太阳能电池烧结原理
太阳能电池介绍
2014全球多晶硅产量
日本其他 , 4% , 1% 德国, 17%
2014全球硅片生产
其他 欧盟 东南亚 日本 3% 2%2% 韩国 3% 5%
中国台湾 9% 中国, 43%
中国大陆 76%
韩国, 16% 美国, 19%
中国
美国
韩国
德国
日本
其他
中国大陆
东南亚
中国台湾
欧盟
韩国
其他
日本
全球组件生产
东南亚, 10% 日本, 5% 中国台 湾, 5%
设备复杂，维护费用高，需要解决炉内 热损失，炉壁重金属污染等问题
改良西门子法依然“综合素质”最 优的多晶硅生产工艺，短时间内被 其他工艺替代的可能很小。 四大多晶硅供应商（保利协鑫、德 国Wacker、美国Hemlock、韩国OCI）
03
Part Three
多晶硅太阳能电池制备工艺
工艺流程
一次清洗
流化床法
经过化学提纯得到的高纯 多晶硅的基硼浓度应小于 0.05ppba(十亿分之一原子 比)， 基磷浓度小于0.15ppba， 金属杂质浓度小于1.0ppba。
冶金法
西门子法
三氯氢硅氢还原法于1954年由西门子公司研究成功，因此又 称为西门子法。主要化学反应主要包括以下2个步骤：
1、三氯氢硅（Si HCI）的合成； 3 2、高纯硅料的生产：
12000
10000 8000
6000
4000
4011
0
0%
2007 2008 2009 2010
2004
中国多晶硅电池产业自2004年疯狂扩张，不到 10年，规模全球第一
然而，好景不长，2011 年，欧债危机和双反危 机使中国光伏遭遇寒冬
太阳能电池前后电极制备
中科院电工所 王文静
一、前电极形成机理
丝印银栅线电极接触
线电阻：
银厚膜：3.5~4.5cm 高效：1.7 cm
接触电阻率： 银厚膜：3~10m cm2
在35~55 /Ƈ
高效：0.1~0.2m cm2 在100 /Ƈ
银栅线中的主要成分
银颗粒： 70~80 wt. % 线电阻
SEM/EDX 断面分析
Ag从玻璃料中生长进入硅表面
问题的讨论
玻璃料进入硅中的机理？
为什么银结晶会生长进入硅发射结中？ 电流输运机理的特性是什么？
方法： 将竞争的过程分开 集中在玻璃料上
玻璃料进入硅中的机理（无银）
玻璃料在硅上：800º ；4min C 玻璃料在硅上：730º ；1min C
•
• •
溶解银
增强银的烧结过程 腐蚀穿过ARC
3.
4.
在Si和MO x,glass之间发 生氧化还原反应
银生长到硅表面
电流输运？
厚膜银电极的基本形成过程（新理解）
1.
2.
烧去有机溶剂
玻璃料烧成： • 变成液体
•
• •
溶解银
增强银的烧结过程 腐蚀穿过ARC
3.
4.
在Si和MO x,glass之间发 生氧化还原反应
腐蚀是通过氧化还原反应进行的
厚膜银电极的基本形成过程（新理解）
1.
2.
烧去有机溶剂
玻璃料烧成： • 变成液体
•
• •
溶解银
增强银的烧结过程 腐蚀穿过ARC
3.
4.
