工艺技术_太阳能电池工艺流程培训课件

1 太阳能电池工艺流程 制绒清洗 扩散 刻蚀 去PSG PECVD 丝网印刷 烧结 测试分档 分选 包装 制绒和清洗 3 概述 硅片表面处理的目的 4 硅片表面的机械损伤层 5 制绒 表面织构化 单晶硅片表面的金字塔状绒面 单晶硅片表面反射率 6 绒面腐蚀原理 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 反应式为 Si 2KOH H2O K2SiO3 2H2 7 绒面光学原理 制备绒面的目的 减少光的反射率 提高短路电流 Isc 最终提高电池的光电转换效率 陷光原理 当光入射到一定角度的斜面 光会反射到另一角度的斜面 形成二次或者多次吸收 从而增加吸收率 8 绒面光学原理 陷光原理图示 9 影响绒面质量的关键因素 KOH浓度异丙醇浓度制绒槽内硅酸钾的累计量制绒腐蚀的温度制绒腐蚀时间的长短槽体密封程度 异丙醇的挥发程度 10 化学清洗原理 HF去除硅片表面氧化层 HCl去除硅片表面金属杂质 盐酸具有酸和络合剂的双重作用 氯离子能与Pt2 Au3 Ag Cu Cd2 Hg2 等金属离子形成可溶于水的络合物 11 注意事项 扩散 太阳电池制造的核心工序 13 扩散的目的 形成PN结 PN结 太阳电池的心脏 14 三氯氧磷 POCl3 液态源扩散 喷涂磷酸水溶液后链式扩散 丝网印刷磷浆料后链式扩散本公司目前采用的是第一种方法 太阳电池磷扩散方法 15 磷扩散工艺过程 16 扩散装置示意图 17 POCl3磷扩散原理 POCl3在高温下 600 分解生成五氯化磷 PCl5 和五氧化二磷 P2O5 其反应式如下 生成的P2O5在扩散温度下与硅反应 生成二氧化硅 SiO2 和磷原子 其反应式如下 18 在有氧气的存在时 POCl3热分解的反应式为 POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面 P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子 并在硅片表面形成一层磷 硅玻璃 然后磷原子再向硅中进行扩散 POCl3磷扩散原理 19 由上面反应式可以看出 POCl3热分解时 如果没有外来的氧 O2 参与其分解是不充分的 生成的PCl5是不易分解的 并且对硅有腐蚀作用 破坏硅片的表面状态 但在有外来O2存在的情况下 PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气 Cl2 其反应式如下 生成的P2O5又进一步与硅作用 生成SiO2和磷原子 由此可见 在磷扩散时 为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用 必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气 POCl3磷扩散原理 20 影响扩散的因素 管内气体中杂质源的浓度扩散温度扩散时间 21 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 扩散层薄层电阻及其测量 22 方块电阻的定义 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 则该整个薄层的电阻为 当l a 即为一个方块 时 R t 可见 t 代表一个方块的电阻 故称为方块电阻 特记为R t 等离子体刻蚀 24 等离子体刻蚀模型 PSG n Si Beforeedgeisolation Afteredgeisolation 25 等离子体刻蚀原理 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 这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀 26 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 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 等离子体刻蚀反应 27 等离子体刻蚀反应 28 边缘刻蚀控制 短路形成途径由于在扩散过程中 即使采用背靠背扩散 硅片的所有表面 包括边缘 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 此短路通道等效于降低并联电阻 控制方法对于不同规格硅片 应适当的调整辉光功率和刻蚀时间使达到完全去除短路通道的效果 去PSG 30 去磷硅玻璃模型 PSG BeforePSGremoval AfterPSGremoval 31 什么是磷硅玻璃 在扩散过程中发生如下反应 POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面 P2O5与Si反应生成SiO2和磷原子 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 32 磷硅玻璃的去除 氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸能与二氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体 若氢氟酸过量 反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸 总反应式为 SiNx H减反射膜 34 SiNx H简介 物理性质和化学性质 结构致密 硬度大能抵御碱金属离子的侵蚀介电强度高耐湿性好耐一般的酸碱 除HF和热H3PO4 35 PECVD PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition即 等离子增强型化学气相沉积 是一种化学气相沉积PECVD是借助微波使含有薄膜组成原子的气体电离 在局部形成等离子体 而等离子化学活性很强 很容易发生反应 在基片上沉积出所期望的薄膜 PECVD 36 安全事项 使用和维护本设备时必须严格遵守操作规程和安全规则 因为 本设备的工艺气体为SiH4和NH3 二者均有毒 且SiH4易燃易爆 本设备运行时会产生微波辐射 每次维护后和停机一段时间再开机前都要检测微波是否泄漏 丝网印刷与烧结 38 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Ferro3398背电场印刷及烘干浆料 Al浆如Analogpase 12正面电极印刷浆料 Ag浆如DupontPV147 39 背面电极及电场图示 40 正面栅线图示 41 丝网印刷原理 丝网印刷是把带有图像或图案的模版被附着在丝网上进行印刷的 通常丝网由尼龙 聚酯 丝绸或金属网制作而成 当承印物直接放在带有模版的丝网下面时 丝网印刷油墨或涂料在刮刀的挤压下穿过丝网中间的网孔 印刷到承印物上 刮刀有手动和自动两种 丝网上的模版把一部分丝网小孔封住使得颜料不能穿过丝网 而只有图像部分能穿过 因此在承印物上只有图像部位有印迹 换言之 丝网印刷实际上是利用油墨渗透过印版进行印刷的 42 烧结的目的 干燥硅片上的浆料 燃尽浆料的有机组分 使浆料和硅片形成良好的欧姆接触 43 烧结对电池片的影响 相对于铝浆烧结 银浆的烧结要重要很多 对电池片电性能影响主要表现在串联电阻和并联电阻 即FF的变化 铝浆烧结的目的使浆料中的有机溶剂完全挥发 并形成完好的铝硅合金和铝层 局部的受热不均和散热不均可能会导致起包 严重的会起