晶体硅太阳电池工艺技术精选PPT.ppt

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1、晶体硅太阳晶体硅太阳电池工池工艺技技术第1页，此课件共20页哦3.3技术发展趋势技术发展趋势 尽尽管管近近年年来来太太阳阳能能电电池池行行业业发发展展迅迅速速，但但是是该该行行业业进进一一步步大大规规模模发发展展取取决决于于制制造造成成本本的的进进一一步步降降低低。表表1显显示示了了制制造造成成本本与与电电池池转转换换效效率率之之间间的的关关系系。分分析析表表1的的内内容容得得出出以以下下结结论论：要要将将电电池池的的生生产产成成本本降降低低到到1美美元元/Wp以以下下，电电池池的的转转换换效效率率必必须须要要高高于于18%，并并要要求求生生产产成成本本低低、生产能力高。生产能力高。表表 一一

2、350（$/m2）300（$/m2）250（$/m2）200（$/m2）150（$/m2）10%$3.5$3.0$2.5$2.0$1.512%$3.0$25$2.08$1.67$1.2515%$2.33$2.0$2.0$1.33$1.018%$2.05$1.67$1.67$1.11$0.83CostEff第2页，此课件共20页哦多晶硅太阳电池技术多晶硅太阳电池技术 由由于于多多晶晶硅硅具具有有比比单单晶晶硅硅相相对对低低的的材材料料成成本本，且且材材料料成成本本随随着着硅硅片片的的厚厚度度而而降降低低，同同时时多多晶晶硅硅片片具具有有跟跟单单晶晶硅硅相相似似的的光光电电转转换换效效率率，多多晶

3、晶硅硅太太阳阳电电池池将将进进一一步步取取代代单单晶晶硅硅片片的的市市场场。因因此此太太阳阳电电池池的的技技术术发发展展的的主主要要方方向向之之一一是是如如何何采采用用大大规规模模生生产产的的工工艺艺，进进一一步步提提高高多多晶晶硅硅电电池池的的转转换换效效率率。针针对对目目前前多多晶晶硅硅电电池池大大规规模模生生产产的的特特点点，提提高高转转换换效效率率的的主主要要创创新新点点有有以以下几个方面：下几个方面：I.高产出的各向同性表面腐蚀以形成绒面。高产出的各向同性表面腐蚀以形成绒面。II.简单、低成本的选择性扩散工艺。简单、低成本的选择性扩散工艺。III.具有创新的、高产出的扩散和具有创新的

4、、高产出的扩散和PECVDSiN淀积设备。淀积设备。IV.降低硅片的厚度。降低硅片的厚度。V.V.背电极的电池结构和组件。背电极的电池结构和组件。第3页，此课件共20页哦 对对于于丝丝网网印印刷刷电电池池，发发射射结结表表面面的的扩扩散散浓浓度度至至少少达达到到1020/cm2，发发射射结结的的深深度度至至少少为为0.30.4m。这这两两个个参参数数是是保保证证丝丝网网印印刷刷电电结结可可靠靠工工作作的的主主要要因因素素。降降低低发发射射结结的的扩扩散散浓浓度度能能提提高高电电池池在在短短波波段段的的光光谱谱响响应应，但但是是，由由于于接接触触电电阻阻可可能能增增大大，从从而而导导致致电电池池

5、转转换换效效率率一一致致性性的的下下降降，为为此此，选选择择性性扩扩散散（即即电电池池电电极极下下的的扩扩散散浓浓度度较较浓浓）便便显显得得尤尤为为重重要要，这这种种方方法法也也许许不不能能增增加加电电池池的的转转换换效效率率，但但是是会会降降低低电电池池的的接接触触电电阻阻，从而保证产品有较好的一致性。从而保证产品有较好的一致性。表面绒面对提高电池的转换效率起着重要的表面绒面对提高电池的转换效率起着重要的作用，它不但降低了表面反射，并且增加了光陷作用，它不但降低了表面反射，并且增加了光陷阱以及光生载流子的收集。由于各向异性化学腐阱以及光生载流子的收集。由于各向异性化学腐蚀不能在多晶硅片的表面

