标准硅太阳能电池工艺共77页
第六章 标准硅太阳能电池工艺
切片
在切割中，对钢线施加 适当的张力，使钢线来回 拉动。 钢线带动浆料（油及 SiC），使其对晶棒进行切 割。浆料不仅是研磨剂， 还带走研磨中的热量。占 整个切片成本的25%~35%。 太阳能电池厚度为 200~280μm 。 钢 线 直 径 180μm ， 碳 化 硅 为 5~30μm 。
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使用线切割机进行切片
有良好的光电转换效率；
有长期的稳定性；
硅太阳能电池的种类
单晶硅： 硅原子排列是周期性的，且朝 同一个方向。 晶格缺陷较少，用作太阳能电 池材料时转换效率高。 多晶硅： 由许许多多不同排列方向的单 晶粒组成。 晶界缺陷使得转换效率降低，但 成本相对较低。
4
非晶硅： 排列松散，没有规则。 目前全球生产的太阳能电池90%以上使 用的是结晶硅，10%使用了薄膜技术。在 结晶硅太阳能电池中，多晶硅太阳能电池 占了50%以上，单晶硅占40%左右。
单晶硅原子的价带结构。每个硅 原子的最外层都有四个电子，与 相邻原子共享电子对。
单晶硅通常被制成大的圆筒形硅锭， 然后切割成圆形或半方的太阳能电 池。还需将边缘切掉，便于装入模 块。
生产单晶硅片的制作工艺
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单晶硅片的制备
生长单晶硅的方法：CZ法（Czochralski） FZ法（Float Zone 浮融法） CZ 拉晶法： Czochralski于1917年发明。 理论转换效率24.7%。
第六章 标准硅太阳能电池工艺
南京理工大学 材料科学与工程学院
1
内容
6.1 由砂还原为冶金级硅
6.2 冶金级硅提纯为半导体级硅
2
6.3 半导体级多晶硅转变为单晶硅片
6.4 单晶硅片制成太阳能电池 6.5 太阳能电池封装成太阳能电池组件 6.6 能量收支结算
硅太阳能电池-制造工艺
硅太阳能电池-制造工艺————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：PV的意思：它是英文单词Photovoltaic的简写，中文意思是“光生伏特”（简称“光伏”）。
在物理学中，光生伏特效应（简称为光伏效应），是指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象硅太阳能电池制造工艺流程图1、硅片切割，材料准备：工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。
2、去除损伤层：硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。
因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。
3、制绒：制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。
对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。
对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。
4、扩散制结：扩散的目的在于形成PN结。
普遍采用磷做n型掺杂。
由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。
5、边缘刻蚀、清洗：扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。
周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。
周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。
目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。
Si太阳能电池工艺
Si太阳能电池工艺流程目前主流的太阳能电池主要有硅系和化合物半导体系2大类（如图1），硅系中又分单晶硅和人多晶硅太阳能电池，本文针对硅系太阳能电池来说明太阳能电池的工艺流程。
图1 太阳能电池的主要分类及其工作原理示意图一、硅片检测硅片是太阳能电池片的载体，硅片质量的好坏直接决定了太阳能电池片转换效率的高低，因此需要对来料硅片进行检测。
该工序主要用来对硅片的一些技术参数进行在线测量，这些参数主要包括硅片表面不平整度、少子寿命（>10us）、电阻率、P/N型和微裂纹等。
该组设备分自动上下料、硅片传输、系统整合部分和四个检测模块。
其中，光伏硅片检测仪对硅片表面不平整度进行检测,同时检测硅片的尺寸和对角线等外观参数；微裂纹检测模块用来检测硅片的内部微裂纹；另外还有两个检测模组，其中一个在线测试模组主要测试硅片体电阻率和硅片类型，另一个模块用于检测硅片的少子寿命。
在进行少子寿命和电阻率检测之前，需要先对硅片的对角线、微裂纹进行检测，并自动剔除破损硅片。
硅片检测设备能够自动装片和卸片，并且能够将不合格品放到固定位置，从而提高检测精度和效率。
二、表面制绒单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方锥体也即金字塔结构。
由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。
硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。
大多使用廉价的浓度约为1%的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀温度为70-85℃。
为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量添加醇类如乙醇和异丙醇等作为络合剂，以加快硅的腐蚀。
制备绒面前，硅片须先进行初步表面腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约20～25μm，在腐蚀绒面后，进行一般的化学清洗。
经过表面准备的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结。
三、扩散制结太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光能到电能的转换，而扩散炉即为制造太阳能电池PN结的专用设备。
硅太阳能电池 制造工艺
制造工艺-硅太阳能电池．PV的意思：它是英文单词Photovoltaic的简写，中文意思是“光生伏特”（简称“光伏”）。
在物理学中，光生伏特效应（简称为光伏效应），是指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象硅太阳能电池制造工艺流程图1、硅片切割，材料准备：工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。
2、去除损伤层：硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。
