太阳能电池生产工艺.ppt

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1、单晶硅太阳能电池生单晶硅太阳能电池生产工艺产工艺工艺流程及各环节工艺目的和原理工艺流程工艺流程清洗制绒清洗制绒（超声波清洗（超声波清洗减薄减薄喷淋喷淋绒面）绒面）（喷淋（喷淋酸洗酸洗喷淋喷淋漂洗漂洗喷淋喷淋甩干）甩干）扩扩散散（合片（合片扩散扩散卸片）卸片）刻蚀刻蚀（叠片（叠片上夹具上夹具刻蚀刻蚀插片插片)洗磷洗磷（去磷（去磷硅玻璃硅玻璃喷淋喷淋甩干）甩干）PECVD丝网印刷丝网印刷 丝印丝印1 1（背极）（背极）丝印丝印2 2（背场）（背场）丝丝印印3 3（栅极）（栅极）烧结烧结（试烧（试烧批量烧结）批量烧结）超声波清洗超声波清洗n n机械切片以后会在硅片表面形成1040微米的损伤层，且表面

2、有油脂、松香、石蜡、金属离子等杂质。n n工艺目的；主要是去除油脂、松香、石蜡等杂质。n n工艺原理；超声振动使油珠滚落，物理去油。n n条件；去离子水一定量，温度6090，时间1040min。超声波清洗机超声波清洗机n n设备要求：稳定性好，精确度高（温度、时间），操作方便（换水方便）。减薄减薄n n工艺目的；去除表面损伤层和部分杂质。n n工艺原理；利用硅在浓NaOH溶液中的各向同性腐蚀除去损伤层。n n Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2n n工艺条件；生产常用NaOH溶液质量分数为20%左右，温度855，时间0.23min 具体据原始硅片的厚度和表面损伤情况而定。绒面绒面

3、n n目的；制作绒面，减少反射，提升硅片对光吸收效目的；制作绒面，减少反射，提升硅片对光吸收效率。率。n n原理；利用原理；利用Si Si在稀在稀NaOHNaOH溶液中的各向异性腐蚀，在溶液中的各向异性腐蚀，在硅片表面形成无数个硅片表面形成无数个3636微米的金字塔结构，这样光微米的金字塔结构，这样光照在硅片表面便会经过多次反射和折射，增加了对照在硅片表面便会经过多次反射和折射，增加了对光的吸收。光的吸收。n n条件；生产常用条件；生产常用NaOHNaOH质量分数质量分数1%1%左右，左右，NaNa2 2SiOSiO3 3 1.5%2%1.5%2%，乙醇或异丙醇每次约加，乙醇或异丙醇每次约加2

4、00400ml(50L200400ml(50L混混合液）。温度合液）。温度855855,时间时间1545min1545min，具体工艺据硅，具体工艺据硅片种类、减薄后厚度和上次生产情况而定。片种类、减薄后厚度和上次生产情况而定。n n质量目标：绒面后硅片表面颜色深灰无亮点、均匀、质量目标：绒面后硅片表面颜色深灰无亮点、均匀、气泡印小，无篮脚印、白花等现象。气泡印小，无篮脚印、白花等现象。400400倍显微镜下倍显微镜下大小符合标准，倒金字塔结构均匀。大小符合标准，倒金字塔结构均匀。酸洗酸洗n n目的；去除硅片表面金属离子和绒面后的残留药液，n n原理；主要利用的是酸碱中和反应。n n条件；10

5、%盐酸，时间10min漂洗漂洗n n目的；去除氧化层（目的；去除氧化层（SiOSiO2 2）。）。n n原理；原理；SiOSiO2+6HF=H+6HF=H2SiFSiF6 6+2H+2H2 2On n条件；条件；HFHF溶液溶液8%10%8%10%，时间，时间10min10min。n n注注清洗工艺每个小环节之后，均需用去离子水清洗工艺每个小环节之后，均需用去离子水将硅片冲洗干净，以免残留药液影响倒下个小环将硅片冲洗干净，以免残留药液影响倒下个小环节的正常进行。节的正常进行。n n去离子水是指纯水，指的是将水中的强电解质去去离子水是指纯水，指的是将水中的强电解质去除并且将弱电解质去除到一定程度

