硼磷共扩散法制备硅背电场太阳电池
TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究
第53卷第5期2024年5月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.53㊀No.5May,2024TOPCon 太阳电池单面沉积Poly-Si 的工艺研究代同光,谭㊀新,宋志成,郭永刚,袁雅静,倪玉凤,汪㊀梁(青海黄河上游水电开发有限责任公司西安太阳能电力分公司,西安㊀710100)摘要:目前隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池制造技术越来越成熟,所耗成本不断降低㊂行业内普遍采用低压化学气相沉积(LPCVD)方式进行双面沉积或单面沉积㊂单面沉积存在Poly-Si 绕镀问题,严重影响电池片转化效率和外观质量,同时正面绕镀层去除难度较大,在用碱溶液去除绕镀层的同时,存在绕镀层去除不彻底或者非绕镀区域P +层被腐蚀的风险,导致P +发射极受损,严重影响电池片外观质量与性能㊂双面沉积可避免上述问题,但产能减少一半,制造成本增加㊂本文对单面沉积Poly-Si 工艺及绕镀层去除工艺进行研究,在TOPCon 电池正面及背面制作了一层合适厚度的氧化层掩膜,搭配合适的清洗工艺㊁去绕镀清洗工艺,既可有效地去除P +层绕镀的Poly-Si,也可很好地保护正面P +层及背面掺杂Poly-Si 层不受破坏,同时可大幅提升产能㊂关键词:TOPCon 太阳电池;Poly-Si 绕镀层;低压化学气相沉积;BSG;PSG;腐蚀速率中图分类号:TM914.4;TB43㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2024)05-0818-06Single-Sided Deposition of Poly-Si in TOPCon Solar CellsDAI Tongguang ,TAN Xin ,SONG Zhicheng ,GUO Yonggang ,YUAN Yajing ,NI Yufeng ,WANG Liang (Xi an Solar Power Branch,QingHai Huanghe Hydropower Development Co.,Ltd.,Xi an 710100,China)Abstract :At present,the technology of tunnel oxide passivated contact (TOPCon)solar cells is becoming more and more mature,and the manufacturing cost is decreasing.TOPCon cell technology has been applied in the process of manufacture.Low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD)is widely used in the industry for double-sided deposition or single-sided deposition.Single-sided deposition has the problem of Poly-Si winding coating,which seriously affects the efficiency and appearance quality of solar cells.It is difficult to remove the winding coating on the front side.While removing the winding coating in alkali solution,there is a risk of incomplete removal of the winding coating or corrosion risk of P +layer in non-winding plating area.As a result,the P +emitter is damaged,which seriously affects the appearance quality and performance of solar cells.Double-sided deposition can avoid the above risks,but the production capacity will be reduced by half,the manufacturing cost will increase.In this paper,the single-sided deposition of Poly-Si process and the removal process of the winding coating were studied.A layer of oxide coating with appropriate thickness is made on the front and back of TOPCon solar cells.With appropriate cleaning process and unwinding plating cleaning process,the Poly-Si winding coated with P +layer can be effectively removed,and the front P +layer and the doped Poly-Si layer on the back can be well protected from damage,and the production capacity can be greatly improved.Key words :TOPCon solar cell;Poly-Si winding coating;low pressure chemical vapor deposition;BSG;PSG;corrosion rate ㊀㊀收稿日期:2023-09-11㊀㊀作者简介:代同光(1986 ),男,山东省人,工程师㊂E-mail:tg334334@0㊀引㊀㊀言近年来,为应对能源危机和日益严重的环境问题,各国都在大力发展新能源,太阳能光伏发电技术因具有高效㊁清洁㊁取之不尽等优点,越来越受到国际能源产业的青睐㊂目前产业上应用最广泛的太阳能电池为传统晶硅电池,主要是以P 型单晶硅为衬底的钝化发射极背接触太阳电池(passivated emitterand rear cell,PERC)为主,但受P 型硅材料质量和器件结构设计的限制,其光电转化效率很难提高到23%以上[1]㊂而以N 型单晶硅片为衬底的N 型电池片,具有少子寿命高㊁对金属污染容忍度高㊁光致衰减低等㊀第5期代同光等:TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究819㊀优点,可用于制备双面电池,提高了太阳能电池系统的发电量,所以N型技术替代P型技术已成为光伏行业发展的趋势㊂在现有的N型电池中,隧穿氧化层钝化接触(tunnel oxide passivated contact,TOPCon)电池的隧穿氧化层和非晶硅层的沉积为硅片的背面提供了良好的表面钝化,提升了电池的开路电压和短路电流[2],TOPCon 电池具有工艺流程简单㊁效率提升空间大等优点,已被广泛应用于N型高效太阳能电池量产㊂TOPCon电池核心结构由SiO2隧穿氧化层和磷掺杂的多晶硅层组成,目前行业内TOPCon电池的制备方式主要为低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)法[3]㊁等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)法和溅射法,其中LPCVD技术制备的多晶硅膜层在片内及片间呈现较好的均匀性,电池端良率较高,工艺时间相对较短,生产效率高,同时LPCVD设备具有产能大㊁易于维护等优势,因此,LPCVD技术是目前TOPCon电池厂商布局的主流技术路线[4]㊂该技术采用LPCVD方式进行双面沉积或单面沉积,工艺的基本原理是将一种或数种气态物质,在较低压力下,用热能激活,使气态物质发生热分解或化学反应,沉积在衬底表面形成所需的薄膜㊂本征Poly-Si层的沉积主要应用硅烷的热分解来完成,在580~620ħ高温下,通入一定流量的硅烷,并将压力控制在一定范围内,硅烷热分解后在硅片表面沉积一定厚度的Poly-Si,化学反应式为SiH4ңSiˌ+2H2ʏ(1)其中单面沉积产能大但容易导致硅片正面边缘被绕镀Poly-Si(简称绕镀层),该绕镀层的存在影响电池正面对光的吸收,进而影响电池光电转换效率[5]㊂研究发现,与HF/HNO3酸刻蚀处理电池表面多晶硅绕镀相比,采用KOH碱刻蚀方法所处理的电池样品,在电池漏电流方面更具有优势[6],所以目前行业内普遍采用碱刻蚀去除绕镀层㊂但是碱溶液对前表面的腐蚀是全面的,也就导致前表面非绕镀区域也会受到影响,在去除绕镀层的同时,存在正面绕镀层去除不彻底或者非绕镀区域P+发射极被腐蚀的风险,严重影响电池片外观质量和性能㊂双面沉积可避免上述问题,但产能将减少一半,制造成本增加㊂为了保证单面沉积后电池的P+发射极在碱刻蚀过程中不被损坏,需要在P+发射极表面制备一层掩膜㊂本工作采用硼扩散时产生的硼硅玻璃(borosilicate glass,BSG)作为电池P+发射极掩膜,优点有:不增加新的生产设备,减少了电池制备成本;可通过调节硼扩散工艺实现P+发射极与BSG掩膜的共同制备,减少了电池制备流程,并避免样品转移过程带来的污染[6]㊂根据TOPCon电池工艺流程,在LPCVD后须对后表面进行磷掺杂㊂研究人员采用三氯氧磷热分解沉积方式进行磷掺杂,反应过程中生成的磷硅玻璃(phosphosilicon glass,PSG)被绕镀至硅片前表面,且绕镀的PSG厚度并不均匀,PSG的存在将影响Poly-Si绕镀层的去除,需要在去绕度工序前用HF 酸溶液去除㊂之前的研究人员通过实验发现,不同厚度的PSG叠加BSG,在HF酸溶液内的腐蚀速率不一致,进而影响前表面掩膜对P+发射极的保护作用㊂本文对单面沉积Poly-Si工艺及绕镀层去除工艺进行研究,通过在TOPCon电池正面及背面制备一层适宜厚度的氧化层掩膜,搭配刻蚀及去绕镀工序适宜浓度的清洗工艺,既可有效地去除P+层绕镀,也可很好地保护正面P+层及背面掺杂Poly-Si层不受破坏,解决Poly-Si绕镀层问题的同时,提高LPCVD产能㊂1㊀实㊀㊀验1.1㊀LPCVD单㊁双面Poly-Si沉积工艺对TOPCon电池外观及性能影响的实验在本公司TOPCon工艺产线其他工序工艺保持不变的条件下,LPCVD分别采用单插㊁双插方式制作电池,Poly-Si厚度120nm,对比LPCVD单㊁双面Poly-Si沉积时硅片前表面膜层结构的差异及LPCVD工艺后外观差异㊂1.2㊀LPCVD单㊁双面Poly-Si沉积时氧化层厚度对半成品外观影响的实验LPCVD采用单㊁双插方式制作电池半成品样片,在硼扩散㊁磷扩散工艺过程中,通过调整氧化压力,在硅片表面生长不同厚度的BSG㊁PSG,其他工序工艺保持不变,镀正面氮化硅后目测统计外观异常比例,实验设计如表1所示㊂820㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷表1㊀不同氧化层厚度对单、双面Poly-Si 沉积TOPCon 太阳电池外观影响实验方案Table 1㊀Experimental scheme of effect of different oxide layer thickness on the appearance of single-sided anddouble-sided Poly-Si deposited TOPCon solar cellsLPCVDGroup Count Thickness of BSG /nm Thickness of PSG /nm G1-14008030Single-sideG1-240010040G1-340012050G2-14008030Double-side G2-240010040G2-3400120501.3㊀HF 酸溶液对不同厚度氧化层腐蚀速率影响的实验在上述实验硼扩散㊁磷扩散工艺过程中,同步使用碱抛光片在表面制备不同厚度的BSG㊁PSG㊁BSG +PSG,对比其在刻蚀HF 