太阳能电池原理及工艺中常见问题讲义PPT课件

1、一 电池结构和工作原理 二 工艺原理和常见问题 1.Texture 2.Diffusion 3.PSG 4.PECVD 5.Printing 6.Cofiring 1. Texture 制作绒面，增加光吸收 硅的原子结构面心立方 单晶 严格长程有序 基本无位错，缺陷少，复合低 特定浓度碱溶液：各向异性金字塔 多晶 长程无序，短程有序 大量位错，有晶界、缺陷，复合严重 酸溶液：各向同性小蚯蚓状坑 水分子对羟基的屏蔽作用 Si+NaOH=NaSiO3+H2 a. Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O slow b. 2NO2+H2O=HNO2+HNO3 c. Si+4HNO2=SiO2+

2、4NO+2H2O fast d. SiO2+4HF=SiF4+2H2O e. 3SiO2+18HF=3H2SiF6+6H2O NaOH: 1% IPA: 8% 缓冲、释放H2 NaSiO3: 减缓、成核 绒面对电池性能的影响 单晶：12% 多晶：20% 主要 设备 捷佳创 瑞晶 四十八所 主要 设备 Rena Schimid 库特勒 聚晶 单晶制绒酸洗工艺流程 超声 清洗 DI 溢流 粗 抛 DI 溢流 制作 绒面 DI 溢流 DI 喷淋 氮气 烘干 HF 酸洗 DI 溢流 HCL 酸洗 DI 溢流 DI 喷淋 DI 喷淋 温度: 80 ; NaOH: 1% IPA: 8% 缓冲、释放H2 N

3、aSiO3: 减缓、成核 添加剂（时创、大远） 多晶制绒酸洗工艺流程 制作 绒面 DI 喷淋 NaOH 碱洗 DI 喷淋 HF/HCL 酸洗 N2 吹干 DI 喷淋 HNO3:35% HF:10% 3 a.3Si+4HNO3=3SiO2+4NO+2H2O b.3SiO2+18HF=3H2SiF6+6H2O 18 5% 中和多余的中和多余的HF和和HCL 去除多孔硅去除多孔硅 温度 浓度 带速 腐蚀量 绒面尺寸 反射率 去除金属离子去除金属离子 多晶制绒常见问题 1. 腐蚀量标准（0.35-0.45） 腐蚀量后续影响解决措施 太少 不能去掉损伤层增加酸浓度或者降低带速 太大 碎片增加；弓片出现；

4、绒面过大反射率 增加，Isc降低；绒面不均匀方阻不均 匀，Ncell波动较大； 增加带速，稀释酸浓度 2. HF过多片子偏暗，网纹较重； HNO3过多片子较亮，即所谓抛光； 网纹多且硅片发亮溶液比例失调，建议换液； 表面发黄碱槽浓度低，碱槽循环不足，喷淋口方向不对或喷淋口堵塞。 2微米/min 酸液激活！ 3. DI电阻率18MCM，否则会引入杂质，导致漏电增加； 4. 制绒后严禁裸手接触硅片： a. 手指印，电池片降级； b. 引入钠离子，扩散进入PN结空间电荷区，增加漏电； 5. 单晶制绒问题 花篮印 抛光片 白斑 油污色斑 等等 2. Diffusion 制作PN结，电池的心脏 扩散机制

5、浓度梯度 硅原子 a 替位式（、）替位式（、）填隙式填隙式 SiSi+4+4Si+4 B+3 Si+4 N N型硅型硅 Si+4Si+4 P+5 Si+4 P P型硅型硅 扩散装置扩散装置 5253 OP3PCl C600 5POCl 化学反应机理化学反应机理 25225 10ClO2P 2 过量O 5O4PCl 25223 6ClO2POPOCl 4P5SiO5SiO2P 252 扩散模型扩散模型 菲克第一定律 菲克第二定律 边界 条件 Dt x Dt txN N 4 exp),( 2 0 当杂质原子总量恒定(高斯函数分布) 当表面浓度恒定(余误差函数分布) Dt x erfcNtxN s

