 减反，加上薄层中的富P原子对后道高温之后可能 起到的负面影响，所以磷硅玻璃层是需要去掉的 。
此工序的目的就是将这一层物质去除干净。
酸洗 水洗 喷淋 甩干
去PSG清洗—注意事项
2.太阳能电池的结构
传统结构:BSF电池
新型结构:PESC、
、紫光电池、绒面电池、异质结太阳电池
、M1S电池、 MINP电池、聚光电池
PERC 、PERL、埋栅电池、 PCC、 LBSF、异质pp+结
硅棒的铸造
单晶硅
多晶硅
单晶硅与多晶硅
单晶硅：
在整个晶体内，原 子都是周期性的规则排 列，称之为单晶。
制绒和清洗—硅片表面预处理
硅片表面沾污主要包 括：
有机杂质沾污
颗粒沾污
金属粒子沾污
制绒和清洗—化学清洗原理
HF去除硅片表面氧化层：
SiO 2 6HF H2 SiF6 2H2O
HCl去除硅片表面金属杂质：
盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与 Pt 2+、Au 3+、 Ag +、Cu +、Cd 2+、Hg 2+等金属离子 形成可溶于水的络合物。
丝网印刷与烧结
丝网印刷—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。
丝网印刷—基本原理
丝网印刷—三个步骤
背电极印刷及烘干
使用浆料为银铝浆 作用：与电池片的正电极 连接，其焊接作用。
背电场印刷及烘干
使用浆料为铝浆 作用： ①吸收硅片中的杂质，缺 陷。 ②形成P++，Si- Al合金， 起钝化作用。 ③反射光线。
PECVD
PECVD—SiNx:H减反射膜
PECVD=Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 即“等离子增强型化学气相沉积”，是一种化学气相沉积。
PECVD是借助微波使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体， 而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。
由于掺P的硅片表面要比掺B的硅片表面更容易氧化，也 就是说，扩散面相比要更容易被氧化，所以，清洗后的 硅片必须尽快镀膜。原则上是清洗过后的硅片应立即镀 膜，不允许停留；如果带有水的硅片，在空气中停留时 间过长，将会在镀膜工序出现水纹印现象，影响外观。 有氢氟酸和硅片接触的地方，禁止近距离使用照明。 烘干或甩干的时间不能随便缩短！防止干燥不彻底。 当硅片从1号槽氢氟酸中提起时，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。
制绒和清洗—单晶制绒腐蚀原理
单晶硅片的绒面金相显微镜图片
利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶体 取向上具有不同腐蚀速率的各向异性腐蚀 特性，在硅片表面腐蚀形成角锥体（就是 我们所说的金字塔）密布的表面形貌 ， 就称为表面织构化。角锥体四面全是由 〈111〉面包围形成。
制绒和清洗—多晶制绒腐蚀原理
多晶硅片的绒面金相显微镜图片
太阳能电池知识介绍
部门:工艺部 日期：2012-5-21
目录
1. 电池片知识介绍
2. 电池片生产流程及原理
3. 产品类型及特性
电池片知识介绍
光伏产业流程
太阳能电池分类与结构
1.太阳电池的分类
按结构分:同质结、异质结、肖特基、多结 按材料分：晶体硅、化和物半导体、有机半导体、薄膜 按用途分:空间、地面
PECVD—SiNx:H减反射膜
物理性质和化学性质： 结构致密，硬度大 能抵御碱金属离子的侵蚀 介电强度高 耐湿性好 耐一般的酸碱，除HF和热H3PO4
在太阳能电池上作为减反射膜可以兼具减反射和钝化的作用。
PECVD—SiNx:H减反射膜
光照射在硅片表面时，反射会使光损失约三分之一。如果在硅表面有一层或多 层合适的薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，这种膜称为太 阳电池的减反射膜（ARC，antireflection coating）。
