太阳电池生产中的工艺控制点
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太阳电池生产中的工艺控制点
太阳电池生产中的工艺控制点引言太阳能电池（即光伏电池）是将太阳能转化为电能的装置，是清洁能源的重要组成部分。
太阳电池的生产过程需要精确的工艺控制来确保电池的性能和稳定性。
本文将探讨太阳电池生产中的关键工艺控制点，包括材料准备、硅片制备、电池组装等环节。
材料准备在太阳电池的制造过程中首先需要准备材料。
其中最重要的是硅片、电极材料、背反射层和封装材料等。
硅片硅片是太阳电池的基本组成部分，质量和纯度直接影响到电池的性能。
在材料准备过程中，需要对硅片进行检测和筛选，确保其纯度和无瑕疵。
电极材料电极材料通常是由导电材料制成，如导电银浆。
在材料准备中，需要对电极材料进行精确的配比和混合，以确保电极的导电性和附着性。
背反射层背反射层是太阳电池的一个重要组件，能够提高电池对光的吸收效率。
在材料准备过程中，需要选用高反射率和良好附着性的背反射材料，制备均匀且致密的背反射层。
封装材料封装材料用于保护太阳电池并提供结构支持。
材料的选择和制备需要考虑耐高温、抗腐蚀和绝缘性等因素。
硅片制备硅片制备是太阳电池生产过程中的关键环节。
它包括硅材料的提取、精炼和单晶硅制备等步骤。
硅材料提取硅材料通常是从硅矿石中提取和精炼而来。
在提取过程中，需要控制温度、压力和化学反应条件等因素，以确保提取的硅材料的纯度和质量。
精炼提取的硅材料需要经过进一步的精炼过程，以去除杂质和控制纯度。
精炼过程中的工艺控制点包括温度控制、熔融过程控制和化学物质的添加等。
单晶硅制备单晶硅是太阳电池制备的常用材料。
单晶硅制备过程中的工艺控制点包括选用适当的晶体生长方法、控制生长速率和温度梯度等。
电池组装太阳电池组装是将硅片和其他组件（电极、背反射层等）结合起来形成太阳电池的过程。
硅片表面处理在电池组装过程中，需要对硅片进行表面处理，以提高电池的效率和附着性。
表面处理工艺控制点包括清洗、去除杂质和增强硅片表面的吸收率等。
电极涂布电极涂布是将导电材料均匀涂布在硅片表面的过程。
高效太阳能电池制作工艺
高效太阳能电池制作工艺(1) 光陷阱光面的太阳电池表面对太阳光的反射率在35％以上，如果不做处理，则太阳电池的短路电流势必很低，无法达到高效性能。
为了降低反射，采用光陷阱结构非常必要。
目前，对于高效单晶硅电池，可采用光刻倒置金字塔结构和化学腐蚀制绒面。
倒置金字塔结构虽然对光线有更好的作用，但是光刻法成本较高，不适合在生产上使用。
由于单晶硅材料在碱性腐蚀液里进行腐蚀时，（100）面的腐蚀速度快于（111）面，如果将单晶硅片（100）面作为电池的表面，经过腐蚀后就会出现以四个（111）面形成的金字塔结构。
由于化学腐蚀法容易控制、成本低廉、便于大规模生产，所以目前高效硅太阳电池工业化生产都是采用这种方法制绒面。
采用这种金字塔结构的电池，其表面反射率会降至10％以下。
(2) 减反射膜为了进一步减少入射光损失，可在电池的表面上蒸镀减反射膜。
它的基本原理是位于介质和电池表面具有一定折射率的膜，可以使入射光产生的各级反射相互间进行干涉从而完全抵消。
减反射膜本身的折射率和厚度对其减反射效果具有决定性作用，它们要满足以下关系[42]：单层减反射膜:式中n0为进入减反射膜前介质的折射率，n1为单层减反射膜的折射率，n2为硅的折射率，t为减反射膜的厚度。
双层减反射膜：式中n0为进入减反射膜前介质的折射率，n1、n2为双层减反射膜的折射率，n3为硅的折射率，t1、t2为双层减反射膜的厚度。
对于单晶硅电池来说，一般可以采用TiO2、SiO2、SnO2、ZnS、MgF2单层或双层减反射膜。
在制好绒面的电池表面上蒸镀减反射膜后可以使反射率降至2％左右。
减反射膜不但能减少光反射，提高电流密度，还可以保护电池不被污染，防止电极变色，提高电池的稳定性。
(3) 钝化层钝化工艺是制造高效太阳电池的一个非常重要的步骤，在一定程度上说，它是衡量高效电池的重要标志。
对于没有进行钝化的太阳电池，光生载流子运动到一些高复合区域后，如表面和电极接触处，很快就被复合掉，从而严重影响电池的性能。
太阳能电池车间工艺流程及品质控制一
