太阳能电池工艺简介.ppt

太阳能电池（晶硅）简介,1、晶硅太阳能电池及其原理；2、常规晶硅太阳能电池工艺；3、新型晶硅太阳能电池工艺；,目录,2,1、晶硅太阳能电池及其原理,吸收光子，产生电子空穴对。电子空穴对被内建电场分离，在PN结两端产生电势。将PN结用导线连接，形成电流。在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换。,3,2、常规晶硅太阳能电池工艺,制绒,扩散,去磷硅玻璃（PSG）,刻蚀,镀膜,丝网印刷,烧结,测试分档,筛选,目前电池整个工艺仅仅需要七步就可以了！,4,2.1、制绒,1、目的：a、去除硅片表面损伤层;b、形成特殊绒面减少光反射。2、方法：a、单晶制绒碱制绒b、多晶制绒酸制绒,单晶硅片表面反射率,5,单晶制绒,单晶制绒原理：利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶体取向上具有不同腐蚀速率的各向异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成角锥体密布的表面形貌，就称为表面织构化。角锥体四面全是由111面包围形成。化学用品：NaOH（KOH）、IPA、催化剂、Na2SiO3反应式：Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2,单晶绒面,6,单晶制绒,1、工艺控制参数：时间、温度、各种化学品用量。2、工艺控制标准：硅片外表、腐蚀量、金字塔大小、反射率。3、异常类型：硅片发白、发亮、雨点等。4、设备：单晶制绒基本为国产设备，如捷加创、四十八所等。,7,多晶制绒,1、多晶制绒原理：由于多晶硅片是有很多晶粒组成，各晶粒的晶向各不相同，所以不能有碱进行制绒，而选择用酸进行腐蚀制绒。2、化学用品：HNO3、HF、NaOH3、反应式：Si+2HNO3=SiO2+2NO+2H2OSiO2+6HF=H2SiF6+2H2O,多晶绒面,8,多晶制绒,1、工艺控制参数：化学配比、设备带速、温度等。2、工艺控制标准：硅片外表、腐蚀量、虫洞大小、反射率。3、异常类型：硅片发亮或者有暗纹。4、设备：RENA、Schmid、尚德库德勒、四十八所槽式制绒等。,9,2.2、扩散,扩散的目的：形成PN结，使一块完整的半导体晶体的一部分是P型区域，另一部分是N型区域。扩散方法：在800高温下通过氮气将液态状态下的POCl3引入扩散炉管，在硅片表面形成N型结构。反应公式：,10,PN结曲线,BultmanJ.Methodsofemitterformationforcrystallinesiliconsolarcells,PhotovoltaicsInternational.2011,1:69-80.,11,扩散,1、进舟；5、推结扩散；2、通氧气；6、降温；3、通磷源；7、出舟。4、升温；,扩散装置示意图,12,扩散,1、工艺控制参数：时间、温度、气体流量。2、工艺控制标准：薄层方阻和外观3、异常类型：薄层方阻超出规定范围、硅片颜色异常等。4、设备：国产设备如四十八所、捷加创、七星等；国外设备有Tempress、CT等,13,刻蚀原理：由于在扩散过程中，即使采用硅片的背对背扩散，硅片的所有表面（包括正反面和边缘）都将不可避免地扩散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路，因此需要将该短路通道去除。刻蚀方法：干法刻蚀：等离子刻蚀、激光刻蚀；湿法刻蚀：RENA刻蚀、Schmid刻蚀。,2.3、刻蚀,14,湿法刻蚀,1、化学药品：HNO3、HF、H2SO4和NaOH。2、反应式：Si+2HNO3=SiO2+2NO+2H2OSiO2+6HF=H2SiF6+2H2O,湿法刻蚀,用CF4和O2来刻蚀扩散后的硅片，其刻蚀原理如下：CF4=CFx*+(4-x)F*(x3)Si+4F*=SiF4SiO2+4F*=SiF4+O2,等离子刻蚀,15,湿法刻蚀,1、工艺控制参数：溶液配比、刻蚀槽温度、设备带速等2、工艺控制标准：硅片减薄重量、薄层方阻变化量和硅片外观3、异常类型：硅片减薄重量超出规定范围、硅片颜色异常等。4、设备：湿法刻蚀设备主要为RENA和Schmid；等离子刻蚀国产设备比较多如四十八所、捷加创、七星、北京微星等。,16,镀膜目的：表面平整的硅片在很宽的波长范围（4001050nm）内对入射光的反射均高于30%。该反射可以通过表面绒面来降低。为了进一步降低反射，需要在硅片表面制备一层或多层介质膜。同时介质膜也可以起到钝化和防止酸碱对硅片表面侵蚀。,2.4、PECVD镀膜,17,制备SiN薄膜设备的分类,18,管式镀膜,原理：在辉光放电条件下，由于硅烷和氨气等离子体相互碰撞而发生化学反应，在硅片表面生长一层氮化硅薄膜。主要厂家：Centrotherm、七星、捷佳创、四十八所等。,19,板式镀膜,原理：通过一个内置同轴石英管与微波发射器相接后可在石英管上进行表面波放电，从而激发出高均匀度的微波等离子体。主要厂家：Roth&Rau，北京微星等。,20,两种镀膜方式对比,两种镀膜方式对比,21,PECVD镀膜,1、工艺控制参数：气流比、镀膜时间等。2、工艺控制标准：硅片镀膜后颜色、氮化硅膜厚和折折射率。3、异常类型：色差、色斑颜色异常以及膜厚或者折射率超出规定范围。,22,2.5、丝网印刷,丝网印刷基本原理：丝网印版的部分孔能够透过油墨，漏印至承印物上；印版上其余部分的网孔堵死，不能透过油墨，在承印物上形成空白，这样通过印刷得到我们想要的图形。,丝网放大图,23,栅线结构,一道：银电极二道：铝背场三道：正银栅线,24,铝背场,作用：1、减少背表面复合；2、背表面吸杂；3、增加对长波反射。,25,正面银栅线,作用：1、吸收电流；2、导电。,26,丝网印刷,1、工艺控制参数：丝网间距、压力、印刷速度等。2、工艺控制标准：湿重和银栅线线宽、高度等。3、异常类型：湿重超出规格线、栅线宽度太宽。4、设备：Baccini、DEAK等。,27,2.6、烧结,烧结曲线,在“烧出”（Burnout）区，有机料被烧出。之后，在2区有一个Al的融化过程，相变潜热使得温度上升台阶的形成。在峰值区前接触烧成，同时背场和背接触烧成,28,2.7、测试分档,I-V曲线和P-V曲线,UocIscRshRserFF=Pmpp/(Uoc*Isc)Irev2,29,3、新型晶硅太阳能电池工艺,1、Sele