酸溶液内的腐蚀速率差异,实验设计如表2所示㊂表2㊀不同厚度氧化层在HF 酸内腐蚀速率实验方案Table 2㊀Experimental scheme of corrosion rate comparison in HF acid for different oxide layer thicknessOxide layer Thickness /nm Concentration of HF /%Time /s BSG 80 1.5120PSG 50 1.512080+30 1.5120BSG +PSG80+40 1.512080+50 1.51201.4㊀Poly-Si 厚度及绕镀面积对单面Poly-Si 沉积TOPCon 电池外观影响的实验LPCVD 采用双插方式制作电池半成品样片,通过调整LPCVD 沉积时间得到不同厚度的Poly-Si,其他工序工艺保持不变,镀膜后统计外观异常比例㊂1.5㊀实验过程实验材料:N 型金刚线切割硅片制绒后半成品若干㊁N 型金刚线切割硅片抛光片若干㊁HF 酸溶液㊂图1㊀TOPCon 电池制备工艺路径Fig.1㊀Preparation process path of TOPCon cells 实验设备及仪器:深圳捷佳创湿法槽式清洗设备㊁深圳捷佳创低压扩散设备㊁普乐LPCVD㊁RENA InOxSide 链式刻蚀机㊁深圳捷佳创管式镀膜设备㊁Syscos COSE PV4.0光谱椭偏仪㊂实验方法:取N 型金刚线切割硅片制绒后半成品若干,使用深圳捷佳创低压扩散设备进行硼扩散工艺,通过调整氧化压力制备不同厚度的BSG,硼扩后的样品按实验组进行分类,经RENA链式刻蚀机清洗背表面及侧边横截面的BSG 后,浸没在捷佳创湿法槽式设备NaOH 刻蚀槽中对背表面进行抛光,再使用普乐LPCVD 设备进行单㊁双面Poly-Si 沉积,之后在深圳捷佳创低压扩散设备进行磷扩散工艺,通过调整氧化压力制备不同厚度的PSG,后流转至去PSG 工序,使用RENA 链式刻蚀机清洗前表面绕镀Poly-Si 上层绕扩PSG,进一步在去绕镀清洗工序使用深圳捷佳创湿法槽式NaOH 刻蚀溶液去除绕镀Poly-Si,最后使用深圳捷佳创管式镀膜设备对硅片前表面镀氮化硅膜,实验结束后全检外观,统计半成品外观情况㊂上述硼扩散㊁磷扩散过程中,同步使用NaOH 碱刻蚀抛光后的硅片作为氧化层厚度监控片,并随样品进行流转,用于去PSG 工序监控氧化层厚度变化㊂实验样品制作工艺流程如图1所示㊂㊀第5期代同光等:TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究821㊀2㊀结果与讨论2.1㊀LPCVD单、双面Poly-Si沉积工艺对TOPCon电池结构及外观的影响当LPCVD采用双面沉积(单槽单插)时,硅片正表面㊁背面均沉积厚度一致的Poly-Si,硅片前表面颜色均匀㊂采用单面沉积(单槽双插)时,硅片背面沉积厚度一致的Poly-Si,硅片正面绕镀厚度不一致的Poly-Si,根据前表面外观颜色可以看出,从硅片边缘到中心,绕扩的多晶硅厚度呈递减趋势,单双面沉积P+层绕镀结构对比如图2所示㊂LPCVD工艺前和工艺后半成品前表面外观如图3所示㊂图2㊀LPCVD单面与双面结构图Fig.2㊀Structure of single-sided and double-sided by LPCVD图3㊀LPCVD单面与双面P+层外观Fig.3㊀P+layer appearance of single-sided and double-sided by LPCVD2.2㊀LPCVD单面Poly-Si沉积时氧化层厚度对半成品外观影响经实验数据分析(见表3)可知,LPCVD采用双面沉积时,样品镀膜后外观无异常㊂LPCVD采用单面沉积时,当硼扩散BSG厚度小于80nm时,在BOE去绕镀时不足以保护P+层,导致部分区域被腐蚀抛光;当BSG厚度大于100nm时,抛光现象消除;当PSG厚度大于40nm时,在BOE去绕镀时P+层局部被过度腐蚀导致外观发白的比例最高;当PSG厚度小于40nm时,发白比例随PSG厚度减小而递减㊂外观正常及异常图片如图4所示㊂表3㊀LPCVD单面与双面匹配不同厚度氧化层的外观数据Table3㊀Appearance data of single-sided and double-sided by LPCVD matching with different oxide layer thickness LPCVD Group Proportion of polishing/%Proportion of whiten/%G1-110 Single-side G1-200.5G1-30 1.5G2-100 Double-side G2-200G2-3002.3㊀HF酸溶液对不同掺杂氧化层腐蚀速率的影响HF酸对不同厚度氧化层腐蚀能力数据如图5所示㊂从图中可以看出,不同氧化层在同一浓度HF酸溶液内的腐蚀速率为:V BSG<V PSG<V BSG+PSG㊂在腐蚀BSG+PSG叠层掩膜时,随着PSG厚度的增加,腐蚀速率将增大,而在磷扩工艺过程中,P+层绕镀的PSG厚度是不一致的,这将导致刻蚀在去除P+层PSG绕镀时,腐822㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷蚀速率不一致,部分区域剩余掩膜较薄,在去绕镀时被腐蚀,被腐蚀区域比表面积变小,在镀氮化硅膜时,同一条件下,反应气体流量相同,比表面积大的区域沉积的氮化硅厚度越小,而比表面积小的区域则反之[7],导致被腐蚀区域膜厚异常,外观呈发白状,所以在选择磷扩散工艺时,要尽量降低P +层绕扩的PSG 厚度,以降低BSG +PSG 叠层掩膜在刻蚀的腐蚀速率差异㊂图4㊀LPCVD 单面经去绕镀㊁镀膜后的外观Fig.4㊀Appearance after dewinding and coating of single-side by LPCVD图5㊀HF 酸对不同厚度氧化层腐蚀能力数据Fig.5㊀Etching ability data of HF acid to different oxide layers thickness 2.4㊀改进效果评估综上所述,通过在TOPCon 电池前表面制备适宜厚度的BSG 掩膜,同时控制PSG 厚度,可有效解决单面Poly-Si 