晶硅太阳能电池常规工艺简介课件

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式晶硅太阳能电池常规工艺简介单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式晶硅太阳能1常规晶硅电池工艺流程常规晶硅电池工艺流程2电池片生产流程——剖面图制绒P型衬底扩散刻蚀+

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型衬底背面银电极正银栅线金属电极印刷背面银电极正银栅线P型衬底铝背接触P型衬底电池片生产流程——剖面图制绒P型衬底扩散刻蚀+去PSGn+3清洗制绒（texture）目的1、清洗表面油污及金属杂质；2、去除表面损伤层；3、形成表面织构化，减少光反射。硅片机械损伤层（4~10微米）硅表面损伤层去除单晶硅绒面减反射示意图清洗制绒（texture）目的1、清洗表面油污及金属杂质；硅4单晶制绒原理：Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2

总反应方程式为：<100>面晶体硅在碱性溶液中由于各向异性腐蚀，形成金字塔结构：单晶制绒原理：Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+5单晶硅槽式制绒设备单晶硅槽式制绒设备6单晶制绒工艺流程图单晶制绒工艺流程图7多晶硅片在HF-HNO3溶液中，由于反应的不均匀形成大小不等的腐蚀坑；反应如下：

Si+2HNO3+6HF=H2[SiF6]+2HNO2+2H2O

3Si+4HNO3+18HF=3H2[SiF6]+4NO+8H2O3Si+2HNO3+18HF=3H2[SiF6]+2NO+4H2O+3H2

5Si+6HNO3+30HF=5H2[SiF6]+2NO2+4NO+10H2O+3H2多晶硅片制绒原理多晶硅片在HF-HNO3溶液中，由于反应的不均匀形成大小不等8多晶硅绒面形貌图多晶硅绒面形貌图9多晶硅制绒工艺流程刻蚀/制绒干燥漂洗碱洗漂洗酸洗漂洗干燥多晶硅制绒工艺流程刻蚀/制绒干燥漂洗碱洗漂洗酸洗漂洗干燥10在线式制绒设备——在线式制（RENA）在线式制绒设备——在线式制（RENA）11在线式制绒内部结构（Schmid）在线式制绒内部结构（Schmid）12制绒工序检验内容减薄量反射率外观均匀性硅片制绒前后的反射率对比制绒工序检验内容减薄量硅片制绒前后的反射率对比13扩散制结（diffusion）在P型硅衬底扩散N型杂质，在衬底表层形成PN结。一般硅太阳能电池中衬底杂质为硼（B），扩散杂质为磷（P）为什么有一面没有结？扩散制结（diffusion）在P型硅衬底扩散N型杂质，在衬14扩散制结基础（diffusion）制结过程是在一块半导体基体材料上生成导电类型不同的半导体层。制结方法有热扩散，离子注入，外延，激光及高频电注入法等。扩散是物质分子或原子运动引起的一种自然现象，热扩散制p—n结法为用加热方法使V族杂质掺入P型或Ⅲ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，Ⅲ族杂质元素为硼。制结方法为使磷元素在扩散进硼掺杂的半导体，在两种掺杂的半导体交界处形成PN结。P型半导体（P指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴；N型半导体（N指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。扩散制结基础（diffusion）制结过程是在一块半导体基体15PN结（PNjunction）N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区渗透扩散，扩散的结果是N型区域中邻近P型区域一边的薄层内有一部分电子扩散到N型中去了。由于这个薄层失去了一些电子，在N区就形成带正电荷的区域。同样，P型区域中邻近N型区域一边的薄层内有一部分空穴扩散到N型区域一边去了。由于这个薄层失去了一空穴，在P区就形成了带负电荷的区域。这样在N型区和P型区交界面的两侧形成了带正、负电荷的区域，叫做空间电荷区，也叫PN结。PN结（PNjunction）N型P型空间电荷区电子空16太阳能电池扩散方法扩散工艺的掺杂源各不相同，基本的扩散有:固态源：磷纸，硼纸，磷酸二氢铵(结晶状),用于管式扩散。