6、2 ),( （掺硼）p-type Si Sub （掺磷） n-type 方块电阻方块电阻就是表面为正方形的半导体薄层在电流方向上 所呈现的电阻 R=/ t， : N型层电阻率；t：为扩散结深； =nq，n：N型层掺杂浓度； ：电子迁移率；q：电子带电量； R=1/nqt；和表面浓度和结深成反比； V I 四探针法 50-60 高方阻+密栅+新浆料 扩散常见问题 1. 方阻不均匀 四探针测试 炉口密封 排风不稳 尾气管堵塞 源瓶温度不稳 2. 扩散时氧气量适中，少：腐蚀硅片；多：浓度上不去； 3. 扩散后硅片表面发蓝 硅片未甩干进入扩散炉 表面形成氧化层 4. 经常清洗石英舟和尾气管，严禁裸手接

7、触硅片！ 5. 磷源 熔点1.25，沸点105.3 0， 蒸汽压高，挥发性强，蒸汽有毒。温度高会爆 裂 5. 三氯氧磷 三氯氧磷正式名称为氧氯化磷，又名磷酰氯。为无色透明发烟液体，有辛辣气味。熔点2，沸点 105.1，密度1.675kg/l。有强腐蚀性、毒性，不燃烧。 三氯氧磷遇水或水蒸汽剧烈反应生成磷酸与氯化氢等有毒的腐蚀性烟雾，对皮肤、粘膜有刺激腐蚀作用。 三氯氧磷可引起急性中毒，在短期内吸入大量三氯氧磷蒸汽可引起上呼吸道刺激症状、咽喉炎、支气管 炎，严重者可发生喉头水肿窒息、肺炎、肺水肿、紫绀、心力衰竭，亦可发生贫血、肝脏损害、蛋白尿。 口服三氯氧磷可引起消化道灼伤，眼和皮肤接触引起灼伤

8、，长期低浓度接触可引起口、眼及呼吸道刺激 症状。 装源瓶：先开出气阀，再开进气阀！否则将引起源瓶爆炸！ 卸源瓶：先关进气阀，再关出气阀！否则将引起源瓶爆炸！ 3. PSG去除含磷的二氧化硅 刻 蚀 DI 喷淋 NaOH 碱洗 DI 喷淋 HF 去PSG N2 吹干 DI 喷淋 HNO3,HF, H2SO4 中和多余的酸中和多余的酸 Rena工艺流程 常用设备：Rena Schimid 库特勒 聚晶 与库特勒设备对比：方阻变化较小 常见问题 常见问题后续影响解决措施 边缘过刻PN结面积减小 Isc降低 增加H2SO4浓度 边缘刻蚀不足漏电流增加，导致trash 片产生 增加酸浓度 底部刻蚀过大片

9、子变薄，弓片，低效稀释酸浓度 湿法刻蚀的优湿法刻蚀的优 1.PN结面积增加 2.背场平整，增加开路电压 3.避免干法刻蚀中的硅片间摩擦，得到较高的并联电阻 4. PECVD等离子增强型化学气相沉积 SiNx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 Si/N比对SiNx薄膜性质的影响 电阻率随x增加而降低 折射率n随x增加而增加 腐蚀速率随密度增加而降低 直接式： 间接式PECVD 对电池的影响 光学减反射提高Isc 表面钝化提高Uoc 体钝化提高Uoc 低温工艺减少高温导致的少子寿命衰减； 有效节约生产成本； 管P

