太阳能电池工艺

1、 太阳电池是以光生伏特效应为基础制备的。所谓光生伏特效应就是某种材料吸收了光能之后产生电动势的效应。尤其是在半导体内，光能转换为电能的效率特别高。 太阳电池工作原理可概括为以下几个过程： 1.光的照射，如单色光，太阳光等。 2.光子注入到半导体内部后，激发电子-空穴对。 3.必须有一个静电场。绝大部分太阳电池利用P-N结势垒区的静电场实现分离电子-空穴对的目的。 4.被分离的电子和空穴，经由电极收集输出到电池体外，形成电流。常规晶体硅太阳电池样品及常规晶体硅太阳电池样品及制造工艺步骤：制造工艺步骤： 利用化学工艺方法制作绒面状的硅表面，使得入射光在电池表面经历多次折射和反射，降低电池表面的反射

2、率，增加光的吸收，以此提高电池的短路电流和光电转换效率。 RENA 湿式化学处理系统是集成型化学处理设备，包含有表面绒面制备和化学清洗处理。复合酸表面绒面制备是它的特点，利用多晶硅表面的缺陷，形成减反射结构图形 。Si + 4HNO3 = SiO2 + 4NO2 + 2H2O SiO2 + 4HF = 4SiF4 + 2H2O4SiF4 + 2HF =H2SiF62NO2 + H2O =HNO2 + HNO3Si + 4HNO3 = SiO2 + 4NO + 2H2O 4HNO3 + 2NO + H2O = 3HNO2 多晶硅制绒后表面制备绒面的目的： 减少光的反射率，提高短路电流（Isc），

3、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。晶体硅太阳电池制造的第二步晶体硅太阳电池制造的第二步PNPN结结 PN结是晶体硅太阳电池的核心部分，没有PN结，便不能产生电流，也就不能成为太阳电池。有很多种方法制备太阳电池的PN结，比如三氯氧磷液态源扩散法，喷涂磷酸水溶液后链式扩散法，丝网印刷磷浆料后链式扩散法，而我们使用的是液态源热扩散法。PNPN结的原理结的原理 在P型半导体和N型半导体结合后，在交界处就产生了电子和空穴的浓度差，N型区内的电子多而空穴很少，P型区内的空穴多而电子很少，电子和空穴都要从浓度高的

4、地方向浓度低的地方扩散，有些电子要从N型区向P型区扩散， 也有空穴要从P型区向N型区扩散。 电子和空穴带有相反的电荷，在扩散过程中要产生复合（中和），结果使P区和N区中的电中性被破坏。 P区失去空穴留下带负电的离子，N区失去电子留下带正电的离子， 这些离子因物质结构的关系，不能移动，称为空间电荷，集中在P区和N区的交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这所谓的PN结。 在空间电荷区产生后，由于正负电荷的作用，在空间电荷区中形成一个电场，其方向从带正电的N区指向带负电的P区，该电场是由载流子扩散后在半导体内部形成的，故称为内电场。内电场的方向与电子的扩散方向相同，与空穴的扩散方向相反，它是阻止

5、载流子的扩散运动的。 综上所述，PN结中存在着两种载流子的运动。一种是多子克服电场的阻力的扩散运动；另一种是少子在内电场的作用下产生的漂移运动。，只有当扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区的宽度和 内建电场才能稳定。 两种运动产生的电流方向相反，因而在无外电场或其他因素激励时，PN结中无宏观电流。 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：4P5SiO5SiO2P2525253OP3PCl5POClC600由上面反应式可以看出，POCl3热分解时，如

6、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 。2522510ClO2P5O4PCl2过量O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

7、子再向硅中进行扩散 。322524526POClOPOCl晶体硅太阳电池制造的第三步晶体硅太阳电池制造的第三步 等离子刻蚀等离子刻蚀 与与 磷硅玻璃去除磷硅玻璃去除 由于扩散后电池的边缘会有N型杂质与P型基底形成PN结以及扩散的过程中在电池表面形成了一层很厚的磷硅玻璃层（PSG），因此需要等离子刻蚀将边缘的PN结去除，而磷硅玻璃则通过HF酸短时间浸泡来去除。等离子体刻蚀原理等离子体刻蚀原理 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

8、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。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。它们的离子以及CF,CF,CF,CFCF23e4 氢氟酸是无色透明的液体，具有较弱的酸性、易挥发性和很强的腐蚀性。但氢氟酸具有一个很重要的特性是它能够溶解二氧化硅，因此不能装在玻璃瓶中。 在半导体生产清洗和腐蚀工艺中，主要就利用氢氟酸的这一特性来去除硅片表面的二氧化硅层。 氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸能与二

