《电池生产工艺》PPT课件.ppt

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1、2022/10/26电池生产工艺光伏行业产业链光伏行业产业链中国的光伏行业产业链中国的光伏行业产业链2022/10/262022/10/262022/10/26原料2022/10/26硅提纯-废料回收程序2022/10/262022/10/26 硅材料2022/10/26单晶硅硅棒CZ法FZ法多晶硅硅锭浇铸热交换法及（HEM）布里曼法（Bridgeman）电磁铸锭法 生产方法单晶和多晶硅锭的生长方法比较o总体来说，单晶和多晶硅锭的生长方法各有所长，单晶的转换效率高，但产能低、能耗大；多晶的转换效率相对较低，但能耗低、产能大，适合于规模化生产。单晶的FZ及CZ方法与多晶定向凝固生长方法的比较如下

2、表所示。2022/10/262022/10/26拉棒-生长炉2022/10/26拉棒-长晶过程2022/10/26铸锭o将硅原料放入去处不纯物的融池内进行融铸,待冷却后形成安定状态的多结晶柱体,我们称之为铸锭。2022/10/26硅锭2022/10/262022/10/26 多晶硅硅锭铸锭设备供应商2022/10/26o破锭2022/10/262022/10/26 硅片切割硅片生产-单晶2022/10/262022/10/26 多晶硅硅片加工工艺流程硅片生产多晶2022/10/26硅片目前晶体硅太阳电池硅片分为单晶硅硅片和多晶硅硅片。单晶硅主要是125125mm。多晶硅主要是125125mm和

3、156156mm两种规格。2022/10/262022/10/26 单晶硅硅片2022/10/26 多晶硅硅片外观区别o多晶硅硅片相对于单晶硅硅片，有明显的多晶特性，表面有一个个晶粒形状，而单晶硅硅片表面颜色一致。o单晶硅硅片因为使用硅棒原因，四角有圆形大倒角，而多晶硅硅片一般采用小倒角。2022/10/26硅片生产-检测2022/10/262022/10/26 晶体硅太阳电池生产的工艺流程电池在硅片的切割生产过程中会形成厚度达10微米左右的损伤层，且可能引入一些金属杂质和油污。如果损伤层去除不足，残余缺陷在后续的高温处理过程中向硅片深处继续延伸，会影响到太阳电池的性能。晶体化学表面处理（清洗

4、制绒）电池电池 清洗的目的：o清除硅片表面的机械损伤层；o清除表面油污和金属杂质；o形成起伏不平的绒面，减小太阳光的反射。晶体化学表面处理（清洗制绒）2022/10/26单晶硅片的清洗采用碱液腐蚀的技术，碱液与硅反应生成可溶于水的化合物，同时在表面形成“金字塔”状的绒面结构。多晶硅片的清洗则采用酸液腐蚀技术，酸液与硅反应生成可溶于水的化合物，同时形成的绒面结构是不规则的半球形或者蚯蚓状的“凹陷”。晶体化学表面处理（清洗制绒）电池由于绒面结构的存在，入射光经绒面第一次反射后，反射光并非直接入射到空气中，而是遇到邻近绒面，经过邻近绒面的第二次甚至第三次反射后，才入射到空气中，这样对入射光就有了多次

5、利用，从而减小了反射率。表面没有绒面结构的硅片对入射光的反射率大于30%，有绒面结构的硅片对入射光的反射率减小到了12%左右。晶体化学表面处理（清洗制绒）电池碱制绒1）工序步骤 制绒（碱洗）酸洗（HCL，HF）慢提烘干2 2）spc 5-14spc 5-14微米微米3 3）日常物品：）日常物品：KOHKOH，HFHF，HCLHCL酸制绒1）工序步骤制绒碱洗（去多孔硅，中和酸）酸洗吹干2）SPC 4-6微米 3）常用物品：HNO3，HF，HCL工艺卫生o制绒工序最忌讳的就是污染 去离子水 金属离子(Fe,Au,Mg,Ca)槽盖,花篮 硅片接触物 油污,手指印 清洗设备电池 磷扩散电池电池 把p型