制绒(INTEX)---扩散(DIFF)----后清洗(刻边/去PSG)-----镀减反射膜(PECVD)------丝网、烧结(PRINTER)-----测试、分选(TESTER+SORTER)------包装(PACKING)
二、各工序工艺介绍：
(一)前清洗
1.RENA前清洗工序的目的：
用手可以抹去的，检查出料处滚轮的干净程度，普通是出料处风刀中间段滚
轮浮现污染，需要设备擦拭，如果不严重，流假片也可以将脏东西带
走。
(二)扩散
1.扩散工序的目的：形成PN结
2、扩散工艺步骤：
2232
4.前清洗工序片，要勤换手套，避免扩散后浮现脏片。(2)称重
a.每批片子的腐蚀深度都要检测，不允许编造数据，搞混批次等。b.要求每批测量4片。
c.放测量片时，把握均衡原则。如第一批放在1.3.5.7道，下一批则放在2.4.6.8道，便于检测设备稳定性以及溶液的均匀性。
(补加了药水后还没循环，浮标沉到底部不起来)
工艺需要检查槽中溶液是否满，如果不满则添药液；如果是满的
，则通知
设备检查滤芯是否需要更换或者清洗。
前清洗流量会蓦地变为0，此时设备会报警，工艺即将到现场通知生产住手
投料，通知设备人员调试设备，然后处理设备中的硅片，挑出外观未受影响
的硅片继续下传，外观受影响的隔离处理
(1)去除硅片表面的机械损伤层(来自硅棒切割的物理损伤)
(2)清除表面油污(利用HF)和金属杂质(利用HCl)
(3)形成起伏不平的绒面，利用陷光原理，增加对太阳光的吸收，在某
种程度上增加了PN结面积，提高短路电流(Isc)，最终提高电池光电转换效率。
2、前清洗工艺步骤：制绒→碱洗→酸洗→吹干
项目一 晶体硅太阳电池制造工艺
（6）绒面形成最终取决于两个因素： 腐蚀速率
及各向异性。
三、单晶硅片的制绒
（四）影响单晶制绒的因素
2、腐蚀速率快慢影响因子 （1）腐蚀液流至被腐蚀物表面的移动速率； （2）腐蚀液与被腐蚀物表面产生化学反应的反应 速率；
四、扩散制结工艺过程
2、饱和
每班生产前，需对石英管进行饱和。炉温 升至设定温度时，以设定流量通小N2（携源） 和O2，使石英管饱和。20分钟后，关闭小N2和 O2。初次扩散前或停产一段时间以后恢复生产
时，需使石英管在950oC通源饱和1小时以上。
四、扩散制结工艺过程
3、装片
戴好防护口罩和干
净的塑料手套，将清洗甩 干的硅片从传递窗口取出， 放在洁净台上。用吸笔依 次将硅片从硅片盒中取出，
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O （易挥发的四氟化硅气体 ） SiF4+2HF=H2SiF6（可溶、易挥发）
四、多晶硅片的制绒
（三）多晶制绒的工艺流程
2、四号碱洗槽 酸腐蚀易在多晶硅表面形成一层彩色均匀的 多孔硅膜。这个多孔硅膜具有极低的反射系数， 但是，它不利于P-N结的形成和印刷电极，利用
关源，退舟
石英管
硅片
排气口 电炉
卸片
三氯氧磷
送片
N2 O2
方块电阻测量
扩散炉的简易结构
四、扩散制结工艺过程
1、清洗 所做清洗用的化学品为C2H2Cl3 ，熟称TCA，初次
扩散前，扩散炉石英管首先连接TCA装置，当炉温
升至设定温度，以设定流量通TCA60分钟清洗石英 管。清洗开始时，先开O2，再开TCA；清洗结束后， 先关TCA，再关O2。清洗结束后，将石英管连接扩 散源瓶，待扩散
电源设备质量控制
(一) 配电、换流设备安装工艺控制点与通知设备安装工艺控制点相同。
(二) 蓄电池安装工艺控制点1 、电池架罗列位置符合设计图纸规定，偏差大于10mm。
2 、电池架罗列平整稳固，水平偏差每平米不大于3mm,全长不大于15mm。
3 、电池铁架安装后，各个组装螺栓、螺母及漆面脱落处都应补喷防腐漆。
铁架与地面加固处的膨胀螺栓要事先进行防腐处理。
4 、在要求抗震的地区按设计要求，蓄电池架应采取抗震措施加固。
5 、安装的电池型号、规格、数量应符合设计图纸规定，并有合格证及产品说明书。
6 、电池外壳不得有损坏现象，极板不得受潮、氧化、发霉，滤气帽通气性能良好。
7 、电池各列要排放整齐，先后位置、间距适当，符合施工图要求。
每列外侧在向来线上，其偏差不大于3mm. 电池应保持垂直与水平，底部四角均匀着力，如不平整应用油毡垫实。
8 、电池标志、比重计、温度计应排在外侧。
9 、电池间隔偏差不大于5mm，电池之间的链接应磨平，连接螺栓、螺母拧紧，并在连接条和螺栓、螺母上涂一层防氧化物或者加装塑料盒盖。