6、形成有效的绒面，人们蚀不能在多晶硅片的表面形成有效的绒面，人们采用了各种方法试图有效地减少多晶硅电池表面采用了各种方法试图有效地减少多晶硅电池表面的反射。如机械刻槽、离子反应腐蚀、多孔硅、的反射。如机械刻槽、离子反应腐蚀、多孔硅、低成本选择性干腐或湿腐以及各向同性化学腐蚀低成本选择性干腐或湿腐以及各向同性化学腐蚀等。其中各向同性酸腐蚀方法最为简单，且在不等。其中各向同性酸腐蚀方法最为简单，且在不增加任何工艺步骤的情况下形成有效的低成本的增加任何工艺步骤的情况下形成有效的低成本的绒面，比较适合大规模工业生产的要求。图绒面，比较适合大规模工业生产的要求。图9显显示了各向同性酸腐蚀形成的绒面。示了各

7、向同性酸腐蚀形成的绒面。图图9第4页，此课件共20页哦 多晶硅材料随着其供应商的不同而差异很大，这对电池生产工艺的优化和产品多晶硅材料随着其供应商的不同而差异很大，这对电池生产工艺的优化和产品质量的控制带来很多不便。然而减少电池表面的复合率和改善体内质量是提高电池质量的控制带来很多不便。然而减少电池表面的复合率和改善体内质量是提高电池转换效率的重要手段。等离子体化学气相沉积（转换效率的重要手段。等离子体化学气相沉积（PECVDPECVD）氮化硅薄膜是很理想的氮化硅薄膜是很理想的电池表面减反射膜，同时也提供了较为理想的电池表面和体内钝化。目前，有电池表面减反射膜，同时也提供了较为理想的电池表面和

8、体内钝化。目前，有两种等离子体化学沉积技术被广泛用于氮化硅的淀积工艺，一种是远程两种等离子体化学沉积技术被广泛用于氮化硅的淀积工艺，一种是远程PECVDPECVD，另外一种是直接另外一种是直接PECVDPECVD。前者在淀积氮化硅的过程中，对电池表面的损伤几乎可前者在淀积氮化硅的过程中，对电池表面的损伤几乎可以忽略。因此对电池表面的钝化效果较为理想，而直接以忽略。因此对电池表面的钝化效果较为理想，而直接PECVDPECVD对电池表面的损伤较大，对电池表面的损伤较大，所以对表面的钝化效果不佳，但是电池表面损伤层能增强氢原子在硅材料体内的扩散，所以对表面的钝化效果不佳，但是电池表面损伤层能增强氢原

9、子在硅材料体内的扩散，从而加强了电池体内钝化效果，然而直接从而加强了电池体内钝化效果，然而直接PECVDPECVD对电池表面损伤在高温处理中（对电池表面损伤在高温处理中（700700）能得到恢复。能得到恢复。电池铝背场已被很多电池制造商应用于丝网印刷太阳能电池制造技术。大约电池铝背场已被很多电池制造商应用于丝网印刷太阳能电池制造技术。大约2020mm厚厚的铝浆通过丝网印刷方法沉积到电池的背面，在高温烧结过程中，铝和硅形成共晶合金，如果的铝浆通过丝网印刷方法沉积到电池的背面，在高温烧结过程中，铝和硅形成共晶合金，如果烧结温度高于烧结温度高于800800，铝在硅内的掺杂浓度会高达，铝在硅内的掺杂浓