6、的水。其电阻除并且将弱电解质去除到一定程度的水。其电阻率越大，电导率约小则级别越高。率越大，电导率约小则级别越高。清洗机清洗机n n设备要求：稳定性好，精确度高，密闭性能好，有抽风装置，便于标准化生产，操作简单安全。烘干烘干n n目的：烘干。n n原理：热吹风（75 ）去除硅片表面残留的水。扩散扩散n n目的；形成PN结。n n原理；（POCL3液态源高温扩散），POCL3在高温下经过一系列化学反应生成单质P，P在高温下扩散进入硅片表面，与本已经掺B的硅形成PN结。4POCl3+3O22P2O5+6Cl2 2P2O5+5Si5SiO2+4P 扩散工艺步骤及条件扩散工艺步骤及条件n n进舟：速度

7、进舟：速度230280mm/min230280mm/min。n n通大氮：时间通大氮：时间5min5min，流量流量270005000ml/min270005000ml/min。n n通小氮和氧气：时间通小氮和氧气：时间35min35min，OO2 2流量流量40040ml/min40040ml/min，NN2 2流量流量240040ml/min240040ml/minn n通大氮和氧气：时间通大氮和氧气：时间5min5min，流量，流量270005000ml/min270005000ml/min。n n出舟：速度出舟：速度230280mm/min230280mm/min。n n温度：温度：8

8、00800900900n n质量目标：扩散后表面颜色均匀，方块电阻大小质量目标：扩散后表面颜色均匀，方块电阻大小一般在一般在405405欧姆之间欧姆之间.扩散炉扩散炉n n设备要求：n n精确度高可准确控制反应管的实际工艺温度 和气流量。用于长时间连续工作、高精度、高稳定性、自动控制。48所三管扩散炉所三管扩散炉刻蚀刻蚀n n目的；去除周边短路环。目的；去除周边短路环。n n原理：在辉光放电条件下，原理：在辉光放电条件下，CF4CF4和和O2O2生成等离子体，交替生成等离子体，交替对周边作用，使周边电阻增大。对周边作用，使周边电阻增大。CF4CCF4C4+4+4F+4F-OO2 22O2O2-

9、2-F+SiSiFF+SiSiF4 4 SiFSiF4 4挥发性高，随即被抽走。挥发性高，随即被抽走。工艺条件：工艺条件：CFCF4 4OO2 2=10=101 1 板流：板流：0.350.4A0.350.4A 板压：板压：1.52KV1.52KV 压强：压强：80120Pa80120Pa 刻蚀时间：刻蚀时间：1016min1016min质量目标质量目标;刻边电阻大于刻边电阻大于5K5K，刻边宽度，刻边宽度12mm12mm间。间。刻蚀过程的主要反应刻蚀过程的主要反应 放电过程e-+CF4CF3+F+2e e-+CF4CF3+F+e-e-+CF3CF2+F+e-O2+e-2O+e-腐蚀过程Si+

10、4FSiF4 3Si+4CF34C+3SiF42C+3OCO+CO2等离子体刻蚀机等离子体刻蚀机n n设备要求：工艺重复性好，刻蚀速度快、均匀性好。密封性能好、操作安全洗磷洗磷n n目的：去除硅片表面氧化层及扩散时形成的磷硅目的：去除硅片表面氧化层及扩散时形成的磷硅玻璃玻璃(磷硅玻璃是指磷硅玻璃是指P P2 2OO5 5与与SiOSiO2 2的混合物）。的混合物）。n n原理：原理：P P2 2OO5 5溶于溶于HFHF酸酸 SiOSiO2 2+6HF=H+6HF=H2 2SiFSiF6 6+2H+2H2 2O HO H2 2SiFSiF6 6可溶于水可溶于水n n条件：条件：HFHF浓度浓度

11、8 8-10-10n n洗磷后需用去离子水将硅片冲洗干净并甩干。洗磷后需用去离子水将硅片冲洗干净并甩干。PECVD（等离子体增强化学气相沉（等离子体增强化学气相沉积）积）n n目的：表面钝化和减少光的反射，降低载流子复合速度和增加光的吸收。n n原理：硅烷与氨气反应生成氮化硅淀积在硅片表面形成减反射膜。反应过程中有大量的氢离子注入，使硅片中悬挂键饱和，达到表面钝化和体钝化的目的，有效降低了载流子的复合，提高了电池的短路电流和开路电压。n nSiH4+NH3Si3N4+10H2PECVDPECVD镀镀SiNx:HSiNx:H薄膜薄膜-平板平板式式P PECVDECVDPECVD（德）工艺步骤及条