因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。
3、制绒：制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。
对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。
对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。
4、扩散制结：扩散的目的在于形成PN结。
普遍采用磷做n型掺杂。
由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。
、边缘刻蚀、清洗：5扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。
周边扩散层使电池的上下电极形成短路周边上存在任何微小的局部环，必须将它除去。
短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。
在辉光放目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，去除含有扩电条件下通过氟和氧交替对硅作用，散层的周边。
扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。
、沉积减反射层：6增加沉积减反射层的目的在于减少表面反射，由于SiN ,PECVD淀积折射率。
晶体硅太阳能电池的制造工艺
PN结的形成及工作原理
零偏
负偏
正偏
当PN结反偏时，外加电场与内电场方向一致，耗尽区在外电 场作用下变宽，使势垒加强；当PN结正偏时，外加电场与内电 场方向相反，耗尽区在外加电场作用下变窄，势垒削弱。当光 电池用作光电转换器时，必须处于零偏或反偏状态。
硅光电池是一个大面积的光电二极管，它可把入射到它表 面的光能转化为电能。当有光照时，入射光子将把处于介带中 的束缚电子激发到导带(光生伏特效应），激发出的电子空穴 对在内电场作用下分别漂移到N型区和P型区，当在PN结两端加 负载时就有一光生电流流过负载。
李 金 华
太阳能电池制造工艺
主要内容
1.硅太阳能电池工作原理 2.太阳能电池硅材料
3.硅太阳能电池制造工艺
4.提高太阳能电池效率的途经
5.高效太阳能电池材料
6.高效太阳能电池结构
一、硅太阳能电池工作原理
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清 洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用中； 大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领 域，是其中最受瞩目的项目之一。 制作太阳能电池主要是 以半导体材料为基础， 其工作原理是利用光电材料 吸收光能后发生内光电效应， 将光能转换为电能。根据所 用材料的不同，太阳能电池 可分为：硅基太阳能电池和 薄膜电池，本章主要讲硅基 太阳能电池。
SiN钝化与APCVD淀积TiO2
先期的地面用高效单晶硅太阳电池一般采用钝化发射区 太阳电池(PESC)工艺。扩散后，在去除磷硅玻璃的硅片上, 热氧化生长一层10nm~25nm厚SiO2,使表面层非晶化,改变 了表面层硅原子价键失配情况,使表面趋于稳定,这样减少 了发射区表面复合,提高了太阳电池对蓝光的响应,同时也 增加了短路电流密度Jsc,由于减少了发射区表面复合,这样 也就减少了反向饱和电流密度,从而提高了太阳电池开路电 压Voc。还有如果没有这层SiN,直接淀积TiO2薄膜,硅表面 会出现陷阱型的滞后现象导致太阳电池短路电流衰减,一般 会衰减8%左右,从而降低光电转换效率。故要先生长SiN钝 化再生长TiO2减反射膜。 TiO2减反射膜是用APCVD设备生长的,它通过钛酸异丙脂 与纯水产生水解反应来生长TiO2薄膜。
单晶硅太阳能电池详细工艺
单晶硅太阳能电池详细工艺第一篇：单晶硅太阳能电池详细工艺单晶硅太阳能电池1.基本结构2.太阳能电池片的化学清洗工艺切片要求：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。
②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。
③提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。
④提高切割速度，实现自动化切割。
具体来说太阳能硅片表面沾污大致可分为三类：1、有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来去除。
2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声波清洗技术来去除粒径≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除≥ 0.2 μm颗粒。
3、金属离子沾污：该污染必须采用化学的方法才能将其清洗掉。
硅片表面金属杂质沾污又可分为两大类：（1）、沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。
（2）、带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。
1、用 H2O2作强氧化剂，使“电镀”附着到硅表面的金属离子氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。
2、用无害的小直径强正离子（如H+），一般用HCL作为H+的来源，替代吸附在硅片表面的金属离子，使其溶解于清洗液中，从而清除金属离子。
3、用大量去离子水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。
由于SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除；同时溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。
因此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除某些金属沾污。
在使用SC-1液时结合使用兆声波来清洗可获得更好的清洗效果。
另外SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，具有极强的氧化性和络合性，能与氧化以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。
被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。
硅太阳能电池的制造工艺
扩散
刻蚀
二次清洗
PECVD
丝网印刷
烧结
其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下 其次， 到达SiO2表面，并在表面上发生化学反应。 表面， 到达 表面 并在表面上发生化学反应。 Si + 4F* SiF4（气） （ 生产过程中，在中CF4掺入 ，这样有利于提 掺入O2， 生产过程中，在中 掺入 高Si和SiO2的刻蚀速率。 和 的刻蚀速率。 的刻蚀速率