10、度会高达5105101818/cmcm3 3,而硅片衬底的掺杂浓度只在而硅片衬底的掺杂浓度只在2102101616/cmcm3 3左右，从而在铝背场和衬底之间形成高左右，从而在铝背场和衬底之间形成高/低结，有效地阻止了少数载流子向电池的低结，有效地阻止了少数载流子向电池的背面扩散，降低了电池背表面的复合速率。铝背场可将电池背面的复合速率降低到背面扩散，降低了电池背表面的复合速率。铝背场可将电池背面的复合速率降低到200200cm/scm/s以以下，此外，硅铝合金能对硅片进行有效地吸杂。下，此外，硅铝合金能对硅片进行有效地吸杂。第5页，此课件共20页哦综综合合以以上上的的工工艺艺，大大规规模模生

11、生产产的的多多晶晶硅硅太太阳阳能能电电池池的的转转换换效效率率可可达达14%以以上上，已已接接近近单单晶晶硅硅电电池池的的转转换换效效率。率。第6页，此课件共20页哦四、工艺介绍四、工艺介绍高效单晶硅太阳电池工艺流程如下：高效单晶硅太阳电池工艺流程如下：去除损伤层去除损伤层 表面绒面化表面绒面化 发射区扩散发射区扩散 边缘结刻蚀边缘结刻蚀 PECDV沉积沉积SiN 丝网印刷正背面电极浆料丝网印刷正背面电极浆料 共烧形共烧形 成金属接触成金属接触 电池片测试。电池片测试。第7页，此课件共20页哦4.1绒面制备绒面制备硅硅 片片 采采 用用 0.52.cm，P型型 晶晶 向向 为为（100）的的单

12、单晶晶硅硅片片。利利用用氢氢氧氧化化钠钠溶溶液液对对单单晶晶硅硅片片进进行行各各向向异异性性腐腐蚀蚀的的特特点点来来制制备备绒绒面面。当当各各向向异异性性因因子子=10时时（所所谓谓各各向向异异性性因因子子就就是是（100）面面与与（111）面面单单晶晶硅硅腐腐蚀蚀速速率率之之比比），可可以以得得到到整整齐齐均均匀匀的的金金字字塔塔形形的的角角锥锥体体组组成成的的绒绒面面。绒绒面面具具有有受受光光面面积积大大，反反射射率率低低的的特特点点。可可提提高高单单晶晶硅硅太太阳阳电电池池的的短短路路电电流流，从从而而提提高高太太阳阳电电池池的的光光电电转转换换效效率率。(见见图图13)图图图图(13)

13、(13)单晶硅片绒面形状单晶硅片绒面形状单晶硅片绒面形状单晶硅片绒面形状 第8页，此课件共20页哦 金字塔形角锥体的表面积金字塔形角锥体的表面积S0等于四个边长为等于四个边长为a正三角形正三角形S之和之和S0=4S=4aa=a2 由此可见有绒面的受光面积比光面提高了倍即由此可见有绒面的受光面积比光面提高了倍即1.732倍。（见图倍。（见图14）图图图图 （1414）a第9页，此课件共20页哦当当一一束束强强度度为为E0的的光光投投射射到到图图中中的的A点点，产产生生反反射射光光1和和进进入入硅硅中中的的折折射射光光2。反反射射光光1可可以以继继续续投投射射到到另另一一方方锥锥的的B点点，产产生

14、生二二次次反反射射光光3和和进进入入半半导导体体的的折折射射光光4；而而对对光光面面电电池池就就不不产产生生这这第第二二次次的的入入射射。经经计计算算可可知知还还有有11%的的二二次次反反射射光光可可能能进行第三次反射和折射，由此可算得绒面的反射率为进行第三次反射和折射，由此可算得绒面的反射率为9.04%。（见图。（见图1515）图（图（1515）第10页，此课件共20页哦2020多年来单晶硅太阳电池商品化过程中，为提高太阳电池效率和降低制造成本优化绒多年来单晶硅太阳电池商品化过程中，为提高太阳电池效率和降低制造成本优化绒多年来单晶硅太阳电池商品化过程中，为提高太阳电池效率和降低制造成本优化绒