多晶硅制绒是损伤层的去除和制绒面同时 进行的。控制的主要参数是减薄量。为保证 损伤层的去除干净，减薄必须要够，但不能 过大。我们使用的多晶酸腐工艺是适用的 CrO3和HF，CrO3的主要作用是起氧化，HF的 作用是去除氧化层，二者结合在一块使得硅 片不断的剥离反应。单独一样化学药品是达 不到腐蚀效果的。
扩散—扩散层薄层电阻及其测量
在太阳电池扩散工艺中，扩散层薄层电阻 （方块电阻）是反映扩散层质量是否符合 设计要求的重要工艺指标之一。
方块电阻也是标志进入半导体中的杂质总 量的一个重要参数。
扩散—扩散层薄层电阻及其测量
测试档
升降按钮
等离子体刻蚀
等离子体刻蚀—刻蚀的目的
由于在扩散过程中，即使采用背靠背的单面扩散方式，硅片的所有 表面（包括边缘）都将不可避免地扩散上磷。PN结的正面所收集到 的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短 路。此短路通道等效于降低并联电阻。 经过刻蚀工序，硅片边缘的带有的磷将会被去除干净，避免PN结短 路造成并联电阻降低。
扩散的目的：形成PN结
硅太阳能电池工作原理与特性
硅太阳电池生产中常用的硅（Si），磷（P），硼（B）元素的原子 结构模型如图所示
第三层4个电子 第二层8个电子 第一层2个电子 最外层5个电子 最外层3个电子
Si +14
P +15
B
si
P
B
扩散—半导体的特性
P型半导体（受主掺杂）--接受自由电子
空 键 接受电 子 空 穴
扩散－－ 太阳电池制造的核心工序
扩散—原理
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。 如果我们把这种硅片放在一个石 英容器内，同时对此石英容器内加热 到一定温度，并将含磷的气体通入这 个石英容器内，这时施主杂质磷可从 化合物中分解出来，在容器内充满着 含磷的蒸汽。 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，在没有渗透的 一面是原始P型的， 这样就达到了在 硅片内部形成了所要的PN结。----这 就是所说的扩散。
去PSG清洗
去PSG清洗—目的
扩散后清洗又称去PSG工序。
去PSG清洗—目的
在扩散过程中发生如下反应：
4POCl3 5O2 2PO 2 5 6Cl2
POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面， P2O5与Si反应生 成SiO2和磷原子：
2P O 5Si 5SiO 4P
关键的工艺参数是射频功率和刻蚀时间，效果反应为有效刻蚀宽度。
刻蚀不足：电池的并联电阻会下降。 射频功率过高：等离子体中离子的能量较高会对硅片边缘造成较大的轰 击损伤，导致边缘区域的电性能差从而使电池的性能下降。在结区（耗 尽层）造成的损伤会使得结区复合增加。 刻蚀时间过长：刻蚀时间越长对电池片的正反面造成损伤影响越大，时 间长到一定程度损伤不可避免会延伸到正面结区，即出现钻刻现象，从 而导致损伤区域高复合。 射频功率太低：会使等离子体不稳定和分布不均匀，从而使某些区域刻 蚀过度而某些区域刻蚀不足，导致并联电阻下降。
来料检 验 插片 绒后称 重
检查绒 面
甩干
喷淋
水洗
制绒和清洗—硅片表面损伤层的去除
表面损伤层的危害 表面损伤层如果去除不净，将会导致残余缺陷、残余缺陷在后续高温处 理过程中向材料深处继续延伸、切割过程中导致的杂质未能完全去除，这些 都会增加硅片的表面复合速率，严重影响电池片的效率。 损伤层的去除方法 就目前线切割技术来说，一般硅片表面的损伤层厚度（双面）保持在 10um，通过硅片的减薄量来衡量。对于单晶硅片，通常采用粗抛或细抛的方 法来消除。但由于现在市场上的硅片普遍较薄，所以，粗泡的方法一般不会 采用。我们目前单晶制绒的工艺，制绒前的高温稀碱超声就是细抛。对于多 晶硅片，通常都会在制绒的同时已经对损伤层进行了去除，单晶有时候也是 采用这样的方法的。
等离子体刻蚀—刻蚀原理
通常的刻蚀方法包括干法刻蚀和湿法刻蚀。 我们目前使用的刻蚀工艺就是干法刻蚀，其工作机理为： 使用等离子体进行刻蚀。采用高频辉光放电反应，使 反应气体激活成活性粒子，如原子或各种游离基，这些活 性粒子扩散到硅片边缘，在那里与硅进行反应，形成挥发 性生成物四氟化硅而被去除。