6、硅片放在一个石英容器内，同时将含磷的气体通入这个石英容器内，并将此石英容器加热到一定的温度，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含磷的分子。磷化合物分子附着到硅片上生成磷原子。由于硅片的原子之间存在空隙，使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。如果扩散进去的磷原子浓度高于p型硅片原来受主杂质浓度，就使得p型硅片靠近表面的薄层转变成为n型。n型硅和p型硅交界处就形成了pn结。磷扩散原理电池 磷扩散的目的：o制备太阳电池的核心pn结；o吸除硅片内部的部分金属杂质。磷扩散电池 磷扩散的方法o三氯氧磷（POCl3

7、）液态源扩散 o喷涂磷酸水溶液后链式扩散 o丝网印刷磷浆料后链式扩散 目前行业上普遍采用第一种方法，这种方法具有生产效率较高，得到的pn结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，非常适合制作大面积的太阳电池。磷扩散三氯氧磷（POCl3）液态源扩散POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源o无色透明液体，具有刺激性气味。如果纯度不高则呈红黄色。o比重为，熔点2，沸点107，在潮湿空气中发烟。oPOCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发。POCl3磷扩散原理oPOCl3在高温下（600）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：POCl3磷扩散原理在有外来O2存在的情况下，P

8、Cl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，这一层物质叫做磷-硅玻璃(psg)，然后磷原子再向硅中进行扩散。oPOCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到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。磷扩散工艺过程清洗饱和装片送片升温扩散关源，退舟方块电阻测量卸片方块电阻的定义 考虑一块长为l、宽为a、厚为t的薄层如右图。如果该薄层材料的电阻率为，则该整个薄层的电阻为当l=a（即为一个方块）时，R=/t。可见，（/t）代表一个方块的电阻，故称为方块电阻，特记为R=/t (/)图(2

9、2)方块电阻的测试测试设备图(23)GP 的4探针测试仪检验标准o扩散方块电阻控制在58-68/sq之间。o表面无明显因偏磷酸滴落或其他原因引起的污染。工艺卫生o所有工夹具必须永远保持干净的状态，包括吸笔、石英舟、石英舟叉子、碳化硅臂桨。o吸笔应放在干净的玻璃烧杯内，不得直接与人体或其它未经清洗的表面接触。o石英舟和石英舟叉应放置在清洗干净的玻璃表面上。o碳化硅臂桨暴露在空气中的时间应做到越短越好。o每个班必须做到现场环境的严格清洁,包括地面,桌面,各个炉管,尤其是偏磷酸,一定要清除干净后生产.o扩散工序的净化程度应该为万级（其他工序为10万级）,而且气压保持正压.管式扩散炉 磷扩散电池扩散后

10、的硅片除了表面的一薄层n型硅外，在背面以及周边都有n型硅薄层，而晶体硅太阳电池实际只需要表面的n型硅，因此须去除背面以及周边的n型硅薄层。背面及周边刻蚀电池电池 背面以及周边刻蚀的目的：o去除硅片背面和周边的pn结；o去除表面的磷硅玻璃。磷硅玻璃是扩散过程中的反应产物，是一层含磷原子的二氧化硅。背面以及周边刻蚀的方法：o酸液腐蚀（湿法刻蚀）o等离子体刻蚀（干法刻蚀）背面及周边刻蚀o湿法刻蚀2022/10/26o干法刻蚀2022/10/26o刻蚀中容易产生的问题：1 刻蚀不足：电池的并联电阻会下降。2 过刻：正面金属栅线于P型硅接触，造成短路。2022/10/26湿法刻蚀设备 背面及周边刻蚀电池

11、o去PSG（二次清洗）2022/10/26检验标准o当硅片从氢氟酸中提起时，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。o当硅片从出料口流出时候，如果发现尾部有部分水珠，可以适当补些HF。磷硅玻璃&死层o磷硅玻璃的存在使得硅片在空气中表面容易受潮，导致电流的降低和功率的衰减。o死层的存在大大增加了发射区电子的复合，会导致少子寿命的降低，进而降低了Voc和Isc。工艺卫生o1。此道工序的工艺卫生在金属离子和油污方面和前清洗相似。o2。水痕的问题，硅片在经过清洗之后一定要彻底烘干以后才能做PECVD，不然会出现明显的水痕迹。PECVD镀氮