15、多年来单晶硅太阳电池商品化过程中，为提高太阳电池效率和降低制造成本优化绒面工艺一直没有停止过。以致出现了晶片绒面化的材料供应商。尚德太阳能电力有限公司面工艺一直没有停止过。以致出现了晶片绒面化的材料供应商。尚德太阳能电力有限公司面工艺一直没有停止过。以致出现了晶片绒面化的材料供应商。尚德太阳能电力有限公司面工艺一直没有停止过。以致出现了晶片绒面化的材料供应商。尚德太阳能电力有限公司在制绒过程中，对传统制绒工艺进行改革，有所创新，所制绒面颜色均匀一致无花篮印、在制绒过程中，对传统制绒工艺进行改革，有所创新，所制绒面颜色均匀一致无花篮印、在制绒过程中，对传统制绒工艺进行改革，有所创新，所制绒面颜色

16、均匀一致无花篮印、在制绒过程中，对传统制绒工艺进行改革，有所创新，所制绒面颜色均匀一致无花篮印、白边、雨点印迹，反射率曲线（见图白边、雨点印迹，反射率曲线（见图白边、雨点印迹，反射率曲线（见图白边、雨点印迹，反射率曲线（见图1616）。）。）。）。图（图（图（图（1616）第11页，此课件共20页哦4.2发射区扩散发射区扩散 采采用用三三氯氯氧氧磷磷气气体体携携带带源源方方式式，这这个个工工艺艺的的特特点点是是生生产产高高，有有利利于于降降低低成成本本。新新购购的的8吋硅片扩散炉、石英管口径达吋硅片扩散炉、石英管口径达270mm，可以扩散可以扩散156156（mm）的硅片。的硅片。由由于于石石

17、英英管管口口径径大大，恒恒温温区区长长，提提高高了了扩扩散散薄薄层层电电阻阻均均匀匀性性，有有利利于于降降低低太太阳阳电电池池的串联电阻的串联电阻Rs，从而提高太阳电池填充因子从而提高太阳电池填充因子FF。第12页，此课件共20页哦4.3 SiN钝化与钝化与APCVD淀积淀积TiO2 先先期期的的地地面面用用高高效效单单晶晶硅硅太太阳阳电电池池一一般般采采用用钝钝化化发发射射区区太太阳阳电电池池(PESC)工工艺艺。在在扩扩散散过过去去除除磷磷硅硅玻玻的的硅硅片片上上,热热氧氧化化生生长长一一层层10nm25nm厚厚SiO2为为,使使表表面面层层非非晶晶化化,改改变变了了表表面面层层硅硅原原子

18、子价价键键失失配配情情况况,使使表表面面趋趋于于稳稳定定,这这样样减减少少了了发发射射区区表表面面复复合合,提提高高了了太太阳阳电电池池对对蓝蓝光光的的响响应应,同同时时也也增增加加了了短短路路电电流流密密度度Jsc,由由于于减减少少了了发发射射区区表表面面复复合合,这这样样也也就就减减少少了了反反向向饱饱和和电电流流密密度度,从从而而提提高高了了太太阳阳电电池池开开路路电电压压Voc。还还有有如如果果没没有有这这层层SiN,直直接接淀淀积积TiO2薄薄膜膜,硅硅表表面面上上会会出出现现陷陷阱阱型型的的滞滞后后现现象象导导致致太太阳阳电电池池短短路路电电流流衰衰减减,一一般般会会衰衰减减8%左

19、左右右,从从而而降降低低光光电电转转换换效效率率。故故要要先先生生长长SiN钝钝化化再再生长生长TiO2减反射膜。减反射膜。TiO2减减反反射射膜膜是是用用APCVD设设备备生生长长的的,它它通通过过钛钛酸酸异异丙丙脂脂与与纯纯水水产产生生水水解解反反应应来来生长生长TiO2薄膜。薄膜。Ti(OCTi(OC3 3H H7 7)4 4+2H+2H2 2O O TiOTiO2 2+4(C+4(C3 3H H7 7)OH)OH 加热加热第13页，此课件共20页哦4.4 PECVD淀积淀积SiN 多多晶晶硅硅太太阳阳电电池池广广泛泛使使用用PECVD淀淀积积SiN,由由于于PECVD淀淀积积SiN时时