在Si和MO x,glass之间发 生氧化还原反应
银生长到硅表面
太阳能电池-丝网印刷烧结、测试工艺作业指导书
B丝网更换周期为24小时。使用期间，根据铝浆印刷量调整参数，通常是调整丝网间隙、压力和印刷速度。印刷参数必须在规定范围内进行调整，如超出范围，需经技术人员同意，并做好相关记录，不得随意更改。
刮刀条的准备：时刻备好已安装完的备用刮刀套件，以备生产中的刮刀出现问题后及时更换。
无水乙醇的准备：将瓶装的无水乙醇倒入洗瓶中，以方便使用。
专用保护纸：检查保护纸的洁净情况，将其粘在印刷台上，以防止碎片或其它杂质进入印刷台。
7.5参数记录包括：
丝网更换记录、印刷参数记录、铝浆印刷量及生产厂家、生产记录
同时测试时的温度也对测试结过有一定影响，所以应该尽量控制在规定温度范围之内。
九.丝网印刷工艺操作
对于不合格的硅片应挑出，以免不合格硅片的投入影响正常生产。设备自动运行,装载机自动将载片盒上的硅片取出，放在印刷机的传送带上，一片一片拿取、传送、印刷、烘干、烧结，直至完成成品电池的测试。
9.1注意事项:
6.1.4质量控制点
(1)印刷
印刷量（与丝网间隙、印刷速度、压力有关），印二印三的印刷量应该每一小时称量一次，如不在工艺规定范围内，即时调整上述有关参数。同时应注意印刷烘干箱温度、传送带速度以及是否漏印、印偏，断栅等。
(2)烧结
烧结各个温区的温度控制，排风量、冷却水温度流量、传输带的带速等。
注意设备运行情况，各项报警应及时处理。
(1)交接班时，交班操作人员应准确记录现用印刷参数
(2)接班人员接班后应检查上一班次记录的参数是否与机器运行中的参数一致。
(3)印刷参数做更改后，应及时准确做好记录（时间，原因或目的等）。
太阳能电池的工作原理是什么
太阳能电池的工作原理是什么
太阳能电池利用光电效应将太阳光能转化为电能。
太阳能电池内部由多个半导体材料层叠组成，其中最常用的是硅。
太阳能电池的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 吸收太阳光：太阳能电池的表面涂有能够吸收太阳光的材料，如硅。
当太阳光照射到太阳能电池表面时，光子（太阳光的组成单位）会穿过材料并与其内部的原子相互作用。
2. 电子激发：太阳能电池中的硅材料由两种类型的原子组成，即硅中的磷和硅中的硼。
当太阳光照射到硅材料上时，光子与硅原子相互作用，激发出电子和空穴对（带正电荷的空位）。
3. 电子分离：激发出的电子和空穴会分离并沿着不同的方向移动。
电子会从n型（掺磷）硅层中向p型（掺硼）硅层移动，而空穴则会相反地从p型层向n型层移动。
这种分离过程发生在通过太阳能电池的金属接触处。
4. 电流输出：由于电子和空穴在分离的过程中发生位移，形成了电场，这将导致电子在金属电极之间形成电流。
通过连接到太阳能电池的电路，电流可以在外部设备中实现功效，如充电电池或给电器供电。
总之，太阳能电池的工作原理是利用光电效应将太阳光能转化为电能，通过光子的激发和电子分离来产生电流输出。
因此，太阳能电池可以作为一种可再生能源的来源，用于为各种设备和系统供电。
太阳能电池片生产制造工艺
太阳能电池（硅片）的生产工艺原理太阳能电池片的生产工艺流程分为硅片检测——表面制绒——扩散制结——去磷硅玻璃——等离子刻蚀——镀减反射膜——丝网印刷——快速烧结等。
具体介绍如下：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、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。
管式扩散炉主要由石英舟的上下载部分、废气室、炉体部分和气柜部分等四大部分组成。
太阳能电池板及其工作原理
太阳能电池板及其工作原理性能及特点：太阳能电池分为单晶硅太阳电池（坚固耐用，使用寿命一般可达20年。
光电转换效率为15％。
