第六章节硅电池片.doc

MR FANG GE REN DUI YU GUANG FU CHAN YE DE LI JIE 第六章节太阳能电池片1序言昨天，我从网上看了一些资料，这些资料里讲的是关于做人、做事、销售、成功分享等等，下面几句话就很深刻要用感恩的心去做人要用世界级的标准去做事卖产品不如卖自己选择不对努力白费对就是这四句话，听完之后，我拍着脑袋，如当头一棒，呵呵，梦中初醒。这使我想到了我的工作。最近，我有在编写资料，我前面写了五个章节，有四个章节是马马虎虎地编写完成，有一个章节是认真写完的，我想我的问题就出现在马马虎虎拉。我很惭愧。大家都知道从小老师就教育我们要好好学习、认认真真做事、光明磊落地做人。我今年24岁啦。连这个道理都不明白，不是不明白而即使明白也无法按照那个标准去做。我知道我为此是现在这个样子，我没有认真，啊，我没有按照世界级的标准去做。我很无脸见江东父老。我没有认真于此，我发誓，我一定要用全球级的标准行事。今天的任务就是编写电池片的基本简介、生产工艺、用到所需设备、产品检验标准、产品的性能参数、产品价格等等太阳能户用系统，它决对可以成为时尚，做一套这样的系统吧！2基本简介如何介绍电池片？现有市场上比较成熟的电池产品有、单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅薄膜电池。其中要提一下非晶硅薄膜电池的制作非晶硅材料是由气相淀积形成的，目前已被普遍采用的方法是等离子增强型化学气相淀积(PECVD)法。此种制作工艺可以连续在多个真空淀积室完成，从而实现大批量生产。采用玻璃基板的非晶硅太阳能电池，其主要工序（PECVD）与TFT-LCD阵列生产相似。生产方式均pin是三层材料，p为p型硅，i为本征层，n为n型硅，具有自动化程度高、生产效率高的特点。pin为什么要这样设计主要是由于非晶硅材料的性质决定的非晶硅材料属于短程有序，长程无序的晶体结构，对载流子有很强的散射作用，导致载流子的扩散长度很短，使得光生载流子在太阳能电池中只有漂移运动而无扩散运动因此，单纯的pn结中，隧道电流往往占主导地位，使其呈电阻特性，而无整流特性，也就不能制作太阳电池为此，要在p层于n层之间加入较厚的本征层i，以遏制其隧道电流，所以为了解决光生载流子由于扩散而很快复合，非晶硅薄膜太阳能电池一般设计成pin结构，其中p为入射光层，i为本征吸收层，n为基底层如何去区别晶体硅和非晶硅？最重要的还是从它们结构上去分析，非晶硅是属于短程有序，长程无序的晶体结构；而晶体硅是长程有序，晶体结构属于正四面体。 以下就是晶体硅电池和非晶电池的图片以及晶体硅太阳能电池的工作原理图 # u4 Z9 I+ H$ _ y. _! 晶体硅电池 非晶硅电池 3电池片的生产生产电池片的工艺比较复杂，一般要经过硅片检测、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、快速烧结和检测包装等主要步骤。下面主要是晶体硅太阳能电池片生产。 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，并自动踢除破损硅片。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，提高了电池的光生载流子的收集率。由于硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，为此在制绒清洗设备里可用氢氧化钠，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2025m，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。扩散一般用三氯氧磷液态源作为扩散源。把P型硅片放在管式扩散炉的石英容器内，在850-900摄氏度高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过三氯氧磷和硅片进行反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，也就是PN结。这种方法制出的PN结均匀性好,方块电阻的不均匀性小于百分之十,少子寿命可大于10ms。制造PN结是太阳电池生产最基本也是最关键的工序。因为PN结的形成，才使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样就形成了电流，用导线将电流引出，就是直流电。四、去磷硅玻璃该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀法也即把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层磷硅玻璃。在扩散过程中，POCL3与O2反应生成P2O5淀积在硅片表面。P2O5与Si反应又生成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。去磷硅玻璃的设备一般由本体、清洗槽、伺服驱动系统、机械臂、电气控制系统和自动配酸系统等部分组成，主要动力源有氢氟酸、氮气、压缩空气、纯水，热排风和废水。氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸与二氧化硅反应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。五、等离子刻蚀由于在扩散过程中，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载流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，必须对太阳能电池周边的掺杂硅进行刻蚀，以去除电池边缘的PN结。通常采用等离子刻蚀技术完成这一工艺。等离子刻蚀设备是在低压状态下，反应气体CF4的母体分子在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体。等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性反应基团由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，在那里与被刻蚀材料表面发生化学反应，并形成挥发性的反应生成物脱离被刻蚀物质表面，被真空系统抽出腔体。六、镀减反射膜抛光硅表面的反射率为35%,为了减少表面反射,提高电池的转换效率,需要沉积一层氮化硅减反射膜。现在工业生产中常采用PECVD设备制备减反射膜。PECVD即等离子增强型化学气相沉积。它的技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体SiH4和NH3，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜即氮化硅薄膜。一般情况下，使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在70nm左右。这样厚度的薄膜具有光学的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，电池的短路电流和输出就有很大增加，效率也有相当的提高。七、丝网印刷太阳电池经过制绒、扩散及PECVD等工序后，已经制成PN结，可以在光照下产生电流，为了将产生的电流导出，需要在电池表面上制作正、负两个电极。丝网印刷设备，制造电极的方法很多，而丝网印刷是目前制作太阳电池电极最普遍的一种生产工艺。丝网印刷是采用压印的方式将预定的图形印刷在基板上，该设备由电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成。其工作原理为：利用丝网图形部分网孔透过浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮刀从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的粘性作用使印迹固着在一定范围内，印刷中刮板始终与丝网印版和基片呈线性接触，接触线随刮刀移动而移动，从而完成印刷行程。八、快速烧结经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。当银电极和晶体硅在温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形成上下电极的欧姆接触，提高电池片的开路电压和填充因子两个关键参数，使其具有电阻特性，以提高电池片的转换效率。烧结炉分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。预烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶段温度达到峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于基片上。九、外围设备在电池片生产过程中，还需要供电、动力、给水、排水、暖通、真空、特汽等外围设施。消防和环保设备对于保证安全和持续发展也显得尤为重要。一条年产50MW能力的太阳能电池片生产线，仅工艺和动力设备用电功率就在1800KW左右。工艺纯水的用量在每小时15吨左右，水质要求达到中国电子级水GB/T11446.1-1997中EW-1级技术标准。工艺冷却水用量也在每小时15吨左右，水质中微粒粒径不宜大于10微米，供水温度宜在15-20。真空排气量在300M3/H左右。同时，还需要大约氮气储罐20立方米，氧气储罐10立方米。考虑到特殊气体如硅烷的安全因素，还需要单独设置一个特气间，以绝对保证生产安全。另外，硅烷燃烧塔、污水处理站等也是电池片生产的必备设施4产品的检验标准以下是索日的检验标准 索日电池片检验标准指导书编 号SRFQC09编制曹庆华发 布 日 期缺陷名称缺陷说明判定准则1.缺口表现为电池片边缘或四角缺失一部分1、用游标卡尺或模板量取缺口的长、宽、深2、A、C级要求无尖锐形缺口和三角形缺口3、缺口不允许过电极（主、副栅线）术语解释速记表机械、应力造成A级1、边缘崩边、缺口：长度3mm深度0.5mm数量2处2、四角缺口：长度1.01.0mm数量1mm3、细长形缺口：长度10mm深度0.5mm 数量1处4、以上缺口不可过电极（主栅线、副栅线）C级1、边缘崩边、缺口：长度5mm深度1.0mm数量3处2、四角缺口：长度1.51.5mm数量1mm3、细长形缺口：长度15mm深度1mm 数量1处4、以上缺口不可过电极（主栅线、副栅线）缺陷片允许存在不论大小报废片完全破碎无利用价值缺陷名称缺陷说明判定准则2.