单晶硅太阳能电池制作工艺设计

1、-. z.单晶硅太阳能电池/DSSC/PERC技术2015-10-20单晶硅太阳能电池2.太阳能电池片的化学清洗工艺切片要求：切割精度高、外表平行度高、翘曲度和厚度公差小。断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。提高切割速度，实现自动化切割。具体来说太阳能硅片外表沾污大致可分为三类： 1、有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来去除。2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声波清洗技术来去除粒径 0.4 m颗粒，利用兆声波可去除 0.2 m颗粒. 3、金属离子沾污：该污染必须采用化学的方法才能将其清洗掉。硅片外表金属杂质沾污

2、又可分为两大类：1、沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片外表。2、带正电的金属离子得到电子后面附着尤如电镀到硅片外表。1、用 H2O2作强氧化剂，使电镀附着到硅外表的金属离子氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片外表 2、用无害的小直径强正离子如H+，一般用HCL作为H+的来源，替代吸附在硅片外表的金属离子，使其溶解于清洗液中，从而去除金属离子。3、用大量去离子水进展超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。由于SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除；同时溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、

3、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。因此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除*些金属沾污。在使用SC-1液时结合使用兆声波来清洗可获得更好的清洗效果。另外SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，具有极强的氧化性和络合性，能与氧化以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。具体的制作工艺说明1切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。2清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸或碱溶液将硅片外表切割损伤层除去3050um。3

4、制备绒面：用碱溶液对硅片进展各向异性腐蚀在硅片外表制备绒面。4磷扩散：采用涂布源或液态源，或固态氮化磷片状源进展扩散，制成PN结，结深一般为0.30.5um。5周边刻蚀：扩散时在硅片周边外表形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。6去除反面PN结。常用湿法腐蚀或磨片法除去反面PN结。7制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。8制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片外表上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3 ，SiO ，Si3N4 ，TiO

5、2 ，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。9烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。10测试分档：按规定参数规*，测试分类。生产电池片的工艺比拟复杂，一般要经过硅片检测、外表制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀、镀减反射膜、丝网印刷、快速烧结和检测分装等主要步骤。本文介绍的是晶硅太阳能电池片生产的一般工艺与设备。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上下，因此需要对来料硅片进展检测。该工序主要用来对硅片的一些技术参数进展在线测量，这些参数主要包括硅片外表不平整度、少子寿命、电阻率、P/N型和微裂

6、纹等。该组设备分自动上下料、硅片传输、系统整合局部和四个检测模块。其中，光伏硅片检测仪对硅片外表不平整度进展检测,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。在进展少子寿命和电阻率检测之前，需要先对硅片的对角线、微裂纹进展检测，并自动剔除破损硅片。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，从而提高检测精度和效率。二、外表制绒单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅外表形成几百万个四面方锥体也即金字塔构造。由于入射光在外

7、表的屡次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠，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，硅片须先进展初步外表腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约2025m，在腐蚀绒面后，进展一般的化学清洗。经过外表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

8、备。管式扩散炉主要由石英舟的上下载局部、废气室、炉体局部和气柜局部等四大局部组成。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展反响，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的外表层，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根本也是最关键的工序。因为正是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

9、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，使其产生化学反响生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片外表形成的一层磷硅玻璃。在扩散过程中，POCL3与O2反响生成P2O5淀积在硅片外表。P2O5与Si反响又生成SiO2和磷原子，这样就在硅片外表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局部组成，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响生成易挥发

10、的四氟化硅气体。假设氢氟酸过量，反响生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反响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，硅片的所有外表包括边缘都将不可防止地扩散上磷。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结的反面，而造成短路。因此，必须对太阳能电池周边的掺杂硅进展刻蚀，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。等离子刻蚀是在低压状态下，反响气体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，反响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