）多晶硅太阳电池（其光电转换效率约14.5％，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低非晶硅太阳电池。
）非晶硅太阳能电池（其光电转换率为10%，成本低，重量轻，应用方便。
）太阳能发电原理：太阳能不象煤和石油一样用交通工具进行运输，而是应用光学原理，通过光的反射和折射进行直接传输，或者将太阳能转换成其它形式的能量进行间接传输。
直接传输适用于较短距离。
基本上有三种方法：基本上有三种方法：通过反射镜及其它光学元件组合，改变阳光的传播方向，达到用能地点；通过光导纤维，可以将入射在其一端的阳光传输到另一端，传输时光导纤维可任意弯曲；采用表面镀有高反射涂层的光导管，通过反射可以将阳光导入室内。
间接传输适用于各种不同距离。
将太阳能转换为热能，通过热管可将太阳能传输到室内；将太阳能转换为氢能或其它载能化学材料，通过车辆或管道等可输送到用能地点；空间电站将太阳能转换为电能，通过微波或激光将电能传输到地面。
太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程，通常叫做"光生伏打效应”,太阳电池就是利用这种效应制成的。
当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。
被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子-空穴对。
这样，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在P-n 结，则在P型和n型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向n区，空穴驱向P区，从而使得n区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P-n结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。
光生电场的一部分除抵销势垒电场外，还使P型层带正电，n型层带负电，在n区与p 区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。
若分别在P型层和n型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。
太阳能电池的结构和性能
太阳能电池的结构和性能太阳能电池是一种专门用来将太阳能转化为电能的设备，它既可以被用于小型电子设备中，也可以用来制造大型的太阳能电站，以满足人们日常生活及各类企业和机构的用电需求。
太阳能电池的结构和性能对于其转化效率和使用寿命有着重要的影响，本文将为读者详细分析太阳能电池的结构和性能。
一、太阳能电池的结构太阳能电池是由多个薄膜组成，包括透明导电膜、n型硅膜、p型硅膜等。
其中，n型硅膜和p型硅膜中注入了磷元素和硼元素，并通过高温烧结与金属线连接，构成了一种叫做“pn结”的高效电子转换器。
其实，太阳能电池的结构可以从四个方面来解读，即整块太阳能电池的尺寸、太阳能电池的厚度、肩背垫的厚度，以及太阳能电池的前导玻璃的材质。
首先，整块太阳能电池的尺寸可能会受到限制，因为它是受制于制造工艺和成本的。
通常情况下，太阳能电池的大小都是由生产商根据具体需求来裁剪的，以确保其最大化的容量和输出效率。
其次，太阳能电池的厚度也是十分重要的。
如果太阳能电池太薄，那么就会导致它电能输出的不稳定，且也容易遭受损坏。
然而，如果太阳能电池太厚，就会导致它的成本过高，也会影响它的输出效率和使用寿命。
第三，肩背垫的厚度也会对太阳能电池的性能产生影响。
肩背垫是用来保护太阳能电池的衬垫材料，为它提供了强大的保护和维护。
然而，如果肩背垫太厚，那么就会降低太阳能电池的电流和电压，进而对其输出效率产生影响。
