太阳能光伏技术分析

3.3制绒反应机理
6HF+4HNO3+Si ＝H2[SiF6]+4NO2+4H2O • 这是反应总方程式，其中可以分解为以下两步： • 硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是
亚硝酸将硅氧化）。（此反应也可理解为自催化反应） • 二氧化硅和氢氟酸反应（快反应），生成四氟化硅和
水（快反应），四氟化硅又和水化合成氟硅酸进入溶 液
(1) 本征半导体
纯净的半导体，在不受外界作用时，导电 能力很差。而在一定的温度或光照等作用下，晶 体中的价电子有一部分可能会冲破共价键的束缚 而成为一个自由电子。同时形成一个电子空位， 称之为“空穴”。从能带图上看，就是电子离开 了价带跃迁到导带，从而在价带中留下了空穴， 产生了一对电子和空穴。通常将这种只含有“电 子空穴对”的半导体称为本征半导体。半导体就 是靠着电子和空穴的移动来导电的，因此，电子 和空穴被统称为载流子。
随着载流子扩散的进行，空间电荷逐渐增多，空间电荷区逐渐展宽，内 建电场逐渐增强，因此载流子的漂移也逐渐加强。在无外加电压的情况下，载流 子的扩散和漂移最终达到动态平衡，即从n区扩散到p区多少电子，同时就有多少 电子在内建电场的作用下漂移回n区。因而电子的扩散电流和漂移电流大小相等、 方向相反而相互抵消。对于空穴，情况完全相似。因此，没有净电流流过p-n结， 称这种情况为热平衡状态下的p-n结，简称平衡p-n结。
• 进入“Manual”选单中“Etch bath”，点击＂Drain Bath", 把 Etch bath 中的反应液排到 Tank内。点击 F10 退回主菜 单，确认 Etch Bath 模块显示黄色＂not ready"和黄色 “draining”．等待 Etch bath 排液完成，在 Etch bath 模 块上只显示为黄色“not ready”。表明液体排完．
8
1.3半导体p-n结原理
空间电荷区的这些电荷产生了从n区指向p区，即从正电荷指向负电荷的 电场E，称为内建电场。在内建电场的作用下载流子做漂移运动，n区的空穴向p 区运动，p区的电子向n区运动。显然，电子和空穴的漂移运动与它们各自的扩散 运动方向相反。因此，内建电场起着阻碍电子和空穴继续运动的作用。
太阳能电池原理与工艺流程
1
目录
一.太阳能电池基础理论 1. 半导体基础知识 2. 太阳能电池设计 二.多晶硅电池片工艺 3. RENA清洗制绒 4. TEMPRESS扩散制P-N结 5. RENA刻蚀及去PSG 6. CENTROTHERM管式炉PECVD镀膜 7. BACCINI丝网印刷与TP-SOLAR烧结 8. HALM分检
1.4 p-n结性质
实验：在pn结两端接上电池，电池正极接p型半导体，负极接n型半导体， 如 图(a)，电流表有读数。电池正极接n型半导体，负极接p型半导体，如 图(b)，电流表的读数接近零。 结论：pn结具有只让电流从一个方向通过的单向导通性。
电流方向
pn
pn
i
（a）
pn结加压的实验
（b）
1.4 p-n结性质
• 检查各门的位置，正确地调整好它们。点击右下方的“锁上机 台”，门将被密封。
• 若门未正确地调整好位置，Alert 警报会出现。再次登录，调 整好门的位置，按 F1 消除警报，再登出
3.9 开关机操作
• 生产过程中的参数修改: (仅工艺人员及经培 训合格的员工修改)
• 参数表中的滚轴速度:0.8-1.5 m/min • 刻蚀槽温度：8-10 ℃ • 刻蚀槽流量:140 L/ min • 刻蚀槽中HNO3和HF的浓度更改，通过在下图中各自添加相应的
● 硅太阳电池： 1)单晶硅片 2)多晶硅片 3)非晶硅薄膜 4)多晶硅薄膜
二.多晶硅电池片工艺
硅片的制造过程
•
15
电池片生产流程
制绒－化学清洗－扩散－刻蚀－去磷硅玻璃－ PECVD －丝网印刷－烧结－分类检测－包装
① －制绒－化学清洗（前清洗区） ② －扩散（扩散区） ③ －刻蚀－去磷硅玻璃（后清洗区） ④ － PECVD （PECVD区） ⑤ －丝网印刷－烧结－分类检测－包装（金属化区）
• Isotropic etching: same etching speed in all crystallographic directions
