晶硅太阳能电池工艺简介1

1、晶硅太阳能电池常规工艺简介北京七星华创电子股份微电子设备分公司.常规晶硅电池工艺流程.电池片消费流程剖面图制绒P型衬底分散刻蚀+ 去PSGn+ 发射极P型衬底PECVD镀膜氮化硅减反层P型衬底烧结氮化硅减反层n+ 发射极背电场铝背接触P型衬底反面银电极正银栅线金属电极印刷反面银电极正银栅线P型衬底铝背接触P型衬底.清洗制绒texture目的1、清洗外表油污及金属杂质；2、去除外表损伤层；3、构成外表织构化，减少光反射。硅片机械损伤层410微米硅外表损伤层去除单晶硅绒面减反射表示图.单晶制绒原理： Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 总反响方程式为：面晶体硅在碱性溶液中由于各向异性

2、腐蚀，构成金字塔构造：.单晶硅槽式制绒设备.单晶制绒工艺流程图.多晶硅片在HF-HNO3溶液中，由于反响的不均匀构成大小不等的腐蚀坑；反响如下： Si+2HNO3+6HF = H2SiF6+2HNO2+2H2O 3Si+4HNO3+18HF = 3H2SiF6+4NO+8H2O 3Si+2HNO3+18HF = 3H2SiF6+2NO+4H2O+3H2 5Si+6HNO3+30HF=5H2SiF6+2NO2+4NO+10H2O+3H2 多晶硅片制绒原理.多晶硅绒面形貌图.多晶硅制绒工艺流程.在线式制绒设备在线式制RENA.在线式制绒内部构造Schmid.制绒工序检验内容减薄量反射率 外观均匀性

3、硅片制绒前后的反射率对比.分散制结diffusion在P型硅衬底分散N型杂质，在衬底表层构成PN结。普通硅太阳能电池中衬底杂质为硼B，分散杂质为磷P为什么有一面没有结？.分散制结根底diffusion制结过程是在一块半导体基体资料上生成导电类型不同的半导体层。制结方法有热分散，离子注入，外延，激光及高频电注入法等。分散是物质分子或原子运动引起的一种自然景象，热分散制pn结法为用加热方法使V族杂质掺入P型或族杂质掺入N型硅而制成。硅太阳电池中最常用的V族杂质元素为磷，族杂质元素为硼。制结方法为使磷元素在分散进硼掺杂的半导体，在两种掺杂的半导体交界处构成PN结。P型半导体P指positive，带正

4、电的：由单晶硅经过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部构成带正电的空穴； N型半导体N指negative，带负电的：由单晶硅经过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部构成带负电的自在电子。.PN结PN junctionN型P型空间电荷区P-N结电 子空 穴P 型硅片N 型在N型和P型半导体的交界面处存在有电子和空穴浓度梯度，N区中的电子就向P区浸透分散，分散的结果是N型区域中临近P型区域一边的薄层内有一部分电子分散到N型中去了。由于这个薄层失去了一些电子，在N区就构成带正电荷的区域。同样，P型区域中临近N型区域一边的薄层内有一部分空穴分散到N型区域一边去了。由于这个薄层失去了

5、一空穴，在P区就构成了带负电荷的区域。这样在N型区和P型区交界面的两侧构成了带正、负电荷的区域，叫做空间电荷区，也叫PN结。.太阳能电池分散方法分散工艺的掺杂源各不一样，根本的分散有:固态源： 磷纸，硼纸，磷酸二氢铵(结晶状),用于管式分散。 丝网印刷磷浆料后(链式)分散液态源： POCL3，BBr3，用于管式分散。 喷涂磷酸二氢铵水溶液后(链式)分散。 其中POCl3液态源分散方法具有消费效率较高，得到PN结均匀、平整和分散层外表良好等优点，这对于制造具有大面积结的太阳电池是非常重要的。因此目前国内运用最多的是POCl3液态源分散法。.热分散反响POCl3在高温下600分解生成五氯化磷PCl

6、5和五氧化二磷P2O5，其反响式如下：生成的P2O5在分散温度下与硅反响，生成二氧化硅SiO2和磷原子，其反响式如下： POCl3热分解时，假设没有外来的氧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，破坏硅片的外表形状。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其反响式如下：. 生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可见在磷分散时，为了促使POCl3充分的分解和防止PCl5对硅片外表的腐蚀作用，必需在通氮气的同时通入一定流量的氧气 。 在有氧气的存在时，POCl3热分解的反响式为： POCl3分解产生的P2O5淀积

