晶体硅电池制作过程-讲义
晶体硅太阳能电池原理与制造工艺
晶体硅太阳能电池原理与制造工艺晶体硅太阳能电池原理与制造工艺1.硅太阳能电池丄作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应一般的半导体主要结构如图1-1:图1-1 半导体主要结构正电荷表示硅原子负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子当硅晶体中掺入其他的杂质如硼、磷等当掺入硼时硅晶体中就会存在着一个空穴它的形成可以参照图1-2o图1-2 P型半导体正电荷表示硅原子负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子黃色表示掺入的硼原子因为硼原子周围只有3个电子所以就会产生如图1-2所示的蓝色的空穴这个空穴因为没有电子而变得很不稳定容易吸收电子而中和形成Ppositive型半导体。
同样掺入磷原子以后因为磷原子有五个电子所以就会有一个电子变得非常活跃形成Nnegative型半导体。
黄色的为磷原子核红色的为多余的电子。
如图1-3所示。
图1-3 '型半导体正电荷表示硅原子负电荷表示圉绕在硅原子旁边的四个电子黃色表示掺入的磷原子当P型和'型半导体结合在一起时在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层界面的P型一侧带负电'型一侧带正电。
这是由于P型半导体多空穴X型半导体多自由电子出现了浓度差。
N区的电子会扩散到PP的“内电场”从而阻止扩区P区的空穴会扩散到N区一旦扩散就形成了一个由N指向散进行如图1-4所示。
达到平衡后就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差这就是P\结。
图1-4内电场的形成当晶片受光后PN结中N型半导体的空穴往P 型区移动而P型区中的电子往X型区移动从而形成从X型区到P型区的电流。
然后在P\结中形成电势差这就形成了电源。
如图1-5所示图1 -5硅太阳电池结构示意图由于半导体结后如果在半导体中流动电阻非常大损耗也就非常不是电的良导体电子在通过pn大。
但如果在上层全部涂上金属阳光就不能通过电流就不能产生因此一般用金属网格覆盖p-n结如图1-6梳状电极以增加入射光的面积。
图1-6梳状电极及SiO2保护膜另外硅表面非常光亮会反射掉大量的太阳光不能被电池利用。
光伏发电概论第二章晶体硅太阳电池制造
授课节次
授课班级
课题：第二章晶体硅太阳电池制造
教学目的
掌握ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体硅太阳电池制造工艺流程和晶体硅太阳电池制造工艺主要环节工艺技术
教学重点
晶体硅太阳电池制造工艺主要环节工艺技术
教学难点
晶体硅太阳电池制造工艺主要环节工艺技术
教学准备
教科书教案
教学方法
讲述法
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：3分钟
点名维护纪律
Ⅱ、复习旧课，导入新课：5分钟
制备铝背场最简便的方法是利用溅射等技术在硅片背面沉积一层铝膜，然后在800-1000℃热处理，使铝膜和硅合金化并内扩散，形成一层高铝浓度掺杂的p+层，构成铝背场。
2）印刷电极
太阳电池制造的最后一道制作工序是印刷电极，制造电极的方法主要有真空蒸镀、化学镀镍、丝网印刷等。所用金属材料，主要有铝、钛、银、镍等。丝网印刷是目前在商品化电池生产中大量被采用的工艺方法。即通过特殊的印刷机和模板将银浆、铝浆印制在太阳电池的正、背面，以形成正、负电极引线，再经低温烘烤、高温烧结，最终即可制成太阳电池。在电池的背面制作电极毫无问题，可在整个背面加上一层薄的金属层，为了容易焊接，必要时要镀上一层锡。但电池的正面必须保证对光线透明，因此，电池的正面的电极呈梳子状形式或丝网状树枝状结构。正面电极的形式和厚度总是两方面因素平衡的结果：一方面要有高的透过率；另一方面要保证栅网电极有一个尽可能低的接触电阻。对此，各生产厂家有许多不同的制作工艺。通常电池片正面（负极）的梳子状电极结构中，一般有2条或3条主电极粗线，以便于连接条焊接，而背面往往以铝硅合金作为背表面场，以提高开路电压，背面（正极）也有2条或3条便于焊接的粗电极线，并往往还布满细细的网格状银线。