12、件（德）工艺步骤及条件n n工艺步骤：分17步。进舟慢抽真空快抽真空调压恒温恒压检漏调压淀积淀积淀积抽真空稀释尾气清洗抽真空抽真空充氮退舟。n n条件：温度480，淀积压强200Pa，射频功率1800W，抽空设定压强0.5pa，进出舟设定15%。n n质量目标：淀积后表面颜色深蓝且均匀。管式管式PECVDn n设备要求：管内气氛均匀、恒温区温度均匀稳定。气路系统、工艺管、真空系统密封可靠，使用安全。工艺稳定性和重复性好，精确度高，射频频率稳定。丝网印刷丝网印刷n n目的；印刷电极和背场，使电流能够输出，提升电池转换效率。n n原理：给硅片表面印刷一定图形的银浆或铝浆，通过烧结后形成欧姆接触，使

13、电流有效输出。正面电极通常印成栅线状，是为了克服扩散层的方块电阻且使光线有较高的透过率。背面电极布满大部分或整个背面，目的是克服由于电池串联而引起的电阻。丝网印刷工艺步骤及要求丝网印刷工艺步骤及要求n n工艺步骤：背极（银浆）工艺步骤：背极（银浆）烘干烘干背场（铝浆）背场（铝浆）烘干烘干栅极（银浆栅极（银浆)烘干。烘干。n n要求：背极厚度小于要求：背极厚度小于2020微米，烘干温度设定微米，烘干温度设定160 160 200200。n n背场厚度背场厚度20352035微米，具体根据片源而定。烘干微米，具体根据片源而定。烘干温度温度160160240240，具体根据浆料确定。，具体根据浆料确

14、定。n n栅极要求印刷图案完整、清晰、均匀、对称，无栅极要求印刷图案完整、清晰、均匀、对称，无 漏浆及较大断线。烘干温度漏浆及较大断线。烘干温度160160240240，具体据，具体据浆料确定。浆料确定。丝网印刷机丝网印刷机印刷达标的电池片印刷达标的电池片烧结烧结n n目的目的：形成形成烧结合金烧结合金和和欧姆接触欧姆接触及及去除背结去除背结。n n原理原理：烧结烧结合金合金是指高温下金属和硅形成是指高温下金属和硅形成的的合金合金，主要主要有有正正栅栅的的银银硅合金、硅合金、背背场场的的铝铝硅合金、硅合金、背背电电极极的的银铝银铝合金。合金。烧结过烧结过程程实际实际上是一上是一个高温个高温扩扩

15、散散过过程，是一个程，是一个对对硅硅掺杂掺杂的的过过程，程，需需加加热热到到铝铝硅共熔点（硅共熔点（577577）以）以上上。经过经过合金化后，随着温度的下降，液相中的合金化后，随着温度的下降，液相中的硅将重新凝固出来硅将重新凝固出来，形成，形成含含有少量有少量铝铝的的结结晶晶层层，它它补偿补偿了了N N层层中的施主中的施主杂质杂质，从而从而得到以得到以铝为铝为受受主主杂质杂质的的P P层层，达到了消除背，达到了消除背结结的目的。的目的。烧结工艺条件烧结工艺条件n n烧结工艺较为灵活，设定时应考虑以下因素：n n烧结炉的特点，如烧结温区数目，高温区长度，带速设定等等。n n原始硅片的电阻率。n

16、 n绒面后硅片厚度。n n扩散后方块电阻n n印刷背场厚度。网带式烧结炉网带式烧结炉n n设备要求：网带运行平稳、温度均匀、可温度均匀、可靠性高。节能靠性高。节能环保，气流稳环保，气流稳定，能提供理定，能提供理想燃烧环境且想燃烧环境且及时排出废气。及时排出废气。太阳能电池的品质要求太阳能电池的品质要求n n尽可能高的转换效率n n表面状况良好（颜色均匀，图案完整、清晰、对称）。n n低损耗（硅片破损率低）。n n弯曲度小。生产高效率电池片应具备的条件生产高效率电池片应具备的条件n n工艺有优良的工艺并且与设备匹配。n n设备稳定性好，维修频率低，日损耗小精确度高，便于标准化生产，操作简单安全，配套设施齐全。n n环境净化级别达标，避免产品污染。n n操作按照SOP操作，避免污染。n n原材料及辅助用料用料品质达标。生产管理的需求生产管理的需求n n工艺需求能够不断优化工艺，持续改进。n n品质需求n n成本需求n n安全需求n n标准化生产的需求n n操作简单方便的需求n n保护环境的需求。