丝网印刷磷浆料后(链式)扩散液态源：

POCL3，BBr3，用于管式扩散。喷涂磷酸二氢铵水溶液后(链式)扩散。其中POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。因此目前国内使用最多的是POCl3液态源扩散法。太阳能电池扩散方法扩散工艺的掺杂源各不相同，基本的扩散有:17热扩散反应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：POCl3热分解时，如果没有外来的氧（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。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：热扩散反应POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（18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。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，然后磷原子再向硅中进行扩散。生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原19扩散设备及扩散间设备操作扩散设备及扩散间设备操作20扩散管路原理图扩散管路原理图21扩散基本步骤扩散基本步骤22扩散工序检测内容方块电阻（四探针测试仪）少子寿命（semilabWT1000)扩散工序检测内容方块电阻（四探针测试仪）23方块电阻的意义及测量扩散层的薄层电阻也称方块电阻，即表面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，sheetresistance。一般用四探针法测量。Rs=ρ/t(其中ρ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扩散入硅内部的净杂质总量对于太阳能电池扩散工艺，可以认为硅片周围的杂质浓度是恒定的，不随时间而改变，硅片的表面浓度Ns保持不变。杂质在硅中的分布近似为余误差分布。高浓度磷原子分布示意图方块电阻的意义及测量扩散层的薄层电阻也称方块电阻，即表面为正24刻蚀去边或腐蚀去背结扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。去边的方法有干法刻蚀和湿法腐蚀两种刻蚀去边或腐蚀去背结扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散25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腐蚀３０秒钟左右，去除硅片背面结及周边结部分，一般使用的设备为在线式腐蚀设备。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应，使26等离子刻蚀机等离子刻蚀机27去磷硅玻璃硅片在经过等离子体刻蚀后，在前表面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，必须在PECVD镀膜之前去掉。去PSG在HF溶液中进行，反应如下：SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2OP型衬底为什么只有一面消失？去磷硅玻璃硅片在经过等离子体刻蚀后，在前表面尚存在一层磷硅玻28等离子刻蚀基本步骤等离子刻蚀基本步骤29去磷硅玻璃清洗机去磷硅玻璃清洗机30刻蚀+去PSG检测内容边缘P-N型（冷热探针法）外观（目测）刻蚀+去PSG检测内容边缘P-N型（冷热探针法）31PECVD镀膜PECVD：PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition等离子增强化学

气相沉积等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种形态,这种形态就称为等离子态，等离子体从宏观来也是电中性但是在局部可以为非电中性。PECVD镀膜PECVD：PlasmaEnhancedC32PECVD镀膜工艺目的P型衬底氮化硅减反层n+发射极在扩散后的硅片上形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）能够对硅体材料形成很好的钝化作用。阻挡金属离子和水蒸汽的扩散。形成良好的绝缘层。PECVD镀膜工艺目的P型衬底氮化硅减反层在扩散后的硅片上33PECVD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，然后通入适量的反应气体，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。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沉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，能显著降低薄膜沉积的温度范围。反应方程式：PECVD原理PECVD技术原理是利用低温等离子体作能34PECVD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

电子激发反应气体NH3和SiH4产生等离子，沉积在硅片表面。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，等离子产生在反应腔之外，然后由石英管

导入反应腔中。在这种设备里微波只激发NH3，而SiH4直接进

入反应腔。间接PECVD的沉积速率比直接的要高很多，这对大规模生产尤其重要。直接式PECVD间接式PECVDPECVD等离子产生方式：直接式—基片位于一个电极上，直接接35等离子的两种产生方式比较等离子的两种产生方式比较36PECVD设备结构PECVD设备结构37平板式PECVD设备平板式PECVD设备38平板式PECVD工艺过程平板式PECVD工艺过程39管式PECVD镀膜设备管式PECVD镀膜设备40管式PECVD工艺控制过程boatheatingcassetteplasmageneratorCESARloadingmachinegassupplyN2SiH4NH3vacuumpumpscrubberExhaust管式PECVD工艺控制过程boatheatingcasse41晶硅太阳能电池常规工艺简介课件42晶硅太阳能电池常规工艺简介课件43晶硅太阳能电池常规工艺简介课件44晶硅太阳能电池常规工艺简介课件45管式PECVD的基本工艺步骤管式PECVD的基本工艺步骤46PECVD检测内容膜厚、折射率（椭偏仪）反射率（D8反射仪）外观均匀性、颜色（目测）PECVD检测内容膜厚、折射率（椭偏仪）47制备电极制备电极的目的：1、收集电流2、引出电流3、将单体电池焊接成串制备电极制备电极的目的：48制备电极的方法丝网印刷法：在网版上制作特定电极图形，通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，形成电极图形。丝网印刷方法制作电极图形成本低，产量高，是目前规模化生产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表面划出电极槽，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，这种方法制作成本高，但电池效率高，一般用于高效电池的制作。喷墨打印法：使用气体带动金属浆料从特制的喷嘴喷出，沉积到电池表面形成电极，这种方法制备的电极具有较好的高宽比，但目前设备尚不成熟，规模化应用较少。制备电极的方法丝网印刷法：在网版上制作特定电极图形，通过刮刀49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状态，当油墨行至网版未被乳胶膜阻挡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，则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，达到印刷的目的。网