最后，太阳能电池的前导玻璃材质也是一项关键性能指标。
前导玻璃通常是钢化玻璃或反射性高的聚氘基础材料，用来保护太阳能电池并反射不需要的太阳光线。
正确的玻璃材质可以提高太阳能电池的输出效率，支持其长期稳定的使用。
二、太阳能电池的性能太阳能电池的性能可以从三个方面来论述，即输出功率、制造成本和使用寿命。
首先，太阳能电池的输出功率非常重要，直接影响到它的实际使用效果和生产成本。
太阳能电池的输出功率可以通过测量来确定，通常以瓦（W）为单位，而在实际生产中，制造商也会根据终端用户的具体需求来调整太阳能电池的输出功率，以支持它们的正常运行。
太阳能电池工作原理
太阳能电池工作原理太阳能电池的工作原理是光电效应。
当太阳光照射到太阳能电池的表面时，光的能量会被吸收。
如果光的能量大于光伏电池内部PN结的能带宽度，光子的能量会将电子从半导体材料的价带提升到导带，从而形成一个电子-空穴对。
这个现象称为光电效应。
在太阳能电池的PN结中，P型半导体中的空穴会向N型半导体迁移，而N型半导体中的电子会向P型半导体迁移。
这个迁移过程会形成一个电压差，也就是电势差。
当太阳能电池的两个电极之间连上一个外部电路时，电子会从N型半导体流到P型半导体，而空穴会从P型半导体流到N型半导体，电流也会随之产生。
这个过程就将太阳能转化为电能。
太阳能电池有着一些特殊的设计，以提高其效率。
一种常见的设计是将太阳能电池覆盖在一个透明的保护层下，这个保护层可以让太阳光通过并减少反射。
还有一层反射层可以增加光的吸收，从而提高电池的效率。
此外，一些太阳能电池还会利用聚光器将光线聚焦到电池表面，以增加光的威力。
太阳能电池的效率是评估其性能的重要指标。
一般来说，太阳能电池的效率在15%到20%之间，高性能的太阳能电池的效率可达到30%。
提高太阳能电池的效率可以通过多种方法，如使用高纯度的半导体材料、改变PN结的结构等。
此外，还有一些技术可以帮助太阳能电池在光弱或光照不稳定的条件下产生更高的效率。
太阳能电池目前已经广泛应用于各种场合。
家庭和商业屋顶上的太阳能电池板可以将太阳能转化为电能，供居民或企业使用。
一些偏远地区也利用太阳能电池来提供电力。
太阳能电池还可用于计算机芯片、卫星和航天器等领域。
虽然太阳能电池具有许多优点，如环保、可再生等，但也存在一些问题。
太阳能电池的成本较高，安装和维护的费用也较高。
此外，太阳能电池的效率受到光照条件和天气影响，不如传统电力稳定。
然而，随着技术的不断进步，太阳能电池的效率和经济性正在得到改善，使其更具有实用性和可行性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铝背场作用
1. 背铝作为背电场能够阻挡电子的移动，减了表 面的复合率，有利于载流子的吸收；
1. 减少光穿透硅片,增强对长波的吸收； 1. Al吸杂，形成重掺杂，提高少子寿命； 1. 铝的导电性能良好，金属电阻小，而且铝的熔
点相对其他的合适金属来说熔点低，有利于烧
5. 在烧结时p-type的铝掺杂渗入形成使原本掺杂 硼的p-type Si形成一层数微米厚的p+-type Si作 为背场，以降低背表面复合速度来提高电池的 开路电压Voc
6. 因为硅片吸收系数差，当厚度变薄时衬底对入 射光的吸收减少，此时背场的存在对可以抵达 硅片深度较深的长波长光吸收有帮助，所以短 路电流密度Jsc
7. p和p+的能阶差也可以提升Voc，p+可以形成低 电阻的欧姆接触所以填充因子FF也可改善。
c. Tunneling&hopping：若银颗粒和emitter间 存有较厚的glass film，则电流可藉由 tunneling和玻璃中金属析出物之间的hopping 来传导
四、背铝简介
对铝浆的技术要求 1. 形成铝背p－p+结，提高开路电压； 2. 形成硅铝合金对硅片进行有效地吸杂，
3. 4. 5. 6.