掉角表现为电池片四角有缺失的一部分无掉角术语解释速记表机械、应力造成A级不允许存在C级不允许存在缺陷片允许存在无要求报废片无利用价值缺陷名称缺陷说明判定准则3.弯曲电池片不是在一个平面上弯曲范围术语解释速记表硅片本身太薄或丝网印刷引起A级1252.0mm（厚度20020um）C级1252.0mm（厚度20020um） 缺陷片无报废片无缺陷名称缺陷说明判定准则4.厚薄不均表现为单片电池片厚度(印刷后的厚度）不均匀引起弯曲，用千分尺量取其值比标称厚度小或大电池片标称厚度以硅片的标称厚度为准术语解释速记表由于原始硅片或印刷厚度引起A级TTV0.1mmC级0.1mmTTV0.2mm缺陷片无报废片无缺陷名称缺陷说明判定准则5.铝苞铝珠表现为背面电场有凸起的苞或珠铝苞片判定时，不论其位置一律按40um为非铝苞术语解释速记表绒面过大或印刷不良引起A级40um-200umC级200um缺陷片无报废片无缺陷名称缺陷说明判定准则6.背电场缺印表现为背电场有部分缺失缺印面积进行级别判定术语解释速记表丝网印刷第二道印刷不良引起A级背电场缺失面积不超出背电场面积的10%C级无缺陷片无报废片无缺陷名称缺陷说明判定准则7.背电场变色表现为背电场变色变色面积术语解释速记表叠片或烧结引起A级变色面积不能超过背电极总面积的30%C级变色面积超过背电极总面积的30%缺陷片超出C级片要求但还有利用价值报废片超出C级要求无利用价值缺陷名称缺陷说明判定准则8.叠片表现为背电场或背面电极浆料未得到正常烧结、出现发黄变色、电极脱落无叠片术语解释速记表电池片叠在一起烧结引起A级正面不允许存在背面不影响电极的按缺印或变色判变色面积不能超过背电极总面积的30%C级正面不允许存在不到电极的按背电场变色判变色面积超过背电极总面积的30%缺陷片到电极，但还有利用价值报废片到电极但无利用价值缺陷名称缺陷说明判定准则9.颜色色差电池片的颜色偏离主题颜色主体颜色偏离蓝色、深蓝色，即蓝色、深蓝色区域小于50%时，则根据单体颜色情况直接降至相应等级术语解释速记表PECVD镀膜不良引起A级整片电池片颜色单一（淡蓝 蓝色 深蓝 淡红中的一种) 仅允许跳一种相邻的颜色C级黄褐色 褐色 金黄色等两种以上较明显的颜色缺陷片无报废片无缺陷名称缺陷说明判定准则10.水痕印电池片边缘有明显的水干后的纹状痕迹水痕印所占电池片的面积与个数术语解释速记表未清洗干净引起的A级电池片总面积的20%，存在个数3个C级电池片总面积的20%，存在个数3个缺陷片无报废片无缺陷名称缺陷说明判定准则11.手指印电池片上有明显的手指印沾污痕迹手指印所占电池片的面积与个数术语解释速记表操作时未带手套或手套不干净引起A级电池片总面积的30%，存在个数3个C级电池片总面积的30%，存在个数3个缺陷片无报废片无缺陷名称缺陷说明判定准则12.斑点电池片上有明显的斑点明显度、面积及个数术语解释速记表制绒不良引起或硅片本身赃污引起A级电池片总面积的10%且不明显， 存在个数3个C级电池片总面积的10%，存在个数3个缺陷片无报废片无缺陷名称缺陷说明判定准则13.未制绒电池片的绒面上有明显的绒面发白、变色的现象，显微镜下观察绒面不良绒面发白术语解释速记表制绒引起A级电池片总面积的10%，存在个数3个C级电池片总面积的10%，存在个数3个缺陷片无报废片无缺陷名称缺陷说明判定准则14.亮斑电池片上有明显发白、发亮的斑点明显度判定术语解释速记表制绒不良或硅片本身引起A级不允许存在C级允许存在，数量面积不限缺陷片无报废片无缺陷名称缺陷说明判定准则15.裂纹电池片上有一个或一个以上的裂纹、裂痕无裂纹术语解释速记表机械或应力造成A级不允许存在C级不允许存在缺陷片允许存在，数量面积不限报废片无缺陷名称缺陷说明判定准则16.印刷偏移表现为正面电极图形整体偏离正常位置用模版进行量取印刷图形偏移正常位置的范围术语解释速记表丝网印刷印刷不良引起A级偏差1.0mm 角度偏差0.5 电极图形不能超出电池片边缘C级偏差1.0mm 角度偏差0.5 电极图形不能超出电池片边缘缺陷片电极图形超出C级片的要求报废片无缺陷名称缺陷说明判定准则17.漏浆表现为浆料漏印在电池片表面或边缘无针孔术语解释速记表第三道印刷引起的不良A级单个面积1mm*1mm 个数不限 背电极背电场依据铝苞要求判定，侧面返工后重判C级单个面积1mm*2mm 个数不限背电极背电场依据铝苞要求判定，侧面返工后重判缺陷片超过C级要求报废片没有利用价值的缺陷名称缺陷说明判定准则18.正面电极虚印表现为电池片副栅线不连续印刷，中间有断点虚印的面积术语解释速记表第三道印刷不良引起A级虚印面积小于电极总面积的10%C级虚印面积大于电极总面积的20%缺陷片超出C级片要求但还有利用价值报废片超出C级要求无利用价值缺陷名称缺陷说明判定准则19.正面电极缺失表现为正面电极部分缺失根据断线的长度进行级别判断术语解释速记表第三道印刷不良引起A级主栅线缺失面积不能超过主栅线面积的10% 副栅线6条 断线距离2mmC级主栅线缺失面积大于主栅线面积的20% 副栅线6条 断线距离2mm缺陷片超出C级片要求但还有利用价值报废片超出C级要求无利用价值缺陷名称缺陷说明判定准则20.