9、氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体。O2HSiF4HFSiO242 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：O2HSiFH6HFSiO2622SiFH2HFSiF624 光在硅片表面的反射损失率高达35%左右，为减少硅片表面对光的反射，可采用镀膜的方式以达到减反射的效果。减反射膜不但具有减少光反射的作用，而且对硅片表面还可以起到钝化和保护作用，从而提高电池的短路电流。 氮化硅薄膜的制备方法很多: 溅射法，热分解法， 也可以在7001000 下由常压化学气相淀积(APCVD) 或者在750 左右用低压化学气相淀积法(L PCVD) 制得，但现在

10、工业上一般使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD) 来生成氮化硅薄膜。这是因为这种方法淀积温度低，对多晶硅中少子寿命影响较小，而且生产时能耗较低，淀积速度较快，生产能力高，工艺重复性好，淀积薄膜均匀，薄膜缺陷密度较低。PECVD法磁控溅射法Applied Film直接法（Direct）间接法（Remote）管式炉Centrotherm平板炉MVSystem, Semco，Shimadzu平板型微波Roth&Rau直流OTB我们现在采用的是间接法平板型的PECVD设备工作原理如下图：制备氮化硅薄膜的作用与优点：制备氮化硅薄膜的作用与优点： 由于氮化硅膜具有良好的绝缘性、致密性、稳定性和

11、对杂质离子的掩蔽能力, 氮化硅薄膜作为多晶硅太阳电池的减反射膜, 可显著地提高电池的转换效率, 还可使生产成本降低。PECVD 法沉积氮化硅薄膜, 沉积温度低、沉积速度快、薄膜质量好、工艺简单重复性好、易于工人掌握操作技术。丝网印刷原理：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

12、之，丝网印刷实际上是利用油墨渗透过印版进行印刷的，因此称它为丝网印刷。背电极印刷及烘干 浆料：Ag浆 如Dopont PV502 背电场印刷及烘干 浆料：Al浆 如广州儒兴 RX8201 正面电极印刷及烘干 浆料：Ag浆 如Dopont PV149 图1：图2：图3：目前我司的目前我司的P156P156太阳电池正面栅线如下：太阳电池正面栅线如下：细栅线数：55最边缘的细栅线到电池边缘的距离为1.5mm 0.13551.52542.7156mm两根细栅线之间的距离为2.7mm主栅线的宽度1.0mm 烧结可看作是原子从系统中不稳定的高能位置迁移至自由能最低位置的过程。厚膜浆料中的固体颗粒系统是高度

13、分散的粉末系统，具有很高的表面自由能。因为系统总是力求达到最低的表面自由能状态，所以在厚膜烧结过程中，粉末系统总的表面自由能必然要降低，这就是厚膜烧结的动力学原理。 固体颗粒具有很大的比表面积，具有极不规则的复杂表面状态以及在颗粒的制造 、细化处理等加工过程中，受到的机械、化学、热作用所造成的严重结晶缺陷等，系统具有很高自由能.烧结时，颗粒由接触到结合，自由表面的收缩、空隙的排除、晶体缺陷的消除等都会使系统的自由能降低，系统转变为热力学中更稳定的状态。这是厚膜粉末系统在高温下能烧结成密实结构的原因。 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。影响：1）相对于

14、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 2）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，严重的会起铝珠。 3) 背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为P 型掺杂，它可以减少金属与硅交接处的少子复合， 从而提高开路电压和短路电流，改善对红外线的响 应。 不论是一般的化学电池还是太阳电池，其输出特性一般都是用如下图所示的电流电压曲线来表示。由光电池的伏安特性曲线，可以得到描述太阳电池的四个输出参数。、开路电压Voc在p-n结开路情况下（R=），此时pn结两端的电压即

15、为开路电压Voc。2、短路电流Isc如将pn结短路（V=0），因而IF=0，这时所得的电流为短路电流Isc。、填充因子FF在光电池的伏安特性曲线任一工作点上的输出功率等于该点所对应的矩形面积，其中只有一点是输出最大功率，称为最佳工作点，该点的电压和电流分别称为最佳工作电压Vop和最佳工作电流Iop。FF = Vop*Iop/Voc*Isc = Pmax/Voc*Isc 它表示了最大输出功率点所对应的矩形面积在Voc和Isc所组成的矩形面积中所占的百分比。特性好的太阳能电池就是能获得较大功率输出的太阳能电池，也就是Voc，Isc和FF乘积较大的电池。对于有合适效率的电池，该值应在0.70-0.85范围之内。、太阳能电池的能量转化效率 表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能。即： =（太阳能电池的输出功率/入射的太阳光功率）x100%= （Vop x Iop/Pin x S）X100%= VocIscFF/Pin S 其中Pin是入射光的能量密度，S为太阳能电池的面积，当S是整个太阳能电池面积时，称为实际转换效率，当S是指电池中的有