20、,不不光光是是生生长长SiN作作为为减减反反射射膜膜,同同时时生生成成了了大大量量的的原原子子氢氢,这这些些氢氢原原子子能能对对多多晶晶硅硅片片具具有有表表面面钝钝化化和和体体钝钝化化的的双双重重作作用用,可可用用于于大大批批量量生生产产高高效效多多晶晶硅硅太太阳阳电电池池,为为上上世世纪纪末末多多晶晶硅硅太太阳阳电电池池的的产产量量超超过过单单晶晶硅硅太太阳阳电电池池立立下下汗汗马马功功劳劳。随随着着PECVD在在多多晶晶硅硅太太阳阳电电池池成成功功,引引起起人人们们将将PECVD用于单晶硅太阳电池作表面钝化的愿望。用于单晶硅太阳电池作表面钝化的愿望。由由于于生生成成的的氮氮化化硅硅薄薄膜膜

21、含含有有大大量量的的氢氢,可可以以很很好好的的钝钝化化硅硅中中的的位位错错、表表面面悬悬挂挂键键，从从而而提提高高了了硅硅片片中中载载流流子子迁迁移移率率，一一般般要要提提高高20%左左右右，同同时时由由于于SiN薄薄膜膜对对单单晶晶硅硅表表面面有有非非常常明明显显钝钝化化作作用用。尚尚德德公公司司的的经经验验显显示示，用用PECVDSiN作作为为减减反反膜膜的的单单晶晶硅硅太阳电池效率较高于传统的由太阳电池效率较高于传统的由APCVDTiO2作为减反膜单晶硅太阳电池。作为减反膜单晶硅太阳电池。第14页，此课件共20页哦4.5 共烧形成金属接触共烧形成金属接触 晶晶体体硅硅太太阳阳电电池池要要

22、通通过过三三次次印印刷刷金金属属浆浆料料，传传统统工工艺艺要要用用二二次次烧烧结结才才能能形形成成良良好好的的带带有有金金属属电电极极欧欧姆姆接接触触，共共烧烧工工艺艺只只需需一一次次烧烧结结，同同时时形形成成上上下下电电极极的的欧欧姆姆接接触触，是是高高效效晶晶体体硅硅太太阳阳能能电电池池的的一一项项重重要要关关键键工工艺艺，国国外外著著名名的的金金属属浆浆料料厂厂商商非非常常卖卖力力推推广广共共烧烧工工艺艺。这这个个工工艺艺基基础础理理论论来来自自较较古古老老的的合合金金法法制制P-N结结工工艺艺。就就是是电电极极金金属属材材料料和和半半导导体体单单晶晶硅硅在在温温度度达达到到共共晶晶温温

23、度度时时，单单晶晶硅硅原原子子按按相相图图以以一一定定的的比比例例量量溶溶入入到到熔熔融融的的合合金金电电极极材材料料中中去去。单单晶晶硅硅原原子子溶溶入入到到电电极极金金属属中中的的整整个个过过程程是是相相当当快快的的，一一般般只只需需几几秒秒钟钟时时间间。溶溶入入的的单单晶晶硅硅原原子子数数目目决决定定于于合合金金温温度度和和电电极极材材料料的的体体积积，烧烧结结合合金金温温度度愈愈高高，电电极极金金属属材材料料体体积积愈愈大大，则则溶溶入入的的硅硅原原子子数数目目也也愈愈多多，这这时时状状态态被被称称为为晶晶体体电电极极金金属属的的合合金金系系统统。如如果果此此时时温温度度降降低低，系系