10 、电池安装在铁架上时，应垫缓冲胶垫，使之坚固可靠。
11 、各组电池应根据母线走向确定正负极出线位置，电池组及电池均应设有清晰的明显标志。
12 、隔离板、棍应无裂纹、弯曲、漏插。
组装间距相等，平直整齐，高低一致。
13 、阀控式密封蓄电池，应用万用表检查电池端电压和极性，保证极性正确连接。
14 、按设计图纸规定，安装电池检测器并固定。
(三) 太阳电池安装工艺控制点1 、太阳电池方阵支架尺寸、规格、数量应符合设计规定，所用金属材料必须经过防锈处理。
2 、太阳电池方阵支架底座(印版由钢筋水泥浇灌而成或者由槽钢、圆钢制成)必须平直坚固，方向、尺寸、强度符合设计要求。
3 、太阳电池版型号、规格、数量应符合设计要求。
4 、安装太阳电池板前应对现场的极板进行检查，不得有损坏、裂纹及内部正负极金属线开路现象，接线方式应符合设计要求。
5 、太阳电池架在底座上的固定方式可采取焊接或者用12mm 的膨胀螺栓加固。
太阳电池生产中的工艺控制
电压 （ mV） mV）
极端情况： 短路电流低， 极端情况：烧穿 – 短路电流低，开路电压降低很大 短路电流低， 烧结不足 – 短路电流低，开路电压不变
9
7. 温度对电池性能的影响
6 5 电流（ 电流 （ A ） 4 3 2 1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 mV） 电压 （ mV ）
4 3 2 1 0 0
电压 （ mV） ）
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
RS = 0.005 Ω，RSH = 10 Ω，IL = 34.5mA/cm2， η = 16.85，FF = 78.6%，Voc = 623 mV，ISC = 5.23 A ， ， ，
6
4. 并联电阻对 曲线的影响 并联电阻对I-V曲线的影响
15
网版上表面的乳胶层厚度不需要很厚， 网版上表面的乳胶层厚度不需要很厚，但下表面 乳胶层需要与要印刷的浆料一样厚。 乳胶层需要与要印刷的浆料一样厚。下表面乳胶层 可防止印刷过程中印刷头将网线挤压过度而太靠近 硅片表面。 硅片表面。 通常，铝浆层的厚度需要至少在20微米 微米。 通常，铝浆层的厚度需要至少在20微米。如乳胶 层厚度太大， 层厚度太大，很难将浆料挤压穿过网版而到达硅片 表面，除非浆料很稀或印刷头压力非常大， 表面，除非浆料很稀或印刷头压力非常大，但这些 极端情况一般不采用。 极端情况一般不采用。 印刷头压力要足够大以将所期望的浆料数量挤过 网版，但压力太高会导致网版及印刷头表面磨损。 网版，但压力太高会导致网版及印刷头表面磨损。
I = IL – I0{exp[e(V+IRS)/kT]-1}-(V+IRS)/RSH ISC = IL/[1+(RS/RSH)] 负载匹配！！！ 负载匹配！！！
【生产管理】太阳能电池关键工艺流程简介(doc 8页)
太阳能电池关键工艺流程简介(doc 8页)部门： xxx时间： xxx制作人：xxx整理范文，仅供参考，勿作商业用途⏹⏹晶体硅太阳电池制造关键工艺表面化学处理目的：※去除硅片表面由于切割而产生的机械损伤层，正反二表面各约10μm；※在硅片表面形成尖峰高度3～6μm四方锥体绒面，间接增加电池对入射太阳光的吸收；※清除硅片表面的油污和重金属离子等杂质；绒面形成方法：酸腐蚀与碱腐蚀，本生产线单晶采用碱腐蚀，多晶采用酸腐蚀。
设备：化学清洗机。
绒面作用：由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了对光的吸收，其反射率很低。
绒面电池也称为黑体电池或无反射电池。
对电池片电性能影响：直接影响到电池片转换效率。
基本化学反应原理：去除硅片损伤层：Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2 ↑；制绒面：Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2 ↑；HCl酸去除一些金属离子。
盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与 Pt 2+、Au 3+、 Ag +、Cu+、Cd 2+、Hg 2+等金属离子形成可溶于水的络合物。