7、在硅片外表，P2O5与硅反响生成SiO2和磷原子并在硅片外表构成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进展分散 。.分散设备及分散间设备操作.分散管路原理图.分散根本步骤.分散工序检测内容方块电阻四探针测试仪少子寿命semilab WT1000).方块电阻的意义及丈量分散层的薄层电阻也称方块电阻，即外表为正方形的半导体薄层在电流方向电流方向平行于正方形的边所呈现的电阻。用Rs和R表示，sheet resistance。普通用四探针法丈量。Rs=/t (其中为块材的电阻率,t为块材厚度方块电阻的大小直接反映了分散入硅内部的净杂质总量对于太阳能电池分散工艺，可以以为硅片周围的杂质浓度是恒定的，不随时间

8、而改动，硅片的外表浓度Ns坚持不变。杂质在硅中的分布近似为余误差分布。高浓度磷原子分布表示图.刻蚀去边或腐蚀去背结分散过程中，在硅片的周边外表也构成了分散层。周边分散层使电池的上下电极构成短路环，必需将它除去。周边上存在任何微小的部分短路都会使电池并联电阻下降，以致成为废品。去边的方法有干法刻蚀和湿法腐蚀两种.刻蚀原理干法刻蚀原理：等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反响，使反响气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子分散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀资料进展反响，构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 。湿法腐蚀原理：在硝酸、氢氟酸、硫酸组成的腐蚀液中

9、腐蚀秒钟左右，去除硅片反面结及周边结部分，普通运用的设备为在线式腐蚀设备。.等离子刻蚀机.去磷硅玻璃硅片在经过等离子体刻蚀后，在前外表尚存在一层磷硅玻璃层PSG层，含磷的二氧化硅，PSG层具有亲水性，易潮解，必需在PECVD镀膜之前去掉。去PSG在HF溶液中进展，反响如下：SiO2+6HF = H2SiF6+2H2OP型衬底为什么只需一面消逝？.等离子刻蚀根本步骤.去磷硅玻璃清洗机.刻蚀+去PSG检测内容边缘P-N型冷热探针法外观 目测.PECVD镀膜PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition等离子加强化学 气相堆积等离子体：气体在一定条件下

10、遭到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，构成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种形状,这种形状就称为等离子态，等离子体从宏观来也是电中性但是在部分可以为非电中性。.PECVD镀膜工艺目的P型衬底氮化硅减反层n+ 发射极 在分散后的硅片上构成一层致密的氮化硅SiNx层，进一步降低反射率。富H的氮化硅在经过一定的高温后烧结过程可以对硅体资料构成很好的钝化作用。阻挠金属离子和水蒸汽的分散。构成良好的绝缘层。.PECVD原理 PECVD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，气体经一系列化学反响和等离子体

11、反响，在样品外表构成固态薄膜。PECVD方法的特点是等离子体中含有大量高能量的电子，它们可以提供化学气相堆积过程所需的激活能。电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程，生成活性很高的各种化学基团，能显著降低薄膜堆积的温度范围。反响方程式：.PECVD等离子产生方式：直接式基片位于一个电极上，直接接触等离子体低频放电10-500kHz 或高频13、56MHz),在射频激发的等离子的腔体内，高速运动的 电子激发反响气体NH3和SiH4产生等离子，堆积在硅片外表。间接式基片不接触激发电极如2、45GHz微波激发等离子),在微波激 发等离子的设备里，等离子产生在反响腔之外，然后

12、由石英管 导入反响腔中。在这种设备里微波只激发NH3，而SiH4直接进 入反响腔。 间接PECVD的堆积速率比直接的要高很多，这对大规模消费尤其重要。直接式PECVD间接式PECVD.等离子的两种产生方式比较.PECVD设备构造.平板式PECVD设备.平板式PECVD工艺过程.管式PECVD镀膜设备.管式PECVD工艺控制过程boatheating cassetteplasma generatorCESARloadingmachinegas supplyN2SiH4NH3vacuumpumpscrubberExhaust.管式PECVD的根本工艺步骤.PECVD检测内容膜厚、折射率椭偏仪反射率

13、D8反射仪外观均匀性、颜色目测.制备电极制备电极的目的：1、搜集电流2、引出电流3、将单体电池焊接成串.制备电极的方法丝网印刷法：在网版上制造特定电极图形，经过刮刀的运动将网版上的金属浆料挤出网版，落在网版下面的硅片上，构成电极图形。丝网印刷方法制造电极图形本钱低，产量高，是目前规模化消费中普遍采用的一种制备电极的方法。刻槽埋栅法：用激光或者机械的方法在电池外表划出电极槽，在电极槽内重掺之后将不同的金属按照不同的顺序叫住的电极槽内，这种方法制造本钱高，但电池效率高，普通用于高效电池的制造。喷墨打印法：运用气体带动金属浆料从特制的喷嘴喷出，堆积到电池外表构成电极，这种方法制备的电极具有较好的高宽