• Saw damage surface topology gets preserved • Preferential etching of saw damaged areas
是少数载流子的运动。而少子密度很低，随着电压的升高，少数载流子被抽空，
反向电流不再变化，达到饱和。
p
n
空穴移动
-+ -+
-+
—
-
+ + 电子移动
+
-+
pn结电场方向
外加反向电压产生的电场方向
反向电流很小 (b)外加反向电压时阻挡层变厚
外加电场方向对pn结的影响
2.太阳电池的设计与工作过程
—光生伏特效应
-吸收光子，产生电子空穴对 -电子空穴对被内建电场分离，在PN结两端产生电势 -将PN结用导线连接，形成电流 -在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换
• 太阳电池 — 将太阳光能直接转换为电能的半导体器件。
太阳电池种类： 1) Si太阳电池 2) GaAs太阳电池 3) 染料敏化电池 4) Cu2S电池
-+
- + pn结电场方向
外加正向电压产生的电场方向
正向电流很大
(a) 外加正向电压时阻挡层变薄
外加电场方向对pn结的影响
1.4 p-n结性质
➢当p-n结反向偏压时，即p区接负，n区接正。由于外加电压与内建电场方向一
致，致使空间电荷区展宽，电场强度增强，载流子漂移运动增强，扩散减弱。反
向偏压驱使p区的少子电子向n区运动，n区空穴向p区运动，因此，反偏压驱使的
• 点击 Mode Auto按钮，设备进入自动模式，在界面上所有操作 单元下方从黄色“Manual”转变成绿色“Auto”.
• 设备将自动开始从 Tank 中向 Etch bath 添加腐蚀液，界面 上 Etch bath 单元下方显示为黄色“Filling chemie”和黄 色＂not ready",等待 Etch bath 添加完成，等待碱槽和酸槽 温度显示稳定，下方显示为绿色“Full chemie”和绿色 “Ready”。
依靠电子导电的半导体称为电子型半导体，简称N型 半导体。
1.2半导体中的“电子”和“空穴”
N型硅片
多余电子
1.3半导体p-n结原理
太阳电池的p-n结是由高纯半导体材料经过p型和n型杂质的掺杂而形 成。p-n结是太阳电池的“心脏” 。
当n型和p型半导体紧密结合形成p-n结时，由于它们之间存在载流子浓度 梯度，导致了空穴从p区向n区、电子从n区向p区的扩散运动。对于p区，空穴离 开后留下了不可动的带负电荷的电离受主。这些电离受主没有正电荷与之保持电 中性，因此，在p-n结附近p区一侧形成了一个负的空间电荷区。同理，电子的扩 散在p-n结附近的n区一侧形成了带正电正空间电荷区。
2
一.太阳能电池基础理论
1.1半导体材料
物体的导电能力，一般用材料电阻率的大小来 衡量。电阻率越大，说明这种材料的导电能力越弱 。
电阻率 Ω· CM
导体 <10-4
半导体 10-3~109
绝缘体 >109
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下图所示
1.2半导体中的“电子”和“空穴”
* 硅片浸在刻蚀槽液体内，其它化学槽和水槽都是喷淋结构，酸 洗槽片子是喷淋和浸入同时进行。
* 最后一道水喷淋（第三道水喷淋）由于要将所有化学品全部洗掉 ，所以水压最大。相应的，最后的吹干风刀气压最大。（只是相 对而言）
18
3.2清洗制绒处理的目的
去除硅片表面的机械损伤层 清除表面油污和金属杂质 形成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳光的吸收
5
24
3.8 RENA主界面详细介绍
25
25
3.9 开关机操作
• 开始生产操作：登入用户名后检查配套动力项目是否正常
•
阀门压缩气： 0.65±0.05Mpa
•
风刀压缩气： 0.6±0.05Mpa
•
冷却水： 进0.44±0.05Mpa，出为0Mpa，
•
温度〈20度。
•
纯水：
0.3-0.4Mpa
•
自来水： 0.2±0.05Mpa
•
化学品供应：在软件界面下，点击Ｆ10 查看各 Media
Supply 均正常供应（箭头均为绿色）
26
3.9 开关机操作
• 点击 Manual 按钮,随后点 F4（三次），进入Ｄrives 菜单， 点击 All Conveyor,点击 Stop 停止滚轮，点F10退回主界面.