•正面电极由两部分构成，主栅线是直接接到电池外部引线的较粗部 分，副栅线则是为了将电流收集起来传递到主线去的较细部分，制作 成窄细的栅线状以克服扩散层的电阻。电极图形，例如电极的形状、 宽度和密度等，对太阳能电池的转换效率影响较大。
电极材料的选择 1. 能与硅形成牢固的接触 2. 这种接触应是欧姆接触，接触电阻小 3. 有优良的导电性 4. 纯度适当 5. 化学稳定性好
银晶粒的析出机理？
1. 与PbO和Si发生的氧化还原反应类似，玻璃料中的
Ag2O与Si
Ag2O+Si ——Ag+SiO2
2. Ag和被腐蚀的Si 同时融入玻璃料中。冷却时，玻璃料 中多余的Si外延生长在基体上，Ag晶粒则在玻璃料中 多余的Si外延生长在基体上，Ag晶粒则在Si表面随机 生长。
3. 在烧结过程中通过氧化还原反应被还原出的金属Pb呈 液态，当液态铅与银相遇时，根据Pb-Ag 相图银粒子 融入铅中形成Pb-Ag相。Pb-Ag熔体腐蚀Si的<100>晶面。 冷却过程中, Pb和Ag发生分离，Ag在<111>晶面上结晶， 形成倒金字塔形。
7. 价格较低。
铝的特性
1. 熔点：660.37℃，具有良好的导热性、导 电性和延展性。
2. 在空气中其表面会形成一层致密的氧化 膜，使之不能与氧、水继续作用。
3. 铝板对光的反射性能也很好
背铝烧结过程
铝硅形成背面电极
Al与Si形成BSF（back surface field）（P+），具有较高的电位。 当跃迁电子遇到BSF时，会倾向往n区移动，进而提高电流。
银的特性
1. 熔点：961.78°C，
电阻率1.586X10^-8Ω·cm
1. 银的特征氧化数为+1，其活性比铜差， 常温下，甚至加热时也不与水和空气中 的氧作用。
2. 有很好的柔韧性和延展性，是导电性和 导热性最好的金属。
正面电极因为要减小电极遮光面积，所 以使用导电性能良好的银浆，因为先前 的减反射膜已经形成正面电性绝缘，所 以银浆一般掺有含铅的硼酸玻璃粉 （PbO-B2O3-SiO glass frit），在高温烧 结时玻璃粉硼酸成分与氮化硅反应并刻 蚀穿透氮化硅薄膜，此时银可以渗入其 下方并与硅形成此种局部区域性的电性 接触，铅的作用是银-铅-硅共熔而降低银 的熔点。
层结晶析出
三、正银电流传导机构
机构一：由银颗粒和emitter的直接接触来传导 机构二：银颗粒和emitter之间由tunneling effect 来传导电流
a. Direct connection：银颗粒和emitter的直接 接触
b. Tunneling：若银颗粒和emitter间存有极薄 的glass film，则电流可藉由tunneling effect 来传导
正银烧结曲线（理论曲线）
1、Drying：在150°C干燥时先挥发掉胶料中所有的溶剂，否则在高温烧结时 溶剂产生的气泡将会造成裂缝。
2、Burn out:在300-400°C进行Burn-out的过程，烧除掉浆料中的有机粘结剂。 3、Firing:在700-800°C时，烧结后使银线粘附在Si wafer表面
烧结原理
目录
银电极 正银烧结过程 正银线电流传导机构 背铝简介
一、银电极
•作用：输出电流
•电极就是与电池PN结两端形成紧密欧姆接触的导电材料。与P型区 接触的电极是电流输出的正极，与N型区接触的电极是电流输出的负 极。
•耐高温烧结，良好的导电性能及附着力，以及贵金属成本等因素， 决定了用银而不是其他贵金属。
二、正银烧结过程
· 网印正银在wafer上
有机物挥发，正银中的玻璃成份在加热到450度时开始融化
熔融的玻璃开始蚀刻SiN层，Ag则渐渐融入熔融的玻璃中
在670-700°C，玻璃蚀刻SiN层后，开始溶蚀Si的表层（emitter），产生 腐蚀坑
PbO+Si
Pb+SiO2
在冷却时，熔融玻璃中过量的Ag析出成Ag颗粒， 并嵌入在Si的表面，于腐蚀坑处结晶形成电流传导的途径
1、Solvent evaporation：100-200°C，溶剂挥发 2、Resin removal：200-400°C，聚合物树脂烧除 3、Glass melting &Ag sintering：400-600，玻璃开始融化，银颗粒开
始缩合及烧结4、Glas来自-Si&Ag-Si reaction：600-800°C，熔融的玻璃和溶解的银开始 刻蚀掉淡化硅表层，并刻蚀掉极薄的硅表层。最后，银颗粒在硅表