10、常见问题 硅片偏离石墨舟：色差片 硅片短接：空镀 石墨舟长期不清洗：边缘发白，中间泛红，色差较明显 石墨舟变形：出现明显色差 石墨舟电极未对准：高频放电报警 压力低：镀膜不均，且颜色泛红 漏气：镀膜不均 5. Printing&Cofiring 烧 结 正极 银浆 背极 银浆/银铝浆 烘干 Oven/IR 背场 铝浆 烘干 Oven/IR 引出电流组件焊接 焊接 收集电流 引出电流 高阻密栅浆料 收集电流 吸杂 铝背场 通 过反射增加对光子的吸 收 常见问题常见问题 1. 铝浆污染铝浆污染严禁二道用具用于三道印刷，保持台面严禁二道用具用于三道印刷，保持台面 和轨道清洁和轨道清洁 2. 断线、粗

11、点、粘版、印不全断线、粗点、粘版、印不全浆料使用前充分搅拌，使用过程中严禁浆料使用前充分搅拌，使用过程中严禁 污染污染 3. 虚印虚印浆料和栅线设计不匹配，可重新设计网版浆料和栅线设计不匹配，可重新设计网版 4. 定期更换台面纸定期更换台面纸 烧结曲线 铝 背 场 的 形 成 铝背场的作用铝背场的作用 1. 背面接触，收集电流背面接触，收集电流 2. 形成形成P+铝背场，表面钝化提高开路电压铝背场，表面钝化提高开路电压 3. 增加对光的反射增加对光的反射 4. 吸杂吸杂 欧姆接触的形成没有整流效应的金属半导体接触 欧姆接触形成有如下几个步骤： 1 有机物挥发 2 玻璃料在减反射膜表面聚集 3

12、玻璃料腐蚀穿过减反射膜 4 玻璃料通过与Si发生氧化还原反应产生 腐蚀坑 PbO+Si Pb+SiO2 5 Ag晶粒在冷却过程中于腐蚀坑处结晶 Ag晶粒在腐蚀坑处结晶时与Si表面接触的一侧呈倒金字塔状，而与玻璃料接触的 一侧则成圆形。 常见问题 烧穿 短路电流低，开路电压降低很大 烧结不足 短路电流低，开路电压不变 Thanks 1、水分子的屏蔽效应（screening effect）阻 挡了硅原子与OH根离子的作用，而水分子的屏 蔽效应又以原子排列密度越高越明显。 2、在111晶面族上，每个硅原子具有三个共 价健与晶面内部的原子健结及一个裸露于晶格 外面的悬挂健，100晶面族每一个硅原子具有

13、 两个共价健及两个悬挂健，当刻蚀反应进行时， 刻蚀液中的OH会跟悬挂健健结而形成刻蚀， 所以晶格上的单位面积悬挂健越多，会造成表 面的化学反应自然增快。 图3 悬挂健对反应的影响 单晶 严格长程有序 基本无位错，缺陷少，复合低 特定浓度碱溶液：各向异性金字塔 多晶 长程无序，短程有序 大量位错，有晶界、缺陷，复合严重 酸溶液：各向同性小蚯蚓状坑 水分子对羟基的屏蔽作用 主要 设备 捷佳创 瑞晶 四十八所 主要 设备 Rena Schimid 库特勒 聚晶 （掺硼）p-type Si Sub （掺磷） n-type 5. 三氯氧磷 三氯氧磷正式名称为氧氯化磷，又名磷酰氯。为无色透明发烟液体，有辛辣气味。熔点2，沸点 105.1，密度1.675kg/l。有强腐蚀性、毒性，不燃烧。 三氯氧磷遇水或水蒸汽剧烈反应生成磷酸与氯化氢等有毒的腐蚀性烟雾，对皮肤、粘膜有刺激腐蚀作用。 三氯氧磷可引起急性中毒，在短期内吸入大量三氯氧磷蒸汽可引起上呼吸道刺激症状、咽喉炎、支气管 炎，严重者可发生喉头水肿窒息、肺炎、肺水肿、紫绀、心力衰竭，亦可发生贫血、肝脏损害、蛋白尿。 口服三氯氧磷可引起消化道灼伤，眼和皮肤