晶体硅太阳电池制造工艺原理
晶体硅太阳电池制造工艺原理晶体硅太阳电池的制造过程可谓是一场奇妙的科学之旅，真是让人眼花缭乱。
想象一下，阳光洒在大地上，能量在悄悄地流动。
我们要把这些阳光转化为电力，让我们的生活变得更加美好。
听起来是不是很神奇？晶体硅太阳电池就是这个过程的主角，仿佛是一个超级英雄，默默无闻却改变着世界。
今天就来聊聊这个小小电池的制造工艺，轻松有趣，不那么严肃。
咱们得从原料说起。
晶体硅，顾名思义，就是硅材料。
你可能会问，硅是什么？硅就是你手机里、电脑里那种闪闪发光的半导体材料。
它的来源可不少，地壳中硅的含量可是相当丰富，真的是取之不尽，用之不竭。
听起来好像很简单，但制作晶体硅可不是件容易事。
需要把原材料经过高温加热、熔炼，变成高纯度的硅。
这就像你在厨房做菜，火候掌握得当，才能做出一道美味的菜肴。
咱们要把这些高纯度的硅变成晶体。
通常有两种方法，分别是“Czochralski法”和“区熔法”。
这两个名字听起来高大上，其实也就是把硅加热到液态，然后慢慢冷却，让它自己结晶。
这个过程简直像是在看一场魔术表演，硅在温度的变化中，一点一点地形成晶体结构，犹如冰雪在阳光下融化成水，再慢慢结成冰。
晶体的质量和纯度直接关系到电池的效率，所以这个环节马虎不得。
晶体硅被切割成小小的硅片。
想象一下，厚厚的硅锭被切割得像切蛋糕一样，一片一片的，切得整整齐齐。
每一片都像是小小的太阳能接收器，准备好迎接阳光的洗礼。
切割后，硅片会被放入一个特殊的清洗池，彻底洗净，确保没有任何杂质。
这就像你在出门前认真打理自己的形象，确保看起来光鲜亮丽。
之后，硅片要经过一系列的掺杂工艺，这就像是在给电池“调味”。
掺杂就是在硅中加入一些其他的元素，像磷和硼，来改变它的电导性能。
这一步非常重要，因为晶体硅的电池能否高效工作，全靠这一招。
这种“调味”让硅片的电流变得更加流畅，简直就像是给水管疏通，让水流得更顺畅。
硅片就要涂上薄薄的一层抗反射膜，防止阳光反射出去。
听起来简单，但这可是个技术活，涂得太厚了反而不好，太薄了又不够用。
晶硅太阳能电池制造工艺流程及工序简介
ser刻蚀工序
❖ Laser刻蚀的目ห้องสมุดไป่ตู้、作用： 用激光切出绝缘沟道，可以使电池短路，减少电流泄漏。
硅片经Laser刻蚀后的示意图
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7. 测试分选工序
❖ 主要是测量电池片的短路电流（JSC）、开路电压（VOC）、 填充因子（FF），经计算得出电池的光电转换效率（η） 。
❖ 根据电池的光电转换效率（η）对电池片进行分类。
2PO 5Si 5SiO 4P
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2
这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。
去除磷硅玻璃的目的、作用：
1. 磷硅玻璃的厚度在扩散中工艺难控制，且其工艺窗口太小，不稳 定。
2. 磷硅玻璃的折射率在1.5左右，比氮化硅折射率（2.07左右）小， 若磷硅玻璃较厚会降低减反射效果。
3. 磷硅玻璃中含有高浓度的磷杂质，会增加少子表面复合，使电池 效率下降。
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2. 扩散（POCl3液态扩散）
❖ 扩散的目的：制造太阳能电池的PN结。