14、比，但目前设备尚不成熟，规模化运用较少。.丝网印刷的原理印刷基材硅片刮刀挤压印刷油墨，并借助刮刀面和网版网结的阻拦，使印刷油墨呈现出逆向滚动形状，当油墨行至网版未被乳胶膜阻挠的电极图形区时即向下穿透网孔接触印刷基材(硅片)，刮刀继续往前推移是，那么因网版张力及离版间距，使油墨脱离网版，附着于印刷基材上，到达印刷的目的。网 框印 刷 网 粘着剂刮 刀印 墨版 膜印 刷基 材.丝网印刷流程P型衬底.电池的正反面电极图形栅线银浆背电场：铝浆背电极：铝浆或银铝浆电池片正面电池片反面.丝网印刷的设备(Baccini).丝网印刷检测内容副栅线宽度、高度晶相显微镜印刷湿重电子天平印刷图形完好性目测.烧结的目

15、的燃尽金属浆料中的有机成分；烧穿绝缘的氮化硅膜，使浆料中的金属和硅熔交融金，构成欧姆接触；对经过等离子轰击的硅片退火，激活掺杂的原子，消除晶格损伤；激活氮化硅膜( )中的氢离子，使之钝化硅片内部晶格缺陷。.烧结的原理烧结可看作是原子从系统中不稳定的高能位置迁移至自在能最低位置的过程。浆料中的固体颗粒系统是高度分散的粉末系统，具有很高的外表自在能。由于系统总是力求到达最低的外表自在能形状，所以在烧结过程中，粉末系统总的外表自在能必然要降低，这就是烧结的动力学原理。固体颗粒具有很大的比外表积，具有极不规那么的复杂外表形状以及在颗粒的制造 、细化处置等加工过程中，遭到的机械、化学、热作用所呵斥的严重

16、结晶缺陷等，系统具有很高自在能.烧结时，颗粒由接触到结合，自在外表的收缩、空隙的排除、晶体缺陷的消除等都会使系统的自在能降低，系统转变为热力学中更稳定的形状。这是粉末系统在高温下能烧结成密实构造的缘由。 .烧结的设备烧结炉despatch.烧结炉centrotherm.烧结炉内部机构及工艺图.测试分选&包装入库测试目的：经过模拟太阳光对太阳能电池进展参数测试和分析，并将电池片按照电性能和外观等要求进展分类，包装入库。规范太阳光功率密度： 1kW/m2 =100mW/m2 ，以此作为测试仪器的入射光的功率密度即：Pin= 1kW/m2 =100mW/m2 测试环境温度：25 .电池参数的定义短路

17、电流Isc：电池短路Uoc=0)时的电流，即最大电流；开路电压Uoc：电池开路Isc=0时的电压，即最大电压;最大功率Pmax: 电池在光照下输出的最大功率值；填充因子FF：最大功率/(最大电压*最大电流) = Pmax / (Isc*Uoc)转换效率：电池输出功率与太阳 光入射功率的比值.测试分选设备(台达.电池片的包装入库.干净室规范目前世界各国虽有自订规格，但普遍还是采用美国联邦规范 209 为多，今就209D 及209E 和世界上其他各国之所订规范再做更进一步之引见与相互比较。.美国联邦规范为干净室干净等级，一个历史阶段以来，为世界各国所采用，在规范设计行为方面，发扬了宏大的作用，随着

18、科学技术的开展，它完成了其历史使命。美国环境科学委员会，于2001年11月24日正式宣布，由即日起取消并废除干净室的美国联邦规范，在美国等效运用“ISO14644-1干净室等级的国际规范。在以后的文件中，再出现美国联邦规范的等级内容的字样，该文件可视之无效文件，或劣质文件或不合格文件。 我国修订后的“干净厂房设计规范GB50073-2001，曾经在2002年开场实行，其中，关于干净室干净等级，等效采用“ISO14644-1干净室等级的国际规范，实现了与国际接轨。.晶硅太阳能电池车间干净度制绒万级（ISO class7）扩散前清洗、扩散千级（ISO class6）刻蚀、去PSG万级（ISO class7）PECVD 、丝网印刷、烧结、测试分选十万级（ISO class8）车间干净度测试方法：激光粒子计数仪.习题1. 制造晶硅太阳能电池的主要 步骤有哪些？答：制绒，分散，刻蚀，去磷硅玻璃，镀膜，印刷电极，烧结，测试。2. 液态分散源三氯氧磷在有氧气的分散条件下的反响式(不是方程式)答：.3. 简述PECVD的原理的特点，并写出反响式答： PECVD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