沉积导致的外观异常,同步制作两组改进前和改进后的电池片进行对比,统计前表面外观异常比例和电性能参数,评估改进效果,实验条件及结果如表4所示㊂实验结果显示,改进前外观抛光比例1.2%,外观发白比例1.8%,改进后外观无明显异常㊂改进前外观异常区域PN 结被腐蚀破坏,难以产生光生伏特效应,导致转化效率损失,改进后外观无异常,电池性能显著提升㊂表4㊀不同厚度氧化绕镀层对单面Poly-Si 沉积TOPCon 太阳电池外观及电性能影响Table 4㊀Effects of different oxide layer thickness on the appearance and electrical properties of TOPCon solar cells deposited by single-sided Poly-SiGroup Count Thickness of BSG /nm Thickness of PSG /nm U oc /V I sc /AR s /ΩR sh /ΩFF /%NCell /%Proportion of polishing /%Proportion of whiten /%Baseline 40080500.706513.69140.0009460282.6624.27 1.2 1.8Improvement 400100300.707413.69950.0008466582.7824.32003㊀结㊀㊀论1)在TOPCon 工艺过程中,LPCVD 采用单面Poly-Si 沉积时,前表面非绕镀区域在清洗去绕镀时容易被腐蚀,导致电池片外观异常㊁效率损失㊂㊀第5期代同光等:TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究823㊀2)氧化层厚度对TOPCon电池外观起着至关重要的作用,当硼扩散BSG厚度小于一定量时,在BOE去绕镀时不足以保护P+层,导致部分区域被腐蚀抛光;PSG厚度大于一定厚度时,在BOE去绕镀时P+层局部易被过度腐蚀导致发白㊂3)各掺杂氧化层在刻蚀HF酸溶液内的腐蚀速率为:V BSG<V PSG<V BSG+PSG㊂在腐蚀BSG+PSG叠层掩膜时,随着PSG厚度的增加,腐蚀速率将增大㊂4)通过在TOPCon电池正面制备一层适宜厚度的氧化层掩膜,搭配刻蚀及去绕镀工序化学品1.5%浓度的清洗工艺,即可有效地去除P+层绕镀的Poly-Si,也可很好地保护正面P+层不受破坏,解决单面沉积Poly-Si 外观异常的同时,提高LPCVD产能㊂参考文献[1]㊀张㊀志.隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)太阳电池的研究[D].昆明:昆明理工大学,2019.ZHANG Z.Research on tunneling oxide passivation contact(TOPCon)solar cells[D].Kunming:Kunming University of Science and Technology,2019(in Chinese).[2]㊀肖友鹏,李桂金.硅太阳电池钝化载流子选择性接触概念与现状[J].电源技术,2019,43(11):1897-1900.XIAO Y P,LI G J.Concept and present situation of passive carrier selective exposure in silicon solar cells[J].Chinese Journal of Power Sources,2019,43(11):1897-1900(in Chinese).[3]㊀SACHS E,PRUEGER G,GUERRIERI R.An equipment model for polysilicon LPCVD[J].IEEE Transactions on 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太阳能电池 硼扩 pl亮度
太阳能电池硼扩pl亮度太阳能电池的工作原理是将太阳能转换成电能，利用光照照射到太阳能电池上的光子，使得光电效应在太阳能电池材料中发生，从而产生电子和空穴。
这些电子和空穴被太阳能电池表面的电场分离，形成电流，从而实现太阳能转化为电能的过程。
在太阳能电池中，硼扩散是一种常用的工艺方法。
硼扩散是指在太阳能电池的p-n结上，在高温下将硼原子扩散到材料中，使得p区中的磷原子被硼原子取代。
这样可以增加太阳能电池的p区掺杂浓度，提高了其导电性能，从而提高了太阳能电池的转换效率。
硼扩散还可以减小太阳能电池的接触电阻，提高电流的输出能力。
除了硼扩散，pl亮度也是太阳能电池性能的一个重要指标。
pl亮度是指太阳能电池在光照下的发光亮度。
太阳能电池材料的pl亮度越高，能够产生更多的光子，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
提高pl亮度有以下几种方法：1. 提高材料的纯度：杂质对太阳能电池的光电转换效率有一定的负面影响，提高材料的纯度可以减少杂质的存在，从而提高pl亮度。
2. 优化太阳能电池的结构：通过优化太阳能电池的结构，可以减小材料的缺陷和界面反射，提高光电转换效率，进而提高pl亮度。
3. 提高光吸收效率：通过增加材料的厚度或者采用多层结构，可以增加材料对光的吸收，提高光电转换效率和pl亮度。
4. 使用表面纳米结构：利用纳米结构可以提高材料的光吸收效率，增加光子在材料中的扩散路径，从而提高pl亮度。
5. 掺杂优化：适当的掺杂可以调节材料的能带结构，提高其光电转换效率和pl 亮度。
除了硼扩散和pl亮度，提高太阳能电池的转换效率还可以通过其他方式实现，例如增加p-n结界面面积，提高光敏电池材料和载流子的载流率，减小电池的能量损失等。
随着技术的不断发展，太阳能电池的转换效率和pl亮度都有望进一步提高，推动太阳能电池在能源领域的广泛应用。
电池片背部磷扩散
电池片背部磷扩散电池片是太阳能光伏系统的核心组件之一，用于将太阳能转化为电能。
为了提高太阳能电池的效率和性能，研究人员一直在努力寻找新的材料和工艺来改进电池片的制造过程。
其中，磷扩散技术是一种常用的工艺方法，可以在电池片背部形成磷掺杂层，从而提高电池片的性能。
磷扩散是一种通过在材料表面引入磷元素来改变材料性质的过程。
在太阳能电池片的制造中，磷扩散主要用于背面电场形成和电池片的电性能优化。
