太阳能电池制造工艺.ppt
太阳能电池制造工艺太阳能电池制造工艺一、硅太阳能电池工作原理一、硅太阳能电池工作原理太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用中；洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。域，是其中最受瞩目的项目之一。制作太阳能电池主要是制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生内光电效应，吸收光能后发生内光电效应，将光能转换为电能将光能转换为电能。根据所。根据所用材料的不同，太阳能电池用材料的不同，太阳能电池可分为：硅基太阳能电池和可分为：硅基太阳能电池和薄膜电池，本章主要讲硅基薄膜电池，本章主要讲硅基太阳能电池。太阳能电池。二太阳能电池的硅材料二太阳能电池的硅材料通常的晶体硅太阳能电池是在厚度通常的晶体硅太阳能电池是在厚度300300350m350m的高质的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上，将单量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上，将单晶硅棒切成片，一般片厚约毫米。硅片经过切、抛、磨、晶硅棒切成片，一般片厚约毫米。硅片经过切、抛、磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。清洗等工序，制成待加工的原料硅片。太阳能硅的杂质浓度较高，一般要求太阳能硅的杂质浓度较高，一般要求5 5个个9 9的纯度（）的纯度（），比集成电路用的单晶硅（，比集成电路用的单晶硅（纯度要求纯度要求7 78 8个个9 9）要求低得）要求低得多。太阳能硅常用多。太阳能硅常用0.32cm的的P P型（型（100100）单晶硅片。）单晶硅片。制造太阳电池片，首先要对经过清洗的硅片，在高温石制造太阳电池片，首先要对经过清洗的硅片，在高温石英管扩散炉对硅片表面作扩散掺杂，一般掺杂物为微量的英管扩散炉对硅片表面作扩散掺杂，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。目的是在硅片上形成硼、磷、锑等。目的是在硅片上形成P/NP/N结。然后采用丝网结。然后采用丝网印刷法，用精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，印刷法，用精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射膜同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射膜 ，单晶硅，单晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体片经过检测，即可按所太阳电池的单体片就制成了。单体片经过检测，即可按所需要的规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用串联需要的规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和装材料进行封装，组成各种大小不同太阳电池阵列。装材料进行封装，组成各种大小不同太阳电池阵列。三、硅太阳能电池制造工艺三、硅太阳能电池制造工艺硅太阳能电池制造工艺硅太阳能电池制造工艺硅太阳能电池制造工艺主要包括：硅太阳能电池制造工艺主要包括：1.1.去除损伤层去除损伤层2.2.表面绒面化表面绒面化3.3.发射区扩散发射区扩散4.4.边缘结刻蚀边缘结刻蚀5.PECDV5.PECDV沉积沉积SiNSiN6.6.丝网印刷正背面电极浆料丝网印刷正背面电极浆料7.7.共烧形成金属接触共烧形成金属接触8.8.电池片测试。电池片测试。表面绒面化表面绒面化由于硅片用由于硅片用P P型（型（100100）硅片，）硅片，可利用氢氧化钠溶液对单晶硅可利用氢氧化钠溶液对单晶硅片进行各向异性腐蚀的特点来片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面。当各向异性因子制备绒面。当各向异性因子1010时（所谓各向异性因子就时（所谓各向异性因子就是（是（100100）面与（）面与（111111）面单晶）面单晶硅腐蚀速率之比），可以得到硅腐蚀速率之比），可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。组成的绒面。绒面具有受光面绒面具有受光面积大，反射率低的特点。可提积大，反射率低的特点。可提高单晶硅太阳电池的短路电流，高单晶硅太阳电池的短路电流，从而提高太阳电池的光电转换从而提高太阳电池的光电转换效率效率。由于原始硅片采用由于原始硅片采用P P型硅，发射区扩散一般采用三型硅，发射区扩散一般采用三氯氧磷气体携带源方式，这个工艺的特点是生产高，氯氧磷气体携带源方式，这个工艺的特点是生产高，有利于降低成本。目前大型的太阳能厂家一般用有利于降低成本。目前大型的太阳能厂家一般用8 8吋吋硅片扩散炉、石英管口径达硅片扩散炉、石英管口径达270mm270mm，可以扩散，可以扩散156156156156（mmmm）的硅片。）的硅片。由于石英管口径大，恒温区长，提高了扩散薄层由于石英管口径大，恒温区长，提高了扩散薄层电阻均匀性；因为采用磷扩散，可以实现高浓度的掺电阻均匀性；因为采用磷扩散，可以实现高浓度的掺杂，有利于降低太阳电池的串联电阻杂，有利于降低太阳电池的串联电阻RsRs，从而了提高，从而了提高太阳电池填充因子太阳电池填充因子FFFF。发射区扩散发射区扩散多晶硅太阳电池广泛使用多晶硅太阳电池广泛使用PECVDPECVD淀积淀积SiN,SiN,由于由于PECVDPECVD淀积淀积SiNSiN时时,不光是生长不光是生长SiNSiN作为减反射膜作为减反射膜,同时生成了大量的原子同时生成了大量的原子氢氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用作用,可用于大批量生产高效多晶硅太阳电池可用于大批量生产高效多晶硅太阳电池,为上世纪末多为上世纪末多晶硅太阳电池的产量超过单晶硅太阳电池立下汗马功劳。