第六章标准硅太阳能电池工艺

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1、第六章第六章 标准硅太阳能电池工艺标准硅太阳能电池工艺 制造电池标准工艺 一. 硅材料准备。 二. 硅片制造。 三. 太阳能电池片制造。 四. 封装成太阳能电池组件。一一.硅材料准备硅材料准备硅（Silicon）：原子序数14，IVA族，硅在宇宙中的储量排在第八位。硅以化合物形式存在于在地壳中，是含量仅次于氧的第二丰富元素 （27.7%）。 性状：具有明显的金属光泽，呈灰色。结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。具有金刚石的晶体结构。 熔点：熔点：1687 K（1414 C） 沸点：沸点：3173 K（2900 C）硅料按照纯度分类： （1）冶金级硅（工业硅，金属硅） （98%99%）

2、 （2）半导体级硅 （99.999%以上）5N以上 （3）太阳能级硅 6N （4）电子级硅 9N （5）超纯硅 11N（1）. 由石英砂到冶金级硅（98%99%）在电弧炉中石英砂与木炭高温还原反应： SiO2+2CSi+2CO（2）.冶金级硅到太阳能级硅（99.9999%）6N a. 四氯化硅法：（能耗大，材料利用率低） Si+2Cl2 SiCl4，蒸馏， SiCl4+2H2 Si+4HCl b.改良西门子法：（在太阳能级多晶硅制备中应用最广） Si+3HClSiHCl3+H2 SiHCl3+ H2 Si+3HCl c. 硅烷法：(成本高）Si+2Mg Mg2Si（+NH4Cl） SiH4 S

3、i二二.硅片制造硅片制造（1）. 太阳能级硅制备成单晶硅棒。 a.直拉单晶法：（多晶硅融化，掺杂B，拉出圆柱形单晶硅，直径12.5cm，长度1-2m）.b.区熔法：将多晶硅缓慢穿过高功率金属线圈，融化结晶，形成单晶（纯度高，成本高）。（2）. 切片，化学腐蚀修复机械损伤。三三.单晶硅太阳能电池片制造单晶硅太阳能电池片制造（1）超）超声波声波清洗清洗 设备要求：稳定性好，精确度高（温度、时间），操作方便（换水方便）。（2）表面腐蚀）表面腐蚀 工艺目的：去除表面损伤层和部分杂质。 工艺原理：利用硅在浓NaOH溶液中的各向同性腐蚀除去损伤层。 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 工艺条

4、件；生产常用NaOH溶液质量分数为20%左右，温度855，时间0.23min 具体据原始硅片的厚度和表面损伤情况而定。（3）制作绒面）制作绒面 目的；制作绒面，减少反射，提升硅片对光吸收效率。 原理；利用Si在稀NaOH溶液中的各向异性腐蚀，在硅片表面形成无数个36微米的金字塔结构，这样光照在硅片表面便会经过多次反射和折射，增加了对光的吸收。 条件；生产常用NaOH质量分数1%左右，Na2SiO3 1.5%2%，乙醇或异丙醇每次约加200400ml(50L混合液）。温度855,时间1545min，具体工艺据硅片种类、减薄后厚度和上次生产情况而定。 质量目标：绒面后硅片表面颜色深灰无亮点、均匀、

5、气泡印小，无篮脚印、白花等现象。400倍显微镜下大小符合标准，倒金字塔结构均匀。表面绒面化表面绒面化 由于硅片用由于硅片用P P型（型（100100）硅片，）硅片，可利用氢氧化钠溶液对单晶硅可利用氢氧化钠溶液对单晶硅片进行各向异性腐蚀的特点来片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面。当各向异性因子制备绒面。当各向异性因子1010时（所谓各向异性因子就时（所谓各向异性因子就是（是（100100）面与（）面与（111111）面单晶）面单晶硅腐蚀速率之比），可以得到硅腐蚀速率之比），可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。组成的绒面。绒面具有受光面绒面具有受光面积大，反射率