下面将详细介绍电池片背部磷扩散的工艺过程和其对电池性能的影响。
1. 磷扩散的工艺过程电池片背部磷扩散的工艺过程主要包括以下几个步骤：1.1 清洗：首先，需要对电池片进行表面清洗，以去除表面的污垢和杂质。
这可以通过浸泡在酸性或碱性溶液中、超声波清洗或机械刷洗等方法来实现。
1.2 磷源制备：接下来，需要准备磷源。
常用的磷源包括磷酸、磷酸盐或磷化氢等。
磷酸和磷酸盐在高温下可以分解释放出磷，而磷化氢则需要特殊的设备和条件来生成。
1.3 扩散：在背部扩散过程中，将磷源涂覆在电池片的背面，然后将其暴露在高温环境中。
高温会促进磷元素的扩散，使其渗透到电池片的表面和内部。
1.4 烧结：扩散完成后，需要进行烧结以稳定磷的分布并形成均匀的磷掺杂层。
烧结温度和时间的选择对于磷扩散层的性能和稳定性至关重要。
2. 磷扩散对电池性能的影响电池片背部磷扩散可以对太阳能电池的性能和效率产生多方面的影响。
2.1 背面电场形成：磷扩散可以在电池片背面形成掺杂层，增加背面的载流子浓度，从而形成背面电场。
这种电场可以减小电池片的反射损失、提高光吸收效率，并增强电池片的光电转换效率。
2.2 电池片效率：磷扩散可以提高电池片的效率。
通过形成磷掺杂层，可以增加电池片的导电性能和光电转换效率，从而提高电池片的整体效率。
2.3 电池片稳定性：磷扩散可以增强电池片的稳定性。
磷掺杂层可以提高电池片的抗腐蚀性能和抗氧化性能，从而延长电池片的使用寿命。
2.4 热稳定抱歉，我在之前的回答中意外地截断了。
一种太阳能电池硼扩散方法及硼扩散装置[发明专利]
![一种太阳能电池硼扩散方法及硼扩散装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/7e0fb96be53a580216fcfef8.png)
专利名称：一种太阳能电池硼扩散方法及硼扩散装置专利类型：发明专利
发明人：张伟,杨伟光,郎芳,王平,史金超,宋登元
申请号：CN201610563642.1
申请日：20160718
公开号：CN106129177A
公开日：
20161116
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种太阳能电池硼扩散方法及硼扩散装置，属于太阳能电池制作技术领域。
本发明包括以下步骤：将需要进行硼扩散的硅片放入扩散炉内，升温；通入硼源、二氯乙烯、氧气和氮气进行硼扩散；停止通硼源、氧气和二氯乙烯，在氮气氛围下保持温度在900℃‑960℃，持续时间15min‑40min，氮气流量为10‑20L/min；降温，取出硅片，完成扩散过程。
本发明是在BBr液态源高温扩散过程中引入二氯乙烯，能够提高硼扩散的片内均匀性及片间均匀性，减缓BO对炉内石英器件的腐蚀，延长石英器件的使用寿命，避免硅片在高温过程中受到金属污染。
申请人：保定天威英利新能源有限公司
地址：071051 河北省保定市高开区复兴中路3055号
国籍：CN
代理机构：石家庄国为知识产权事务所
代理人：黄辉本
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太阳能光伏组件制造工艺过程
太阳能光伏组件制造工艺过程1.光伏电池片制备（1）硅片制备：首先，从硅矿石中提取硅，然后通过炉石法或氧化法将硅精炼成多晶硅。
接着，将多晶硅加热到1400℃以上熔化，并进行等温处理，待温度降至1000℃时，将多晶硅投入到单晶硅种子上，从而制备出单晶硅棒。
最后，将单晶硅棒切割成薄片，形成硅片。
（2）氧化：将硅片进行氧化处理，使硅片表面形成一层二氧化硅（SiO2）薄膜。
（3）扩散：将经过氧化处理的硅片放入扩散炉中，加入磷或硼等杂质，并进行加热处理，使磷或硼渗入硅片表层，形成P型或N型半导体层。
（4）金属化：在扩散之后，使用光刻和蒸镀等技术，在硅片表面涂覆金属导电层，形成正负极。
2.组装装配（1）电池片排列：将多个光伏电池片按照一定的顺序排列在基板上，并使用胶水或胶带固定。
（2）排列背板：在电池片排列的背面加上封装材料，一般采用聚合物材料作为背板，保护电池片。
（3）电池片连接：使用导线将电池片的正极和负极连接起来，形成闭合回路。
3.封装封装是为了保护组件，防止电池片受到环境的损害，并增强耐久性。
（1）玻璃封装：在电池片上方加上一层玻璃，形成太阳能电池板的表面。
玻璃透明且具有良好的耐候性和耐腐蚀性，可以有效保护电池片。
（2）背板封装：在电池片背板上方加上一层背板封装材料，形成太阳能电池板的背面。
背板封装材料一般采用聚合物材料，具有良好的耐候性和耐温性。
（3）边框封装：在电池片四周加上边框，一方面可以增强电池片的稳固性，另一方面可以减少电池片与环境之间的接触。
4.测试最后，对太阳能光伏组件进行测试，确保其质量和性能达到标准要求。
（1）电性能测试：使用太阳能模拟器将光照照射到光伏组件上，测量其电流、电压和功率等参数。
（2）外观检查：检查组件的外观是否完好，是否存在破损和缺陷。
（3）耐候性测试：将光伏组件放置在模拟气候箱中，模拟不同的气候条件，测试其性能稳定性和耐久性。
通过以上的制造工艺过程，太阳能光伏组件的制造完成，可以在适当的太阳光照下，将太阳能转化为电能，广泛应用于太阳能光伏发电系统中。
光伏硼扩散工艺原理
光伏硼扩散工艺原理
光伏硼扩散工艺是一种将硼元素扩散到硅晶片中的过程，用于制作光伏电池的p型区域。
以下是光伏硼扩散工艺的原理：
1. 原料准备：准备所需的硼源材料，一般为硼化合物如硼酸或硼酸铵。
2. 清洗晶片：将硅晶片进行清洗，以去除表面的污染和杂质，确保扩散过程的顺利进行。
3. 涂敷硼源材料：将硼源材料溶液涂敷在硅晶片表面，形成一层薄膜。
硼源材料通常是一种粘性液体，可以通过旋涂的方式均匀涂敷在晶片表面。
4. 热处理：将涂有硼源材料的硅晶片放入炉中进行热处理。
在高温条件下，硼源材料会扩散到硅晶片中，与硅发生反应形成p型区域。
5. 退火处理：完成硼扩散后，对晶片进行退火处理，以消除应力和缺陷，并提高光伏电池的性能。
通过光伏硼扩散工艺，可以在硅晶片中形成p型区域，用于形成PN结构的光伏电池。
这种结构能够吸收光能，并将其转化为电能。
光伏硼扩散工艺的原理是利用硼元素的掺杂，改变硅晶片的导电性质，形成正电荷的p型区域，为光伏电池的正负极提供电荷传输和分离的功能。
背接触硅太阳电池研究进展.