油污表现为电池片表面有油污痕迹无油污术语解释速记表漏油引起A级不允许存在C级不允许存在缺陷片允许存在，还有利用价值的片子报废片允许存在无利用价值的电池片缺陷名称缺陷说明判定准则21.硅晶脱落表现为电池片上有明显硅晶脱落发亮的部分硅晶脱落镀膜后不影响电极的为正常片镀膜后按漏浆判定术语解释速记表硅片本身或受力所致A级单个面积1mm*1mm 个数不限 背电极背电场依据铝苞要求判定，侧面返工后重判C级单个面积1mm*2mm 个数不限背电极背电场依据铝苞要求判定，侧面返工后重判缺陷片超过C级要求报废片超过C级要求缺陷名称缺陷说明判定准则22.类似光面表现为镀膜后部分或整体颜色与主体颜色相比发亮明显程度及整体均匀性术语解释速记表制绒不良引起A级允许存在面积整体30%C级允许存在面积整体30%缺陷片无要求报废片无要求缺陷名称缺陷说明判定准则23.电极扭曲表现为电池片正面主副栅线有局部偏离正常位置有无偏离正常位置术语解释速记表丝网印刷第三道印刷不良造成电池片正面主副栅线有局部偏离正常位置B级扭曲正常位置的0.3mmC级扭曲正常位置的0.3mm缺陷片超出C级要求报废片无利用价值的缺陷名称缺陷说明判定准则24.雨点表现为电池片表面有类雨点状色斑明显度及所占面积术语解释速记表制绒不良造成A级1、不明显，颜色没有偏离主题颜色2、面积电池片面积的30%C级1、较明显，颜色已偏离主题颜色2、面积电池片面积的30%缺陷片超出C级要求报废片无利用价值的缺陷名称缺陷说明判定准则25.工艺点表现为石墨舟工艺点最大宽度1.6mm工艺点1.6mm术语解释速记表石墨舟使用时间过长引起A级工艺点1.6mmC级工艺点1.6mm缺陷片无要求报废片无要求编制曹庆华审核陈必雄批准其检验流程电池片检验流程为了规范电池线电池片检验规程，现将电池片检验流程做如下调整： 电池片的等级成品电池片等级分类A级片： 2.11W的外观优良片，可压板C级片： 2.11W的外观不良片，即：花片，不可压板lrev26片： 2.11W且漏电电流大于6的成品片，外观未区分，不可压板低功率片： 2.11W的所有成品电池片，外观未区分，不可压板C级片分类1、C级绒面色斑2、C级印刷不良3、C级水痕线4、C级镀膜不良5、C级缺角（即：小缺角，缺口未过主栅线、副栅线；大缺角为缺损片，此类为报废片）6、C级其他（比如工艺点、铝珠铝苞、弯曲等，此类C级片出现概率较低）报废片： 缺角片（大缺角）、裂纹片、碎片、掉角等 5产品的性能 国内常用的太阳能电池片根据尺寸和单多晶可分为： 太阳能单晶电池片单晶125*125 单晶156*156 多晶156*156 单晶150*150 单晶103*103 多晶125*125 太阳能电池片的技术参数 125S晶体硅太阳电池技术参数档次转换效率最大功率最大功率点电流最小功率点电流最大功率点电压短路电流开路电压Pm(Wp)Im(A)maxIm(A)minVm(V)Isc(A)Voc(V)A18.00%2.674-2.6965.1355.0930.5255.4400.630B17.80%2.645-2.6735.1115.0570.5235.4100.628C17.60%2.615-2.6445.0755.0190.5215.3800.627D17.45%2.593-2.6145.0274.9870.5205.3500.627E17.30%2.570-2.5925.0044.9610.5185.3300.626F17.15%2.548-2.5694.9884.9480.5155.3200.620G17.00%2.526-2.5474.9754.9330.5125.3000.620H16.85%2.504-2.5254.9494.9100.5105.2800.615I16.70%2.481-2.5034.9564.9130.5055.2600.615J16.50%2.452-2.4804.9114.8500.5055.2400.615K16.25%2.414-2.4514.8534.7800.5055.2000.615L16.00%2.377-2.4134.7784.7070.5055.1600.610M15.75%2.340-2.3764.7524.6800.5005.0000.610N15.50%2.303-2.3394.6784.6060.5004.9800.605O15.25%2.266-2.3024.6044.5780.4954.9600.605P15.00%2.229-2.2654.5764.5030.4954.9400.600SF156M多晶体硅太阳电池技术参数档次转换效率最大功率最大功率点电流最大功率点电压短路电流开路电压Pm(Wp)Im(A)Vm(mV)Isc(A)Voc(mV)A17.50%4.2588.1895209.305%6255%B17.25%4.1988.0725209.225%6255%C17.00%4.1377.9555209.115%6255%D16.75%4.0767.9145159.015%6205%E16.50%4.0157.7965158.895%6205%F16.25%3.9547.6785158.785%6205%G16.00%3.8937.5605158.675%6205%H15.75