6、低的特点。可提积大，反射率低的特点。可提高单晶硅太阳电池的短路电流，高单晶硅太阳电池的短路电流，从而提高太阳电池的光电转换从而提高太阳电池的光电转换效率效率。 金字塔形角锥体的表面积金字塔形角锥体的表面积S0S0等于等于四个边长为四个边长为a a正三角形正三角形S S之和之和 由此可见有绒面的受光面积比光由此可见有绒面的受光面积比光面提高了倍即面提高了倍即1.7321.732倍。倍。20a3a23a214S绒面受光面积绒面受光面积 当一束强度为当一束强度为E0E0的光投射到图中的的光投射到图中的A A点，产生反射光点，产生反射光1 1和进和进入硅中的折射光入硅中的折射光2 2。反射光。反射光1

7、 1可以继续投射到另一方锥的可以继续投射到另一方锥的B B点，点，产生二次反射光产生二次反射光3 3和进入半导体的折射光和进入半导体的折射光4 4；而对光面电池就；而对光面电池就不产生这第二次的入射。经计算可知还有不产生这第二次的入射。经计算可知还有11%11%的二次反射光可能的二次反射光可能进行第三次反射和折射，由此可算得绒面的反射率为进行第三次反射和折射，由此可算得绒面的反射率为9.04%9.04%。绒面反射率绒面反射率（4）扩）扩散散 目的；形成PN结。 原理；（POCl3液态源高温扩散），POCl3在高温下经过一系列化学反应生成单质P，P在高温下扩散进入硅片表面，与本已经掺B的硅形成P

8、N结。 4POCl3+3O22P2O5+6Cl2 2P2O5+5Si5SiO2+4P 扩散炉扩散炉 设备要求： 精确度高可准确控制反应管的实际工艺温度 和气流量。用于长时间连续工作、高精度、高稳定性、自动控制。 （5）刻）刻蚀蚀 目的；去除周边短路环和磷硅玻璃。 原理：在辉光放电条件下，CF4和O2生成等离子体，交替对周边作用，使周边电阻增大。 CF4C4+4F- O22O2- F+SiSiF4 SiF4挥发性高，随即被抽走。 工艺条件：CF4O2=101 板流：0.350.4A 板压：1.52KV 压强：80120Pa 刻蚀时间：1016min质量目标;刻边电阻大于5K，刻边宽度12mm间。

9、等离子体刻蚀机等离子体刻蚀机 设备要求：工艺重复性好，刻蚀速度快、均匀性好 。密封性能好、操作安全（6）表面镀膜）表面镀膜 PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ） 目的：表面钝化和减少光的反射，降低载流子复合速度和增加光的吸收。 原理：硅烷与氨气反应生成氮化硅淀积在硅片表面形成减反射膜。反应过程中有大量的氢离子注入，使硅片中悬挂键饱和，达到表面钝化和体钝化的目的，有效降低了载流子的复合，提高了电池的短路电流和开路电压。 SiH4+NH3Si3N4+10H2SiN钝化与钝化与APCVD淀积淀积TiO2 钝化发射区钝化发射区: :热氧化生

10、长一层热氧化生长一层10nm25nm厚厚SiOSiO2 2, ,使表面层使表面层非晶化非晶化, , 使表面趋于稳定使表面趋于稳定, ,减少了发射区表面复合减少了发射区表面复合, ,提高了提高了太阳电池对蓝光的响应太阳电池对蓝光的响应, ,增加了短路电流密度增加了短路电流密度Jsc,Jsc, 减少了减少了反向饱和电流密度反向饱和电流密度, ,从而提高了太阳电池开路电压从而提高了太阳电池开路电压VocVoc。在此基础上，生长在此基础上，生长TiOTiO2 2减反射膜。减反射膜。 TiOTiO2 2减反射膜是用减反射膜是用APCVDAPCVD(atmospheric pressure CVD)设备生

11、长设备生长的的, ,它通过钛酸异丙脂与纯水产生水解反应来生长它通过钛酸异丙脂与纯水产生水解反应来生长TiOTiO2 2薄膜。薄膜。 折射率：折射率： SiSi3 3N N4 4 1.9 1.9， TiOTiO2 2 2.3 (100nm 2.3 (100nm）反射率）反射率4.0%4.0%PECVD（德）工艺步骤及条件（德）工艺步骤及条件 工艺步骤：分17步。进舟慢抽真空快抽真空调压恒温恒压检漏调压淀积淀积淀积抽真空稀释尾气清洗抽真空抽真空充氮退舟。 条件：温度480，淀积压强200Pa，射频功率1800W，抽空设定压强0.5pa，进出舟设定15%。 质量目标：淀积后表面颜色深蓝且均匀。管式管