5.EWT太阳电池（图6）：EwT电池完全去除了正表面的栅线电极，依靠电 池中的无数导电小孔来收集载流子，并传递到背面的发射区电极上。 导电孔的制作，早期主要采用光刻和湿法化学腐蚀法，目前最常用的 是激光钻孔。孔内进行重磷扩散以降低接触电阻及接触复合。电池背 面是间隔排列的P型电极凹槽和n型电极凹槽。分别在13．型电极凹槽 和P型电极凹槽内进行磷硼扩散以降低接触复合。FraunhoferISE采用 Si02钝化及光刻技术，在FZ-Si衬底上制作出效率为21．4％的EwT电 池(6cm2)，成为EwT电池的最高效率保持者[1引。Konstanz大学采用 丝网印刷技术，在Cz-Si衬底上制作出低成本大面积EwT电池，效率为 15．8孵”]。美国Advent Solar公司采用双面收集结结构，并利用激 光钻孔及丝网印刷技术，批量生产低成本、大面积(156cmz)的EWT电 池，效率均在15％以．
6.POWER-EWT太阳电池（图7）既具有P0wER电池半透明、机 械柔韧性好等特点，又具有EwT电池连接简单、表面均一 美观等优点。电池正反两面通过机械方法刻凿出相互正交 的矩形凹槽，槽深大于衬底厚度的1／2，由此在两面凹槽 的相交区域就会形成透光孔，孔的大小由槽宽决定。槽宽 的设计要适中，既要考虑到印刷电极的技术需要，又要满 足两种接触电极的绝缘要求。磷扩散后，这些透光孔起到 了连接表面发射区与背表发射区电极的作用。P()WER-EWT 电池独特结构的优点是：正表面的凹槽结构增加了表面的 陷光效果；电池中任一点到收集结的距离都相应变短，可 以在低质衬底上获得很高的收集效率。但由于电池背面基 区主栅的绝缘效果欠佳，致使效率仅仅达到8．3％。
一、背接触硅太阳电池及其分类
背接触硅太阳电池是指电池的发射区电极和基区电极 均位于电池背面的一种硅太阳电池。背接触电池有很多优 点：①效率高。由于降低或完全消除了正面栅线电极的遮 光损失，从而提高了电池效率。②易组装。采用全新的组 件封装模式进行共面连接，既减小了电池片间的间隔，提 高了封装密度，又简化了制作工艺，降低了封装难度。③ 更美观。电池的正面均一、美观，满足了消费者的审美要 求。根据p-n结位置不同，背接触硅太阳电池可分为两类 ：①背结电池。p-n结位于电池背表面，发射区电极和基 区电极也相应地位于电池背面，如IBC电池。②前结电池 。p-n结依然位于电池正表面，只是通过某种方法把在正 表面收集的载流子传递到背面的接触电极上，如EWT电池 。
光伏电池pn结制备实验心得
光伏电池pn结制备实验心得一、技术迭代推动降本增效，N 型电池技术发展提速晶硅电池技术是以硅片为衬底，根据硅片的差异区分为 P 型电池和 N 型电池。
其中 P 型电池主要是 BSF 电池和 PERC 电池，N 型电池目前投入比较多的主流技术为 HJT 电池和 TOPCon 电池。
1）P 型电池，传统单晶和多晶电池主要技术路线为铝背场技术（Al-BSF），目前主流的 P 型单晶电池技术为 PERC 电池技术，该技术制造工艺简单、成本低，叠加 SE（选择性发射技术）提升电池转换效率；2）N 型电池，随着 P 型电池逐渐接近其转换效率极限，N 型将成为下一代电池技术的发展方向。
N 型电池具有转换效率高、双面率高、温度系数低、无光衰、弱光效应好、载流子寿命更长等优点，主要制备技术包括 PERT/PERL、 TOPCon、IBC、异质结（HJT）等。
技术迭代推动提效降本，PERC 电池产能占 86%过去五年，PERC 代替 Al-BSF 成为目前主流电池技术。
P 型电池技术主要经历了 Al-BSF（传统铝背场）到单面 PERC 再到双面PERC 技术的发展路线。
根据 CPIA 数据， 2015 年之前，铝背场电池是主流的电池技术，市占率一度超过 90%，2015 年开始随时 PERC 电池技术的推广，BSF 电池市占率开始下降并在 2020 年市占率降至8.8%。
PERC 电池技术的推广主要得益于单晶硅片的大规模推广，设备国产化率快速提升等因素。
根据 CPIA数据，2020 年新建量产产线仍以 PERC 电池为主，PERC 电池市场占比达到 86.4%。
1） Al-BSF 电池技术。
为改善太阳能电池效率，在 P-N 结制备完成后，在硅片的背光面沉积一层铝膜，制备 P+层，称为铝背场电池。
铝背层主要进行表面钝化，降低背表面复合速率，增加光程，提升效率。
但红外辐射光只有 60-70%能被反射，产生较多的光电损失，在转换效率方面有明显的局限。
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Ｂ”．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｆｉｒｓｔ ＷＣＰＥＣ，Ｄｅｃ．５－９．１９９４，Ｈａｗａｉｉ，１５１９—１５２２．
［２］Ｂ．Ｈａｒｔｉｔｉ，Ａ．Ｓｌａｏｕｉ．Ｊ．Ｃ＾＿ｌｕｌｌｅｒ ａｎｄ Ｐ Ｓｉｆｆｅｒｔ：”Ｌａｒｇｅ ｄｉｔ。ｆｕｓｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ
