光伏材料加工工艺

《光伏材料加工工艺》

实践报告

题目光伏材料加工工艺

专业光伏材料及应用

学生姓名李生怀

准考证号036811300243

指导教师陈立

2012 年 04 月

目录

一、实践目的 (3)

二、多晶硅太阳能电池简介 (3)

三、PN结的形成技术 (3)

四、太阳能电池片的制作流程 (4)

五、太阳能电池片的化学清洗工艺 (5)

六、太阳能电池组件封装工艺流程 (6)

七、实践心得 (7)

一、实践目的

光伏材料是指能将太阳能直接转换成电能的材料。光伏材料又称太阳电池材料，只有半导体材料具有这种功能。可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空间的有单晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅。本实践课程的主要目的就是学习光伏材料的加工工艺，掌握光伏材料加工的流程。

二、多晶硅太阳能电池简介

多晶硅太阳电池使用的材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅材料和冶金级硅材料熔化浇铸而成，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材料利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，其光电转换效率在12%左右，稍低于单晶硅太阳电池，但其材料制造简便，电耗低，总的生产成本较低，因此得到广泛应用。

三、PN结的形成技术

[1]发射区形成和磷吸杂

对于高效太阳能电池，发射区的形成一般采用选择扩散，在金属电极下方形成重杂质区域而在电极间实现浅浓度扩散，发射区的浅浓度扩散即增强了电池对蓝光的响应，又使硅表面易于钝化。扩散的方法有两步扩散工艺、扩散加腐蚀工艺和掩埋扩散工艺。目前采用选择扩散，15×15cm2电池转换效率达到16.4%，n++、n+区域的表面方块电阻分别为20Ω和80Ω.对于Mc—Si材料，扩磷吸杂对电池的影响得到广泛的研究，较长时间的磷吸杂过程（一般3～4小时），可使一些Mc—Si的少子扩散长度提高两个数量级。在对衬底浓度对吸杂效应的研究中发现，即便对高浓度的衬第材料，经吸杂也能够获得较大的少子扩散长度（大于200微米），电池的开路电压大于638mv, 转换效率超过17％。

[2]背表面场的形成及铝吸杂技术

在Mc—Si电池中，背p+p结由均匀扩散铝或硼形成，硼源一般为BN、BBr、APCVD SiO2：B2O8等，铝扩散为蒸发或丝网印刷铝，800度下烧结所完成，对铝吸杂的作用也开展了大量的研究，与磷扩散吸杂不同，铝吸杂在相对较低的温度下进行。其中体缺陷也参与了杂质的溶解和沉积，而在较高温度下，沉积的杂质易于溶解进入硅中，对Mc—Si产生不利的影响。到目前为至，区域背场已应用于单晶硅电池工艺中，但在多晶硅中，还是应用全铝背表面场结构。

[3]双面Mc—Si电池

Mc—Si双面电池其正面为常规结构，背面为N＋和P＋相互交叉的结构，这样，正面光照产生的但位于背面附近的光生少子可由背电极有效吸收。背电极作为对正面电极的有效补充，也作为一个独立的栽流子收集器对背面光照和散射光产生作用，据报道，在AM1.5条件下，转换效率超过19％。

四、太阳能电池片的制作流程

太阳能电池片制作工艺流程如图1

图1

具体的制作工艺说明：

（1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。

（2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。

（3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。

（4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN＋结，结深一般为0.3－0.5um。

（5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极

短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。

（6）去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。

（7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。

（8）制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反

射膜。制作减反射膜的材料有MgF

2，SiO

2

，Al

2

O

3

，SiO ，Si

3

N

4

，TiO

2

，Ta

2

O

5

等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。

（9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。

（10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。

生产电池片的工艺比较复杂，一般要经过硅片检测、表面制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀、镀减反射膜、丝网印刷、快速烧结和检测分装等主要步骤。这里介绍的是晶硅太阳能电池片生产的一般工艺与设备。

五、太阳能电池片的化学清洗工艺

切片要求：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。③提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。④提高切割速度，实现自动化切割。

具体来说太阳能硅片表面沾污大致可分为三类：

1、有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来去除。

2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声波清洗技术来去除粒径≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除≥ 0.2 μm颗粒。

3、金属离子沾污：该污染必须采用化学的方法才能将其清洗掉。硅片表面金属杂质沾污又可分为两大类：

①沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。

②带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。

金属离子沾污的清除方法如下：

①用 H

2O

2

作强氧化剂，使“电镀”附着到硅表面的金属离子氧化成金属，溶解

在清洗液中或吸附在硅片表面。

②用无害的小直径强正离子（如H+），一般用HCL作为H+的来源，替代吸附在硅片表面的金属离子，使其溶解于清洗液中，从而清除金属离子。

③用大量去离子水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。

由于SC-1是H

2O

2

和NH

4

OH的碱性溶液，通过H

2

O

2

的强氧化和NH

4

OH的溶解作