晶体硅太阳电池制造关键工艺—扩散制结目的：形成晶体硅太阳能电池的心脏—PN 结，获得适合于太阳能电池P －N 结需要的结深和扩散层方块电阻。
浅结死层小，电池短波响应好，但浅结引起串联电阻增加；结深太深，死层比较明显，使电池开路电压和短路电流均下降。
实际电池制作中，考虑到各个因素，结深一般控制在0.3～0.5μm ，方块电阻在20～70Ω/□。
方法：采用液态源POCL 3热扩散方式。
基本化学反应机理：通过向P 型衬底硅中掺入V 族杂质P ＋形成PN 结。
影响扩散质量的因素：扩散杂质源浓度、温度、扩散时间。
去边—等离子刻蚀什么是等离子体：所谓等离子体就是由带电的正、负电荷的粒子组成的气体，正负电荷数相等，其净电荷相等。
等离子刻蚀所用的等离子体，是辉光放电形成的“电离态”气体，其中包括正离子、负离子、电子、中性原子、分子及化5253O P 3PCl C6005POCl +−−−→−︒>↓+=+4P 5SiO 5Si O 2P 252↑+→+252236Cl O 2P O POCl ↑+−−−−→−+2522510Cl O 2P 2O 过量5O 4PCl学上活泼的自由基，这种“电离态”的气体是在向气体系统中施加足以引起电离的高能电场条件下产生的。
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制作中的一个关键步骤并对电池的最终性能具有 至关重要的影响。
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2 铝浆的印刷
利用丝网印刷到硅片背面的铝浆的厚度控制是
非常重要的。如果太薄，所有铝浆均会在后续的 烧结过程中（温度高于577C）与硅形成熔融区 域而被消耗，而该合金区域无论从横向电导率还 是从可焊性方面均不适合于作为背面金属接触。
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从尺度上讲，磷扩散的深度远小于1微米，而
栅线至少是120微米宽。在烧结过程中，银会被 驱入到掺磷的硅里，因而会减低银硅合金区域下 的扩磷硅层的横向导电率。
如果银被驱赶得太深，因银硅合金区域很高的
电阻率而使得其所在位置的PN结所收集到的电 子几乎不能直接穿过该银硅合金区域，这就使得 作为金属电极的银栅线对电子的收集只集中在栅 线的边沿区域；而相比于银栅线与硅的总接触面 积来说，边沿区域的接触面积只占大约1%。
印刷头压力要足够大以将所期望的浆料数量挤过
网版，但压力太高会导致网版及印刷头表面磨损。
16
至于印刷速度太慢会影响产能，而太快又不能挤
压足够的浆料穿过网版。对于挤压一定量的浆料， 通常是速度越快，所需的压力越高。
浆料黏性太高，挤压足够的浆料穿过网版所需的
压力就会很大；而黏性太低，因浆料流动性太大印 刷出的线条难以保持所设计的截面。
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丝网印刷中的基本考虑
1 银浆的印刷
在大规模商业化生产中，可靠的银次栅线的最小
宽度需在150微米左右；
一般来说，对于可靠和可重复的印刷，栅线的宽
度很难小于丝网线直径的四倍；这主要是由生产环 境中需要多次重复使用同时又必须提供足够强度的 丝网的网线直径所决定的。
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对于很细的栅线的印刷可以通过使用腐蚀有印
r2 = t/S =1·cm， t = 200um 125×125： r2 = 0.13m ； 156×156：r2 = 0.085m
4
2. 太阳电池的等效电路
RS
IL
ID
RSH
I = IL – I0{exp[e(V+IRS)/kT]-1}-(V+IRS)/RSH ISC = IL/[1+(RS/RSH)]
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由于银具有较高的功函数，银与硅的接触时
RS = 30 m
1
0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
电压 （mV）
RSH = 10