❖ PN结是太阳能电池的“心脏” 。 ❖ 制造PN结，实质上就是想办法使受主杂质在半导体晶体内的一个
区域中占优势（P型），而使施主杂质在半导体内的另外一个区域 中占优势（N型），这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型 和N型半导体的接触。
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单晶硅太阳电池
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多晶硅太阳电池
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非晶硅太阳电池
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2. 硅太阳电池的制造工艺流程
❖ 下面我们就硅太阳电池的制造工艺流程以及各工序进行简 单的介绍。
❖ 晶体硅太阳能电池制造的常规工艺流程主要包括：硅片清 洗、绒面制备、扩散制结、（等离子周边刻蚀）、去 PSG(磷硅玻璃) 、PECVD 减反射膜制备、电极(背面电极、 铝背场和正电极) 印刷及烘干、烧结、Laser和分选测试等。 同时,在各工序之间还有检测项目,主要有抽样检测制绒效果、 抽样 测方块电阻、抽样测氮化硅减反射膜厚度和折射率等 项目。
晶体硅太阳电池的基本原理和制造工艺流程
第一章晶体硅太阳电池的基本原理和制造工艺流程晶体硅太阳电池已经成为当今光伏工业的主流，随着单晶硅、多晶硅太阳电池工厂的新近投资，这种作用还将持续下去[1]。
从1954年Chapin，Fuller和Pearson研制成功硅PN结太阳电池以来，这一利用p-n结光伏效应工作的器件经过半个世纪的改进和演变，发展成为具有多种几何结构和相应的制造流程的一类太阳电池产品。
到目前为止，尽管被称为“第二代光伏器件”的薄膜太阳（CdTe、CIS、非晶硅、微晶硅、多晶硅、硅-锗合金）电池也取得了进展，但在短期内仍然无法替代晶体硅太阳电池。
关于太阳电池的基本特性，Hovel已作出了全面的论述[2]。
我们按照太阳电池的器件结构、硅p-n 结太阳电池的基本工作原理到一般的制造工艺流程的顺序进行介绍。
1. 晶体硅太阳电池的器件结构晶体硅太阳电池的基本结构见图1.，它由扩散法在表面形成的浅PN结，正面欧姆接触栅格电极，覆盖于整个背面的欧姆接触电极以及正面减反射膜构成。
图1. 硅PN结太阳电池基本结构图2. PERT太阳电池结构高效率晶体硅太阳电池则有着更为复杂的结构和制造流程，如钝化发射极太阳电池PESC (passivated emitter solar cell) ，钝化发射极和背面太阳电池PERC (passivated emitter and rear cell)，钝化发射结背面点接触太阳电池PERL (passivated emitter, rear locally-diffused) cells，钝化发射极背面全扩散太阳电池PERT (passivated emitter, rear totally-diffused) cells，具有本征层的(a-Si)/ (c-Si)异质结太阳电池(HIT TM电池)，倾斜蒸发电极MIS-n+p 太阳电池OECO（obliquely-evaporated-contact），V型机械刻槽埋栅电极太阳电池(Buried Contact Solar Cell with V-grooved surface)，背面接触电极太阳电池(Backside Contact Solar Cell)等等。
介绍晶硅光伏企业基本的生产工艺流程和原理
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晶体硅太阳能电池结构及原理 ppt课件
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 背面电极