24、统统开开始始冷冷却却，这这时时原原先先溶溶入入到到电电极极金金属属材材料料中中的的硅硅原原子子重重新新以以固固态态形形式式结结晶晶出出来来，也也就就是是在在金金属属和和晶晶体体接接触触界界面面上上生生长长出出一一层层外外延延层层。如如果果外外延延层层内内含含有有足足够够量量的的与与原原先先晶晶体体材材料料导导电电类类型型相相同同杂杂质质成成份份，这这就就获获得得了了用用合合金金法法工工艺艺形形成成欧欧姆姆接接触触；如如果果再再结结晶晶层层内内含含有有足足够够量量的的与与原原先先晶晶体体材材料料导导电电类类型型异异型型的的杂杂质质成成份份，这这就获得了用合金法工艺形成就获得了用合金法工艺形成P-

25、N结。结。银银桨桨、银银铝铝桨桨、铝铝桨桨印印刷刷过过的的硅硅片片，通通过过烘烘干干有有机机溶溶剂剂完完全全挥挥发发，膜膜层层收收缩缩成成为为固固状状物物紧紧密密粘粘附附在在硅硅片片上上，这这时时，可可视视为为金金属属电电极极材材料料层层和和硅硅片片接接触触在在一一起起。所所谓谓共共烧烧工工艺艺显显然然是是采采用用银银硅硅的的共共晶晶温温度度，同同时时在在几几秒秒钟钟内内单单晶晶硅硅原原子子溶溶入入到到金金属属电电极极材材料料里里，之之后后又又几几乎乎同同时时冷冷却却形形成成再再结结晶晶层层，这这个个再再结结晶晶层层是是较较完完美美单单晶晶硅硅的的晶晶格格点点阵阵结结构构。只只经经过过一一次次

26、烧烧结结钝钝化化表表面面层层的的氢氢原原子子，逸逸失失是是有有限限的的，共共烧烧保保障障了了氢氢原原子子大大量量存存在在，填填充充因子较高，没有必要引入氮氢烘焙工艺（因子较高，没有必要引入氮氢烘焙工艺（FGS）。）。第15页，此课件共20页哦4.6 电池片测试电池片测试电池片测试后，其电池片测试后，其IV曲线如图：曲线如图：第16页，此课件共20页哦第17页，此课件共20页哦 尚尚德德太太阳阳能能电电力力有有限限公公司司新新建建50兆兆瓦瓦三三条条单单晶晶硅硅太太阳阳电电池池生生产产线线，其其技技术术水水平平和和当当今国际商业化高效单晶硅太阳电池处于同步阶段，将大大提高我国光伏产业水平。今国际

27、商业化高效单晶硅太阳电池处于同步阶段，将大大提高我国光伏产业水平。尚尚德德太太阳阳能能电电力力有有限限公公司司既既能能生生产产SiN膜膜又又能能生生产产TiO2膜膜单单晶晶硅硅太太阳阳电电池池，体体现现了了尚尚德德公公司司既既能能面面向向现现在在，又又能能继继承承传传统统全全面面发发展展的的策策略略。单单晶晶硅硅电池的平均传统效率在电池的平均传统效率在16.5%左右，最高效率大大超过左右，最高效率大大超过17%。尚德太阳能电力有限公司正在筹备制造尚德太阳能电力有限公司正在筹备制造156156单晶硅太阳电池片单晶硅太阳电池片,产品将会近产品将会近期内出现。期内出现。第18页，此课件共20页哦参考

28、文献参考文献施正荣施正荣:新世纪光伏产业展望新世纪光伏产业展望 21世纪太阳能新技术世纪太阳能新技术P349汪义川、杨健、童彩霞、施正荣汪义川、杨健、童彩霞、施正荣 高效单晶硅太阳电池商业化进程高效单晶硅太阳电池商业化进程Commercialization of a Silicon Nitride Co-Fire Through(SINCOFT)process for manufacturing high efficiency mono-crystalline silicon soar cells Bikash Kumar1,Tim Koval2,srinivasamohan Narayanan2 and Stephen Shea2 (1)Tata BP Solar,lndia;(2)630 Solarex Court,Frederick,MD 21754,USA,e-mail:第19页，此课件共20页哦全全 文文 结结 束束第20页，此课件共20页哦