8
6. 烧穿和烧结不足时的I-V曲线
6
5
RSH = 10
RS = 0.005
4
电流（A）
3
RSH = 0.1
2
RS = 0.005
1
RSH = 10
RS = 0.2
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
电压 （mV）
极端情况：烧穿 – 短路电流低，开路电压降低很大
烧结不足 – 短路电流低，开路电压不变 9
7. 温度对电池性能的影响
电流（A）
6
5
4
3
T = 278 K
2
T = 298 K
1
T = 318 K
0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
电压 （mV）
RS = 0.005 ， RSH = 10
15
网版上表面的乳胶层厚度不需要很厚，但下表面
乳胶层需要与要印刷的浆料一样厚。下表面乳胶层 可防止印刷过程中印刷头将网线挤压过度而太靠近 硅片表面。
通常，铝浆层的厚度需要至少在20微米。如乳胶
层厚度太大，很难将浆料挤压穿过网版而到达硅片 表面，除非浆料很稀或印刷头压力非常大，但这些 极端情况一般不采用。
4. 并联电阻对H = 10
RSH = 1
3
RSH = 0.5
2
1
0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
电压 （mV）
RS = 0.005 7
5. 串联电阻对I-V曲线的影响
6
5
电流（A）
4
3
RS = 5 m
2
RS = 15 m
太阳电池生产中的 工艺控制点
中电光伏
1
概要
太阳电池性能分类检测过程中的关注点 丝网印刷中的基本考虑 烧结对电池性能的影响 硅片边缘等离子体刻蚀过程及控制 钝化减反膜的作用和要求 扩散工艺及控制要点 制绒要求及有关考虑
2
太阳电池性能分类检测过程中的关注点
1.太阳电池的结构
3
r1
r2
R= r1+r2
刷线图案的不锈钢片来代替丝网，开口线条处留 有桥架加固，但这类网板很昂贵因而在生产中很 少使用；
由于一方面要保证线宽尽可能地窄，而另一方
面又要保证线条的横截面达到一定的数值，因此 用于银栅线印刷的丝网板的乳胶层的厚度非常关 键；
12
实验证明，只有当栅线的高度达到20微米左右
时才能实现。但要注意，经过高温烧结，20微米 高的银栅线会收缩到一半左右；另外，丝网印刷 后经过高温烧结的银栅线的电导特性会比常规银 材料差3倍左右；
在全面积铝背场的印刷中，印刷头压力选择尤其
重要。过高的压力会导致硅片中心区域印得太薄， 因为在这种情况下，只是硅片的边缘有乳胶层，硅 片中心区域网版要距离硅片近得多；过低的压力又 不能挤压足够的浆料穿过网版，因而印得太薄。
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烧结对电池性能的影响
1 银栅线的烧穿
相比于铝浆的 烧结，银浆的烧结 要重要得多；其对 电池片性能的影响 主要表现在串联电 阻，因而也表现在 填充因子上。
相反，如果太厚，一方面浪费浆料；同时还会
导致其不能在进高温区之前充分干燥，或许更坏 的情形是不能将其中的所有有机物全部赶出从而 不能将整个铝浆层转变为金属铝。
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丝网版的设计对厚度控制非常重要。丝网密
度和网线直径对浆料穿过丝网的难易程度有直 接影响。作为决定印刷图案的模版是通过涂在 网版上下两面的乳胶层来实现的。单层乳胶的 厚度可以从1微米到超过30微米，更厚的要求 通常是利用多层乳胶制备的。因此，影响所印 铝浆的厚度的因素包括：丝网密度、网线直径、 乳胶层厚度、印刷头压力、印刷速度以及浆料 的黏性。
负载匹配！！！
5
3. I-V曲线和P-V曲线
6
3
5
2.5
电 流 （ A） 输 出 功 率 （ W）
4
2
3
1.5
2
1
1
0.5
0
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
电压 （mV）
RS = 0.005 ，RSH = 10 ，IL = 34.5mA/cm2， = 16.85，FF = 78.6%，Voc = 623 mV，ISC = 5.23 A 6