背面电极（或称下电极或底电极）的主要功能是移动至下表面的电子 /空穴取出，以形成外部电流提供给外部负载。背面电极的另一个功 能是提供背向表面电场。
由于背面电极多为铝金属，在烧结过程中，铝原子会进入到硅材料中 作为掺杂，因此造成硅材料在接面处为重掺杂结构，在P+区形成的高 势垒将防止方向错误的电子进入到底电极，因此可提高开路电压Voc。
触电阻会变大从而增加串联电阻 ③ 若N+与P层的掺杂量大，与电极的接触电阻会变小从而降低串联电阻
值，但表面再结合速率会变大
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 支构面
支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此， 光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
（100）硅片的各向异性腐蚀导致在表面产生许多密布的表面为 （111）面的四面方锥体。形成绒面的硅表面。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 可通过不同途径实现表面织 构化：晶体硅可通过腐蚀晶 面的刃面来实现织构化
• 如果晶体硅表面是沿内部原 子排列的，则织构化表面类 似金字塔。商业单晶硅电池 常用的手段。
晶体硅太阳能电池结构及原理
3. 结晶硅太阳能电池结构与原理
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本章主要内容与学习目标
•本章介绍典型晶体硅太阳能电池的结构及其原理。通过学习本章，学生 应了解以下内容：
1. 晶硅太阳能电池结构及其原理。 2. 晶硅太阳能电池高效结构设计及其原理。 3. 晶体硅高效率硅太阳能电池的发展。
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3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
晶体硅太阳电池生产工艺技术
晶体硅太阳电池生产工艺技术晶体硅太阳电池是目前太阳能电池市场中的主流产品，其生产工艺技术相对成熟。
晶体硅太阳电池的生产主要包括以下几个关键步骤：1.清洗制绒：o使用常规的硅片清洗方法清洗硅片，去除表面的切割损伤层和污染物。
o用酸（或碱）溶液对硅片表面进行腐蚀，制备绒面，以增加硅片对太阳光的吸收。
2.扩散制结：o通过高温化学热扩散的方式实现掺杂制结。
o利用高温驱动杂质（如磷）穿过硅的晶格结构，形成P-N结。
o扩散过程中需要控制方阻、结深和表面浓度等参数，这些参数对电池性能有直接影响。
3.后清洗：o去除扩散过程中形成的磷硅玻璃（PSG）和背结。
4.减反膜制备：o采用等离子增强化学气相沉积（PECVD）技术在硅片表面沉积减反射膜，通常为氮化硅（SiN）薄膜。
o减反膜可以减少光反射损失，提高太阳电池的光电转换效率。
5.电极印刷及烘干：o通过丝网印刷技术在硅片背面和正面印刷电极浆料（如银浆和银铝浆）。
o烘干后形成金属电极，用于收集电子和空穴。
6.烧结：o将印刷好的电极通过高温烧结，以固化电极材料并形成良好的欧姆接触。
7.测试分选：o对完成的太阳电池进行性能测试，如开路电压、短路电流、填充因子等。
o根据性能参数对电池进行分选，以确保组件的一致性和性能。
8.组件封装：o将单个太阳电池通过焊接和封装工艺组装成太阳能电池组件。
o组件通常包括玻璃、EVA（乙烯醋酸乙烯共聚物）、背板和边框等材料，以保护电池并提供结构支持。
晶体硅太阳电池的生产工艺技术不断优化，以提高电池的效率和降低成本。
例如，通过优化制绒工艺、改进扩散技术、采用新型减反膜材料和提高电极印刷精度等措施，可以显著提升太阳电池的性能。
此外，自动化和智能化生产线的应用也有助于提高生产效率和降低人工成本。
结晶硅太阳能电池制造的工艺研究