ｉｎ ｓ儿ｉｃｏｎ ｂｙ ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ＣＯ—ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ”
下载时间：2010年8月27日
五．致谢
上海航天局空间Ｉ乜源研究所平『ｌ上海硅材料厂，在太帅乜池Ｌｂ极制做平¨数据测量上给予大力支持．
谨表衷心感谢。
文献参考
［１］Ｂ．Ｈａｒｔｉｔｉ，Ｓ．Ｓｉｖｏｔｈｔｈａｍａｎ，Ｒ．Ｓｃｈｉｎｄｌｅｒ，ｊ．Ｈｉｊｓ，５．Ｃ，Ｍｕ】ＪｅＴ ａｎｄ Ｐ，Ｓｉｆｆｅｒｔ：”Ｌｏｗ
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｅｒ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｍｉｔｔｅｒ ａｎｄ ＢＳＦ ｂｙ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏ—ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｏｆ Ｐ，Ａ１ ｏｒ
刖电池中扩散自｝质的有利分布。共扩散引入的杂质吸收效果还可以故善ＰＮ结特性，提高太刚电 率。此外光热快速。ｒ扩散方法还有望实现太Ｒｉ Ｌｂ池的连续生产。本文研究了硼、磷在硅中的共扩 性．利朋扩散层的薄层ｌｂ阻的测餐及少数载流ｆ寿命的删肇，证明共扩散方法可以形成结深利浓 力便控制的均匀扩散层，井可用米制备背Ｉ也场徘Ａ…电池。
试验过程
磷、硼共扩散实验川电阻炉进行。厚０，４ｍｍ ＩＵｍ率为】一１０ ｏ ｃｍ的Ｐ碰硅片作为基片，含有磷 的化合物的片状俐态扩散源（由中国科学院‘｝：Ｊ二海冶金研究所提供）做川作扩散源。砗片和含磷、 的片状毫！《ｆ被叠起来安置］＂ＪＪｎ蔫的干ｉ英舟中（Ｉｉ英问与盖之间有一定缝隙）。每两个硅片的光面（止 之间夹八磷扩散渊，毛面（反面）之间夹入删扩散游。 扩散温度根据实验要求控制在８５０—１１５０Ｃ。可利川一Ｕ－燥的氮气乖ｌ空气流作为硅片的环境保护气氛。 检测共扩散的结果．测姑了扩散后硅片止面利ｊ：豆面的薄面电阻，以及砘片基区（去除扩散层后的 ）｜１勺少数载流于寿命。洲培少数载流子寿命之ｉｊｉ：『．｛ｉ＃片ＨＪ硝酸和氢氟酸的混合液腐蚀以后去除表 散层。 用这种批扩散方法．制备了数批砘背电场电池，ＩＵ极ＨＪ真空镀麒法制成，钛氧化物被川作抗反射
三．结果与讨论
根据不薄层电阻的测试结果，发现用共扩散方法可以形成所要求的均匀、稳定的扩散层，扩散浓 度乖ｌ深度都可自由控制。而且可以认为两种杂质在Ｕ！反两面的扩敞几乎是相互独立地完成的，相互影 响很少。
表ｌ，删９ ５ ０℃共扩散方＝｝去制作的９个硅背电场太阳电池的光电参数．
～ｓａ、ｍ、ｐ避ｌ竺ｅ＼“ｅ．‘
ＦＦ
（％）
７６．Ｏ １Ｂ＇ ７５．５ ７５ Ｓ ７６．７ ７４４ ７６ Ｓ ７６６ ７５．Ｏ
对比共扩散千¨单一磷扩散斤．所得的扩散层的薄层电阻，可发现如果扩散温度和时间相同的话， 共扩散和单一磷扩散后的石幸片止面（即光面）的薄层电阻儿乎是相同的。扩散层的薄层电阻和结深可 以Ｈｊ控制扩散温度和时间的办法加以控制。在制备太…ｌ也池时，耍以受光面（磷扩面）的磷扩散浓度 和深度为主来考虑扩散温度利时问。实验表明这种姓扩散方法得到的扩散层的薄层电阻的均匀性非常 好，适宜制作硅背电场太刚电池。
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电阻的测试结果表明．共扩散法可以在碎片的上表面和Ｆ表面同时形成均匀、稳定的扩散层（发
ｆ
和背电场区），其扩敞浓度和深度可Ｈ』控制扩散时间平¨温度的办法米控制，利ｔｌ｛｛｜这种共扩散技术
制得光电转换效率为１２．２％（埘Ｉ）的叱池。对扩敞』亓的硅片进行少子寿命测量的结果．表明硅
１
面的硼扩散层在扩散过程中能吸收硅片内部的重金属杂质，故善卧结特性。
ｊ；¨。ｉ◇鲢般黔融舾髓燃葩齄ｉ
Ｆｉｇ Ｉ：Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆｌｈｅ ｃ。·ｄＵ＇ｆｕｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ
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Ｆｉｇ．２：Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆｔｈｅ ｓ蛐ｃｎｌｒｅ ｏｆＢＳＦ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ
表１示出了用９５０。Ｃ共扩散方法制作的９个砖背电场太阳电池的光电参数。闰３是一个典型的这