11、反响基团由于扩散或者在电场作用下到达SiO2外表，在那里与被刻蚀材料外表发生化学反响，并形成挥发性的反响生成物脱离被刻蚀物质外表，被真空系统抽出腔体。六、镀减反射膜抛光硅外表的反射率为35%,为了减少外表反射,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，然后通入适量的反响气体SiH4和NH3，气体经一系列化学反响和等离子体反响，在样品外表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

12、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。利用薄膜干预原理，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，需要在电池外表上制作正、负两个电极。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，该设备由电池反面银铝浆印刷、电池反面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三局部组成。其工作原理为：利用丝网图形局部网孔透过浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压

13、力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮刀从图形局部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*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到达共晶温度时，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

14、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响，形成电阻膜构造，使其真正具有电阻特性，该阶段温度到达峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜构造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平安和持续开展也显得尤为重要。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，水质要求到达中国电子级水 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

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平安因素，还需要单独设置一个特气间，以绝对保证生产平安。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。组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。4.太阳能电池组件封装工艺流程流程： 1、电池检测2、正面焊接检验

16、3、反面串接检验4、敷设玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设5、层压6、去毛边去边、清洗7、装边框涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶8、焊接接线盒9、高压测试10、组件测试外观检验11、包装入库组件高效和高寿命如何保证： 1、高转换效率、高质量的电池片； 2、高质量的原材料，例如：高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂中性硅酮树脂胶、高透光率高强度的钢化玻璃等； 3、合理的封装工艺 4、员工严谨的工作作风；由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非

17、常重要的。太阳电池组装工艺简介：电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽一样，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进展分类；电池测试即通过测试电池的输出参数电流和电压的大小对其进展分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。 2、正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面负极的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯利用红外线的热效应。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在反面焊接时与后面的电池片的反面电极相连 3、反面串接：反面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，

18、我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将前面电池的正面电极负极焊接到后面电池的反面电极正极上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。 4层压敷设：反面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂primer以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好根底。敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、E

19、VA、玻璃纤维、背板5、组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150。6、修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。 7、装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。 8、焊接接线盒：在组件反面引线处焊接一个盒子，以

20、利于电池与其他设备或电池间的连接。 9、高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件雷击等下不被损坏。 10、组件测试：测试的目的是对电池的输出功率进展标定，测试其输出特性确定组件的质量等级2. 提高单晶硅太阳能电池效率的特殊技术：晶体硅太阳能电池的理论效率为33AM1.5光谱条件下。太阳能电池的理论效率与入射光能转变成电流之前的各种可能损耗的因素有关。其中，有些因素由太阳能电池的根本物理决定的，有些则与材料和工艺相关。从提高太阳能电池效率的原理上讲，应从以下几方面着手： 1、减少太阳能电池薄膜光反射的损失 2、降低PN结的

21、正向电池俗称太阳能电池暗电流 3、 PN结的空间电荷区宽度减少，幷减少空间电荷区的复合中心。4、提高硅晶体中少数载流子寿命，即减少重金属杂质含量和其他可作为复合中心的杂质，晶体构造缺陷等。5、当采取太阳能电池硅晶体各区厚度和其他构造参数。目前提高太阳能电池效率的主要措施如下，而各项措施的采用往往引导出相应的新的工艺技术。1选择长载流子寿命的高性能衬底硅晶体。2太阳能电池芯片外表制造绒面或倒金字塔多坑外表构造。电池芯片反面制作反面镜，以降低外表反射和构成良好的隔光机制。3合理设计发射结构造，以收集尽可能多的光生载流子。4采用高性能外表钝化膜，以降低外表复合速率。5采用深结构造，并在金属接触处加强钝化。6合理的电极接触设计以到达低串联电阻等。染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池的电池构造和工作机理 DSSC由镀有透明导电膜的导电基片、多孔纳米晶半导体薄膜、染料光敏化剂电解质溶液及透明对电极等几局部构成图1-1，其工作原理如图1-2所示，其中，Ecb为半导体的导带边，Evb半导体的价带边