结晶硅太阳能电池制造的工艺研究随着全球对可再生能源的日益重视，太阳能作为一种免费、清洁的能源被广泛关注。
结晶硅太阳能电池是最为主流的一种太阳能电池，其在工艺制造上也得到了不断的优化和改进。
一、结晶硅太阳能电池工艺制造的基本流程结晶硅太阳能电池的工艺制造主要包括晶体生长、方坯切割、表面处理、薄膜沉积、金属电极制备、光学涂层及测试等步骤。
1. 晶体生长晶体生长是结晶硅太阳能电池制造的第一步，其决定了晶体的质量和性能。
目前，最常用的晶体生长方法为Czochralski法，即将结晶硅原料放入坩埚中，在炉子中熔化并加入掺杂物，再使用上下移动的拉扯机械将这些结晶硅拉成一个长而细的晶体柱。
2. 方坯切割将生长好的晶体柱进行切割，得到方形或六边形的晶体方坯，用于后续步骤加工。
3. 表面处理方坯经过表面处理，用酸、碱等物质进行蚀刻处理，去除方坯表面的一些杂质和缺陷，并形成适合沉积薄膜的表面型号。
4. 薄膜沉积在方坯表面上沉积阳极氧化膜、硅氧化物薄膜和抗反射膜等，使其在太阳光下，可吸收最大的光能，并提高太阳能电池的光电转换效率。
5. 金属电极制备在沉积膜的表面上加工制作金属电极，主要是铝电极与钝化电极两个部分，其中，铝电极为电压输出端，而钝化电极则为承受电流负载的接口。
6. 光学涂层在金属电极的表面，涂上一层光学涂层。
此涂层通过反射和透过的方式控制太阳光的反射和损失效应，提高电池的光电转换效率。
7. 测试最后，对生产出来的太阳能电池进行测试，主要测量太阳能电池的输出电压、输出电流、导通电阻等性能参数。
二、结晶硅太阳能电池制造中的工艺研究及优化制造结晶硅太阳能电池不仅仅是上述步骤，每一步骤都需要进行深入的研究和优化，以下将重点介绍一下在制造结晶硅太阳能电池过程中，工艺研究及其优化的几个关键点。
1. 晶体生长晶体生长是整个制造过程中最为关键的一步，其质量、尺寸以及掺杂浓度都直接影响着电池的性能和效率。
因此，在这一步骤中，需要注重优化生长条件，包括温度、压力、拉扯速度等参数，以使得晶体的生长均匀、纯度高、晶格结构完整。
晶硅太阳能电池制造工艺-工艺流程以及工序简介
1）、硅太阳能电池的制造工艺流程：
清洗制绒
扩散
周边刻蚀
印刷电极
PECVD
去磷硅玻璃
烧结
分选测试
检验入库
1.原料硅片清洗制绒 12.测试分选
11.激光 10.烧 结 9.丝网印刷正电极 8.烘 干
2.高温扩散（液态扩散） 3.去磷硅玻璃（去PSG） 4.沉积减反射膜（PECVD）
5.丝网印刷背电极 6.烘 干
磷扩散层
其主要是利用硅半导体p-n结的 光生伏打效应。即当太阳光照 射p-n结时，便产生了电子-空 穴对，并在内建电场的作用下， 电子驱向n型区，空穴驱向p型 区，从而使n区有过剩的电子， p区有过剩的空穴，于是在p-n 结的附近形成了与内建电场方 向相反的光生电场。在n区与p 区间产生了电动势。当接通外 电路时便有了电流输出。
扩散的目的：制造太阳能电池的PN结。
PN结是太阳能电池的“心脏” 。 制造PN结，实质上就是想办法使受主杂质在半导体晶体内的一个
区域中占优势（P型），而使施主杂质在半导体内的另外一个区域 中占优势（N型），这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型 和N型半导体的接触。
5POCl 3 600 C以上 3PCl 5 P2O5
7.丝网印刷背电场
2）、工序简介
目前硅太阳能电池制造工序主要有：
制绒清洗工序 扩散工序 PECVD工序 丝网印刷工序 烧结工序 Laser刻蚀工序 测试分选工序
1. 制绒清洗工序
(a).单晶制绒---捷佳创
目的与作用：
（1）去除单晶硅片表面的机械损伤层和氧 化层。
（2）为了提高单晶硅太阳能电池的光电转 换效率,根据单晶硅的各向异性的特性， 利用碱(KOH)与醇(IPA)的混合溶液在单 晶硅表面形成类似“金字塔”状的绒面, 有效增强硅片对入射太阳光的吸收,从而 提高光生电流密度。