12、化硅（SiN）薄膜电池电池 PECVD镀SiN薄膜的目的：oSiN薄膜作为减反射膜可减小入射光的反射；o在SiN薄膜的沉积过程中，反应产物氢原子进入到SiN薄膜内以及硅片内，起到了钝化缺陷的作用。PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜太阳电池表面的深蓝色SiN薄膜 PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜电池电池 SiN薄膜的物理性质和化学性质：o结构致密，硬度大o能抵御碱金属离子的侵蚀o介电强度高o耐湿性好o耐一般的酸碱，除HF和热H3PO4 PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜电池 SiN薄膜的优点o优良的表面钝化效果o高效的光学减反射性能（厚度和折射率匹配）o低温工艺（有效降低成本）o含氢SiNx:H可以

13、对mc-Si提供体钝化 PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜入射光在SiN薄膜表面发生一次反射，在SiN薄膜和硅片界面发生第二次反射，通过适当选取SiN薄膜的厚度和折射率，可以使一次反射光和二次反射光相抵消，从而减小了反射。沉积SiN减反射膜后，硅片表面对入射光的平均反射率可进一步减小到5%左右。PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜电池电池 PECVD：=Plasma Enhanced Chemical Vapor Depositiono即“等离子增强型化学气相沉积”，是一种化学气相沉积的镀膜技术；oPECVD借助微波或射频等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

14、易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。等离子体中含有大量高能量的电子，它们可以提供化学气相沉积过程所需的激活能，大大降低薄膜沉积所需的温度。PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜电池 PECVD的优点：o节省能源，降低成本；o提高产能；o减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减；PECVD的一个基本特征是实现了薄膜沉积工艺的低温化（450）。PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜测试设备椭偏仪工艺卫生o1）在该工序中，要注意保证硅片被覆盖减反膜后表面没有明显人为污染，手指印，污，落灰等。o2）在该工序中因为硅片表面操作频繁，切不能造成硅片表面的划痕等机械伤害。PECVD镀膜设备 PECVD镀氮化硅（SiN）薄

15、膜电池 丝网印刷与烧结电池电池 丝网印刷的目的：o印刷背面电极浆料，银铝（Ag/Al）浆，并烘干；o印刷背面场浆料，铝浆，并烘干；o印刷正面电极浆料，银浆，并烘干。烧结的目的：o燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的金属电极。丝网印刷与烧结烧结对电池片的影响o相对于铝浆烧结，银浆的烧结要重要很多，对电池片电性能影响主要表现在串联电阻和并联电阻，即FF的变化o铝浆烧结的目的使浆料中的有机溶剂完全挥发，并形成完好的铝硅合金和铝层。局部的受热不均和散热不均可能会导致起包，严重的会起铝珠。o背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为P型掺杂，它可以减少金属与硅交接处的少子复合，从而提高开路电压和

16、短路电流，改善对红外线的响应。2022/10/262022/10/26正面电极背面电极 丝网印刷与烧结电池印刷浆料的过程 丝网印刷与烧结电池丝网印刷设备，每台印刷机后都有一台烘干炉 丝网印刷与烧结电池烧结炉 丝网印刷与烧结电池测试与分选2022/10/26将太阳电池接上负载。在光照条件下，改变负载的电阻，太阳电池的输出电压V、输出电流 I 和输出功率 P 将随之变化。记录下 V、I、P 的变化情况，并将数据绘成曲线，将得到上图的曲线，称为太阳电池的电流电压特性。晶体硅太阳电池的电流电压特性电池电池o短路电流 Isc：负载的电阻为零时，太阳电池的输出电流；o开路电压 Voc：负载的电阻无穷大时，太阳电池的输出电压；o最大功率点 Pm：太阳电池的最大输出功率；o最大功率点电流 Im：输出功率最大时，太阳电池的输出电流；o最大功率点电压 Vm：输出功率最大时，太阳电池的输出电压；太阳电池的性能参数电池o转换效率：太阳电池的最大输出功率 Pm 与入射光功率的比值，是衡量太阳电池性能的最重要参数；o填充因子 FF：太阳电池的最大输出功率 Pm 与短路电流 Isc、开路电压 Voc 乘积的比值；o串联电阻 Rs：主要是太阳电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻、电极与硅表面的接触电阻组成。o并联电阻 Rsh：为旁漏电阻，它是由硅片的边缘不清洁或硅片表面缺陷引起。太阳电池的性能参数