扩散
多晶制绒： 多晶制绒：HNO3 、 HF
刻蚀
Si + HNO3 + HF → H 2 [SiF6 ] + NO 2 ↑ + H 2 O
二次清洗
PECVD
丝网印刷
烧结
测试分选
清洗：HCl、HF 清洗： 、 SiO2 + 6HF → H 2 [SiF6 ] + 2H 2 O IPA：消泡剂 ： Na2SiO3：控制反应速度 ： HCl：去除硅片表面的金属离子 ： HF：去除硅片表面的硅酸钠和氧化物 ：
扩散
刻蚀
二次清洗
PECVD
丝网印刷
目的：在硅片背面制备能够与硅片形成良好欧姆 目的： 接触的电极。 接触的电极。 实现方法：利用丝网印刷技术， 实现方法：利用丝网印刷技术，所用浆料为银铝 在背面刷两条与硅片形成互联焊接的正电极。 浆，在背面刷两条与硅片形成互联焊接的正电极。 在以后的高温烧结炉烧结后， 在以后的高温烧结炉烧结后，与硅片表面形成良 好的欧姆接触。 好的欧姆接触。
烧结
测试分选
单晶硅太阳电池的制造工艺
制绒
丝网印刷第一道： 丝网印刷第一道：背电极印刷
扩散
制作过程：浆料搅拌 印刷 印刷----烘干 制作过程：浆料搅拌----印刷 烘干
标准硅太阳能电池工艺
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使用线切割机进行切片
蚀刻清洗
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在切割中，硅片表面会有一层因机械应力所造成的结构 损失层，影响了太阳能电池效率，所以需去掉。 通常用化学蚀刻的方法，加入HF和HNO3调配的混酸，去 除10μm ~20μm厚的表层。
单晶硅太阳电池的制造与结构
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多晶硅的制备
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制备多晶硅的技术相对要简单一些，成本也因此比单晶硅 更低一些。然而由于有晶界的存在，所以多晶硅材料的性能 不如单晶硅材料。 铸造多晶硅一般采用定向凝固的方式。可以长出宽度约数 毫米到数厘米的柱状排列晶粒。
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在石英坩埚中加入半导体级多晶硅，熔融。 加入微量掺杂剂。控制温度，籽晶能够从 熔融硅中拉出圆柱形单晶硅。
CZ拉晶设备
石英坩埚（SiO2）是 最为重要的热场组件。 石英坩埚内装有熔融 态的硅熔液，两者会发 生化学反应，产生SiO, 将影响长出晶棒的质量。
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降低成本：
拉晶炉内部
CZ拉晶炉设备的外观
正面电极的网印
太阳能电池对正面金属电极的要求： •与硅接触时电阻低 •金属线宽小： •与硅之间的黏着力强 •可焊性高； •可以大量生产、制造成本低等。 网印技术是目前最为普遍的正面电极制造技术。
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正面电极的网印
涂覆了感光胶的丝印网板
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正面电极的网印
金属膏：
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•有机溶剂，使金属膏呈现流体状态，有利于印刷的进行；
欧姆接触：相对于半导体器件总电阻而言，可以忽略的金属-半导体接触电阻。
火烤
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将晶片置于高温炉内进行火烤，烧掉金属膏里的有机 化合物，并将金属颗粒烧结在一起。 需控制好温度，令电 极与N区接触。
太阳能电池的丝网印刷流程
标准硅太阳能电池工艺共79页文档
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢
硅太阳能电池工艺[1]
硅太阳能电池工艺[1]
•等离子体刻蚀反应
首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞 作用下分解成多种中性基团或离子。
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其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作 用下到达SiO2表面，并在表面上发生化学反 应。
生产过程中，CF4中掺入O2，这样有利于提 高Si和SiO2的刻蚀速率。
丝网印刷与烧结
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硅太阳能电池工艺[1]
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•电池片丝网印刷的三步 骤
❖ 背电极印刷及烘干 浆料：Ag /Al浆 如Ferro 3398
❖ 背电场印刷及烘干 浆料：Al浆 如Analog pase-12
❖ 正面电极印刷 浆料：Ag浆 如Dupont PV147
硅太阳能电池工艺[1]
硅太阳能电池工艺[1]
•扩散层薄层电阻及其测量
在太阳电池扩散工艺中，扩散层薄层电 阻（方块电阻）是反映扩散层质量是否 符合设计要求的重要工艺指标之一。
方块电阻也是标志进入半导体中的杂质 总量的一个重要参数。
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硅太阳能电池工艺[1]
•方块电阻的定义
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考虑一块长为l、宽 为a、厚为t的薄层 如右图。如果该薄 层材料的电阻率为ρ， 则该整个薄层的电 阻为
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硅太阳能电池工艺[1]
•等离子体刻蚀原理
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等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使 反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基， 这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里 与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性生成物 而被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同 时可获得良好的物理形貌 。（这是各向同性 反应）
本公司目前采用的是第一种方法。