种背电场太阳电池的电压——电流曲线，显示出１２．２％的光电转换效率．填充因子也达到７８ｑ‘以上。
“。唾“坩针？＾“
如果硅片进得更薄一些，多做一些试验，效率还可能做得更高。
为了观察背面硼扩散区对杂质的吸附效麻，我”Ｊ测ｊｔ了共扩散片基医的少子寿命，也测量了单是
．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖ０１．６３，Ｎｏ，９（１９９３），１２４９—１２５１．
‰？辑。鼍囊磐焱藿霪∽誉；§
［３］Ｒ．Ｓｈａｒａｎｇｐａｎｉ．Ｒ．Ｓｉｎｇｈ：”Ｒｏｌｅ ｏｆ ｒａｐｉｄ ｐｈｏｔｏ—ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎ
ｔａｌｌｙ ｃｏｎｓｃｉｏｕｓ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ”，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｖ０１．１３，Ｎｏ．１（１９９８），６１—
硼磷共扩散法制各硅背电场太阳电池
，
魏光普余万涛唐则祈＋袁晓ｔ刘宝元＋ｔ
（上海大学材料科学与工程学院无机材料系）
（·上海航天局空间电源研究所）
（＋｛上海硅材料厂）
；婚ｐ；０
（上海市嘉定区 ２０１８００）
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ｔ
要：硼、磷批扩散方法是制作硅背电场（ＢＳＦ）太Ｒｌ电池的有希望的降低成本方法。共扩散方法
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也有很多值得研究的地方。本文叙述了我们川硼、磷兆扩散法制备硅背电场太阳电池的研究结果。
Ｖｏｏ（ｍｖ）
Ｆｉｇ．３：Ｔｙｐｉｃｊｄ Ｉ－Ｖ ｃ，ｈａｘａｃｔｅｒｉｓｆｉｃ ｏｆｃｏ－ｄｊ舶ｓｉｏ柏ｓｉｌｉｏｏｎ ＢＳＦ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ．
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词：太阿１电池／，＼１背电场，共扩敬＾Ｉ佰ｍ萄
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降低太ｍ电池的制造成本是推ｒ应刚消沾的＾刚能的天键问题之～。共扩散法制备太刚电池设备 ，而且一玖扩散可以同时扩散很多片子，无需ｂＩ挺１１勺保护气体．冈而有望降低低太阳电池成本。
报道㈣：，磷（Ｐ）、铝（ＡＬ）和删（Ｂ）共扩敞技术，可以增加这些扩散原子的活性，导致形成高
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８
硼磷共扩散法制备硅背电场太阳电池
作者： 作者单位：
魏光普， 余万涛， 唐则祈， 袁晓， 刘宝元 魏光普,余万涛(上海大学材料科学与工程学院无机材料系)， 唐则祈,袁晓(上海航天局空间电源研究所)， 刘宝元(上海硅材料厂)
本文链接：/Conference_283629.aspx 授权使用：同济大学图书馆(tjdxtsg)，授权号：42aac715-6df6-41e6-b42b-9ddf00e0bcc6
在正表面进行磷扩散的硅片的基区少子寿命（测鹫前扩散层已用腐蚀液去除）。测得的结果如图４所
肆
示，从重可见共扩散片基区的少子寿命比较Ｋ＝．证实了删扩散层对降低少于寿命的重金属原子的吸附
砖
效应的存在。
∞
四．结论
根据以上实验结果可得以Ｆ结论： （Ｉ）利用批扩散方法可咀获得均匀、稳定和可控制的扩散层： （２）扩散层的薄层电阻和扩散层深度可以州改变共扩散温度及时间的办法加以控制； （３）共扩敞片的薄层电阻的均匀性很好： （４）共扩散方法适于制作背电场太阳电池，可简化背电极的ｒ艺； （５）稚片背面的硼扩散具有吸附重金属ｊ々质原ｆ的效果，从而可以改善太阳电池ＰＮ结特性： （６）用拭扩散方法采Ｊ＝Ｉ』一般屯极制作笛ｒ艺已经制成效率１２％（埘１）以上的硅背电场太阳电池。 所以我们可以总结说，．１｛；｜共扩散方法制作硅背ＬＨ场电池，可咀提高生产效率，降低生产成本。
目 ＃２ ＃３
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Ⅳ５ “６ ＃７ Ⅳ８ ４９
Ｖｏｃ （ｍＹ）
５４８ ｓ４７ ５５０ ５５８ ５５１ ５５２ ５５３ ５５８ ５５４
ｌｓｃ
（ｍＡ／ｃｍ４）
２４ ２５
２９．６０
２６．８９
２７２５
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２７．４ｌ
２７ ５４
２７ ８９
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１０．１０ １２．２２ １１ １７ １１．５３ １０．７３ ｌｌ ２６ １ｌ ６４ Ｉｌ ７８ １１．５９