随晶硅太阳电池的产量超过单晶硅太阳电池立下汗马功劳。随着着PECVDPECVD在多晶硅太阳电池成功在多晶硅太阳电池成功,引起人们将引起人们将PECVDPECVD用于单晶用于单晶硅太阳电池作表面钝化的愿望。硅太阳电池作表面钝化的愿望。由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氢由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氢,可以很好的钝化硅可以很好的钝化硅中的表面悬挂键，从而提高了载流子迁移率，一般要提高中的表面悬挂键，从而提高了载流子迁移率，一般要提高20%20%左右，同时由于左右，同时由于SiNSiN薄膜对单晶硅表面有非常明显的钝化薄膜对单晶硅表面有非常明显的钝化作用。作用。PECVDPECVD淀积淀积SiNSiN晶体硅太阳电池要通过三次印刷金属浆料，传统工艺要用二次烧晶体硅太阳电池要通过三次印刷金属浆料，传统工艺要用二次烧结才能形成良好的带有金属电极欧姆接触，结才能形成良好的带有金属电极欧姆接触，共烧工艺只需一次烧结，共烧工艺只需一次烧结，同时形成上下电极的欧姆接触，是高效晶体硅太阳能电池的一项重要同时形成上下电极的欧姆接触，是高效晶体硅太阳能电池的一项重要关键工艺关键工艺。该工艺的基础理论来自合金法制。该工艺的基础理论来自合金法制P-NP-N结工艺。当电极金属结工艺。当电极金属材料和半导体单晶硅在温度达到共晶温度时，单晶硅原子按相图以一材料和半导体单晶硅在温度达到共晶温度时，单晶硅原子按相图以一定的比例量溶入到熔融的合金电极材料。单晶硅原子溶入到电极金属定的比例量溶入到熔融的合金电极材料。单晶硅原子溶入到电极金属中的整个过程相当快，一般只需几秒钟。溶入的单晶硅原子数目决定中的整个过程相当快，一般只需几秒钟。溶入的单晶硅原子数目决定于合金温度和电极材料的体积，烧结合金温度愈高，电极金属材料体于合金温度和电极材料的体积，烧结合金温度愈高，电极金属材料体积愈大，则溶入的硅原子数目也愈多，这时状态被称为晶体电极金属积愈大，则溶入的硅原子数目也愈多，这时状态被称为晶体电极金属的合金系统。如果此时温度降低，系统开始冷却，原先溶入到电极金的合金系统。如果此时温度降低，系统开始冷却，原先溶入到电极金属材料中的硅原子重新以固态形式结晶出来，在金属和晶体接触界面属材料中的硅原子重新以固态形式结晶出来，在金属和晶体接触界面上生长出一层外延层。如果外延层内含有足够量的与原先晶体材料导上生长出一层外延层。如果外延层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型相同杂质成份，就获得了用合金法工艺形成的欧姆接触；如果电类型相同杂质成份，就获得了用合金法工艺形成的欧姆接触；如果再结晶层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型异型的杂质成份，再结晶层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型异型的杂质成份，这就获得了用合金法工艺形成这就获得了用合金法工艺形成P-NP-N结。结。共烧形成金属接触共烧形成金属接触银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，通过烘干，使有机银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，通过烘干，使有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上，溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上，这时，可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。所谓共这时，可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。所谓共烧工艺显然是采用银硅的共晶温度，同时在几秒钟内单烧工艺显然是采用银硅的共晶温度，同时在几秒钟内单晶硅原子溶入到金属电极材料里，之后又几乎同时冷却形晶硅原子溶入到金属电极材料里，之后又几乎同时冷却形成再结晶层，这个再结晶层是较完美单晶硅的晶格点阵结成再结晶层，这个再结晶层是较完美单晶硅的晶格点阵结构。只经过一次烧结钝化的表面层，氢原子的外释是有限构。只经过一次烧结钝化的表面层，氢原子的外释是有限的，共烧保障了氢原子大量存在，填充因子较高，没有必的，共烧保障了氢原子大量存在，填充因子较高，没有必要引入氮氢烘焙工艺（要引入氮氢烘焙工艺（FGSFGS）。）。电池片测试电池片测试主要测试太阳电池的基本特性：主要测试太阳电池的基本特性：开路电压开路电压VOC、短路电流、短路电流ISC、填充因子、填充因子FF、能量转换效率、能量转换效率。FF为电池的填充因子为电池的填充因子(Fill Factor),它定义为电池具有最大输出功率它定义为电池具有最大输出功率(Pop,)时的电流时的电流(IOpt)和电压和电压(Vopt)的乘积与电池的短路电流和开路电压乘积的比值，的乘积与电池的短路电流和开路电压乘积的比值，较高较高 的的 短短 路电流和开路电压是产生较高能量转换效率的基础。如果两个路电流和开路电压是产生较高能量转换效率的基础。如果两个电池的短路电流和开路电压完全相同，制约其效率大小的参数就电池的短路电流和开路电压完全相同，制约其效率大小的参数就是填充因子。是填充因子。能量转换效率是光电池的最重要性能指标，它为光电池将入射能量转换效率是光电池的最重要性能指标，它为光电池将入射光能量转换成电能的效率。光能量转换成电能的效率。