• 点击Manual 按钮，随后点F4一次，进入Acidic菜单，点击 Start Circulation.，开始循环，点F10退回主界面.
量来增加浓度：在左侧相应方框内填写需添加的量然后点击 “START HF”，“START HNO3” 或“Replenishment Di Water”既可。
3.10 工艺卫生要求
（1）按要求穿上工作服，口罩，头罩，戴上PVC乳胶手套。 （2）制绒车间按要求下班前打扫一次，中途如地面弄脏需另外打扫，保持车间 洁净。 （3）物品和工具定点放置，用过的工具要放回原位，严禁乱放。 （4）传递窗在生产中要保持密闭状态，传递硅片时不得同时打开。
• 随后点击＂Production start"按钮各模块自动运行． • 界面显示各模块均为绿色“Ready”和绿色＂in
process＂．即设备进入正常生产状态。
3.9 开关机操作
• 停止生产操作：点击界面下方的“Scheduled Stop”按
钮。确认各模块均停止工作，点击“Mode manual＂按钮进入 手动模式，点击 manual 进入Ｄrives 菜 单，点击 All Conveyor,点击 Start 启动滚轮，点击 F10 退回主界面.
1.2半导体中的“电子”和“空穴”
（2） N型半导体
磷（P)，锑（sb )等五族元素原子的最外层有 五个电子，它在硅中是处于替位式状态，占据了一个 原来应是硅原子所处的晶格位置，磷原子最外层五个 电子中只有四个参加共价键，另一个不在价键上，成 为自由电子，失去电子的磷原子是一个带正电的正离 子，没有产生相应的空穴。正离子处于晶格位置上， 不能自由运动，它不是载流子。因此，掺入磷的半导 体起导电作用的，主要是磷所提供的自由电子，这种
Etch weight
0.32-0.37g
reflection
Measure（D8)
Inspection by eye or camera Wafer surface contamination
22
3.6酸制绒
• Texturing of multi (mono) wafers with HF, HNO3 and DI water at 6-8
16
3.RENA清洗制绒
RENA设备外观
17
17
3.1RENA INTEX 大致构造
上 片
刻蚀槽 HNO3/
HF
水 喷 淋
水
碱洗槽 喷
KOH
淋
酸洗槽 HCl/HF
水吹 喷干 淋风
下 片
刀
*“一化一水”，硅片每经过一次化学品，都会经过一次水喷淋清 洗。
* 槽和槽之间都有吹液风刀。（风刀主要是将液体吹回槽体，防止 液位降低造成报警）
3.4清洗பைடு நூலகம்理
✓ HF去除硅片表面氧化层：
SiO 2 6HF H2SiF6 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。
21
3.5工艺参数
weight before and after etch
SEM picture: as cut wafer
SEM picture: acid textured wafer
23
3.7 Texture quality
Too shiny
1
Reason:
More HNO3 Less HF
standard
Reason: More HF Less HNO3
Too dark
➢当pn结正向偏压时，即p区接电池正极，n区接电池负极，这时外加电压在p-n 结中产生的电场方向是由p区指向n区的，恰好与pn结原来形成的电场方向相反。 因此，正向偏压是使n区和p区的多数载流子分别注入给对方，在这两个区域形成 少子积累和扩散电流。
p
n
- + 空穴移动方向
-+
-+
+
-+
—
电子移动方向