P型多晶电池片原理

P型单晶硅电池的介绍

太阳电池是一对光有响应并能将光能转换成电能的器件。当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。

生产太阳电池的原材料是太阳能级或IC级单多晶硅片，我公司生产的最终成品是太阳能电池组件，中间成品是太阳能电池片。将单片的太阳电池通过串并联焊接在一起，再用玻璃、EVA、TPT、铝合金框等材料将它们封装起来，就做成了板状的太阳能电池组件。生产太阳电池及组件分为若干个工艺流程，下面以P型单晶硅电池为例作介绍：

1、化学减薄、制绒和清洗

这三个流程是在同一台设备（全自动太阳能专用清洗机）上完成的。进入工厂的硅片是由硅片生产厂家通过切割硅锭而得到的，所以硅片表面会存在一定的损伤（损伤层），另外，硅片加工过程中难免会受到不同程度的污染。所以在进入正式生产之前，我们必须先去除硅片表面的损伤层和污物。这里我们通过化学反应的方法用20%的氢氧化钠溶液腐蚀硅片表面，剥离硅片表面的一层硅，从而达到去除损伤层的目的。然后再用较稀的氢氧化钠溶液来制作绒面，其原理是氢氧化钠对硅片表面腐蚀速度不同，从而导致硅片表面形成凹凸不平的状态，这就是所谓的绒面。绒面的作用是使光线在硅片表面发生多次反射，从而增加光线射入硅片的几率，硅片相应的得到更多的能量。然后，我们采用酸洗（盐酸）的办法去除硅片表面的污垢，最后用去离子水冲洗硅片、烘干。

2、扩散制PN结

PN结是太阳电池光电转换的关键，我们的硅片是P型的（掺硼），扩散工艺的目的就是要形成良好的P-N结。其原理是在高温下，使磷原子扩散进入硅片，使硅片表层一定厚度的硅片变成N型，P型和N型交界的那个面就是所谓的P-N结，当光子进入P-N结时，会使电子激发产生越迁从而形成自由电子，自由电子的不断累计在P-N结两侧产生了电位差（电压），当外部电路接通时就会产生连续的电流。这个过程是在密闭的高温扩散炉中进行的。设备采用国内知名的太阳能设备生产单位——中国电子科技集团第48研究所生产的闭式扩散炉。

3、等离子刻蚀去边

扩散过程中，不但硅片的表面扩散上了磷，硅片边缘也扩散上了磷，这会导致硅片正反两极通过边缘导通短路。所以我们必须将硅片边缘这层被扩散上的硅去掉，俗称去边，大概去除1到3个微米。去边的设备是等离子刻蚀机，硅片在刻蚀机内水平旋转，通入的反应气体为四氟化碳、氧气和氮气。其原理是在放电状态下反应气体四氟化碳、氧气和硅片边缘的硅发生反应，反应形成粉末后随气流一起被抽走。

4、扩散后清洗

扩散过程中，磷和硅会在硅片表面形成一层化合物，我们称之为磷硅玻璃。这层物质会影响太阳光的入射，而且也会降低硅片表面和电极的接触性能，导致电池质量下降，所必须出去这层磷硅玻璃。这里利用稀氢氟酸（HF）溶液能和磷硅化合物反应而不会和硅发生反应的特性来去除磷硅玻璃。具体实现方法是，将硅片装在特定的装载篮里浸入稀氢氟酸溶液一定时间，然后再经过去离子水漂洗，最后烘干。

5、制减反射膜

所谓减反射膜就是一层能够减少光在硅片表面反射从而增加入射光的特殊物质，我们采用当前普遍应用的氮化硅减反射膜。我们通过等离子增强气象化学沉积的办法来制作氮化硅膜，设备为德国ROTH&RAU公司生产的大型沉积设备。整个过程在密闭真空状态下进行，

电池片扩散面朝上放在一个平板放电电极上，在一定温度、压力下，反应气体硅烷（SiH4）、氨气（NH3）、氮气（N2）在放电状态下发生复杂的物理化学反应，生成氮化硅（SixNy）沉积在硅片的表面，形成一层致密的膜结构，这就是减反射膜。

6、丝网印刷电极

做完减反射膜之后电池基本上形成了，但是我们要把电能从电池中引出来，所以必须要有电极，就像普通干电池也有正负金属电极一样，这就是丝网印刷要完成的工作，电极起一个收集和导出电流的作用。丝网印刷设备是日本进口的全自动丝网印刷机，它通过印刷的方式将金属浆料印刷到硅片的正反面。电池的正面（即扩散面）印刷的是银浆，银浆是一种含银量80%左右的浆糊状物质，通过印刷在硅片表面形成由两条较粗的主栅线（宽约1.5毫米）和极细的网状细栅线组成的电极，收集整个硅片表面产生的电流；电池的背面印刷的是铝浆和银铝浆，银铝浆印刷在和正面主栅线对应的位置（宽约2.0毫米），它起焊接作用。其余位置全部覆盖含铝量约75%的铝浆，铝浆起导电电极的作用，另外，铝和硅形成的合金会产生一个叫背表面场（BSF）的特殊层，这个背表面场对电池的电压有一定的贡献，能够提高电池的效率。

7、烧结

浆料印刷到硅片表面后，其实没有和硅片真正形成导电接触或欧姆接触，所以我们要对硅片进行烧结，使银、铝金属和硅能形成良好的欧姆接触，也就是说在高温下，银、铝金属和硅充分接触，硅表面的电流能够通过金属导出到外部电路。烧结采用的设备是美国进口的BT U公司的烧结炉，烧结温度在800度左右。

8、电池测试

烧结工艺完成后，太阳电池就真正做成了，我们需要检测电池的质量和转换效率。转换效率代表着单位面积的电池在一定光强下能够产生电能的多少，也就是说照射到电池表面的太阳光能有多少转换成了电能，一般用一个百分比来表示。当前大规模生产的太阳电池的转化效率一般在15%-17%之间。除转换效率外，还有几个重要的电池参数，包括开路电压（Voc）、短路电流（Isc）、填充因子（FF）等，知道这些参数有助于我们了解电池质量、分析存在的问题、进而寻找解决的办法。另外，在测试过程中会把电池按不同参数分成不同种类，这也是为组件生产做准备。电池测试设备采用日本NPC公司生产的全自动太阳电池测试仪。

9、组件生产

单片电池的效率是很低的，一般125*125的单晶太阳电池的效率约为2.3-2.5瓦。很难满足大功率用电的需求，所能够以我们要把单片电池连接起来做成功率较大的太阳能电池组件。组件生产包括如下几个流程：单焊、串焊、汇焊、层压固化、装框清洗、测试。单焊就是将单片电池的正面主栅线焊上涂锡带；串焊就是将若干片单片电池正负极焊接，组成一个电池串；汇焊就是将若干串电池串通过较粗的汇焊条首尾连接起来，使所有的电池都串联起来；层压固化就是用EVA、TPT将电池夹在中间封装起来，再用层压机层压使EVA、TPT和电池片紧密接触，最后在固化炉中恒温固化；装框就是将固化后的组件板盖上玻璃，装入铝合金框中，使太阳电池组件免受损伤，再将组件外表作整体的清洗；最后将组件成品在太阳能模拟器下进行测试，组件的工作基本就完成了。