框印刷网

粘着剂刮刀印墨版膜印刷基材丝网印刷的原理印刷基材（硅片）刮刀挤压印刷油墨，并借助刮刀面50丝网印刷流程P型衬底背电极印刷烘干背电场印刷烘干正电极印刷烘干+烧结测试分选丝网印刷流程P型衬底背电极印刷烘干背电场印刷烘干正电极印刷烘51电池的正背面电极图形栅线（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电池的正背面电极图形栅线（银浆）背电场：铝浆背电极：铝浆或银52丝网印刷的设备(Baccini)丝网印刷的设备(Baccini)53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）印刷图形完整性（目测）丝网印刷检测内容副栅线宽度、高度（晶相显微镜）54烧结的目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融合金，形成欧姆接触；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。烧结的目的燃尽金属浆料中的有机成分；55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由能最低位置的过程。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，所以在烧结过程中，粉末系统总的表面自由能必然要降低，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。这是粉末系统在高温下能烧结成密实结构的原因。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由56烧结的设备——烧结炉despatch烧结的设备——烧结炉despatch57烧结炉（centrotherm）烧结炉（centrotherm）58烧结炉内部机构及工艺图烧结炉内部机构及工艺图59测试分选&包装入库测试目的：通过模拟太阳光对太阳能电池进行参数测试和分析，并将电池片按照电性能和外观等要求进行分类，包装入库。标准太阳光功率密度：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℃测试分选&包装入库测试目的：通过模拟太阳光对太阳能电池进行参60电池参数的定义短路电流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

光入射功率的比值电池参数的定义短路电流Isc：电池短路（Uoc=0)时的电流61测试分选设备(台达）测试分选设备(台达）62电池片的包装入库电池片的包装入库63洁净室标准目前世界各国虽有自订规格，但普遍还是采用美国联邦标准209为多，今就209D及209E和世界上其他各国之所订标准再做更进一步之介绍与相互比较。洁净室标准目前世界各国虽有自订规格，但普遍还是采用美国联邦标64晶硅太阳能电池常规工艺简介课件65晶硅太阳能电池常规工艺简介课件66晶硅太阳能电池常规工艺简介课件67美国联邦标准《Fed-Sta-209E》为洁净室洁净等级，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，发挥了巨大的作用，随着科学技术的发展，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洁净室的美国联邦标准《Fed-Sta-209E》，在美国等效使用“ISO14644-1”洁净室等级的国际标准。在以后的文件中，再出现美国联邦标准《Fed-Sta-209E》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“洁净厂房设计规范GB50073-2001”，已经在2002年开始实行，其中，关于洁净室洁净等级，等效采用“ISO14644-1”洁净室等级的国际标准，实现了与国际接轨。美国联邦标准《Fed-Sta-209E》为洁净室洁净等级，一68晶硅太阳能电池常规工艺简介课件69晶硅太阳能电池车间洁净度制绒万级（ISOclass7）扩散前清洗、扩散千级（ISOclass6）刻蚀、去PSG万级（ISOclass7）PECVD、丝网印刷、烧结、测试分选十万级（ISOclass8）车间洁净度测试方法：激光粒子计数仪晶硅太阳能电池车间洁净度制绒万级（ISOclass7）扩散70习题1.制作晶硅太阳能电池的主要步骤有哪些？答：制绒，扩散，刻蚀，去磷硅玻璃，镀膜，印刷电极，烧结，测试。2.液态扩散源三氯氧磷在有氧气的扩散条件下的反应式(不是方程式)答：习题1.制作晶硅太阳能电池的主要步骤有哪些？答：713.简述PECVD的原理的特点，并写出反应式答：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温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，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。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沉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，能显著降低薄膜沉积的温度范围。反应方程式：3.简述PECVD的原理的特点，并写出反应式72单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式晶硅太阳能电池常规工艺简介单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式晶硅太阳能73常规晶硅电池工艺流程常规晶硅电池工艺流程74电池片生产流程——剖面图制绒P型衬底扩散刻蚀+

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型衬底背面银电极正银栅线金属电极印刷背面银电极正银栅线P型衬底铝背接触P型衬底电池片生产流程——剖面图制绒P型衬底扩散刻蚀+去PSGn+75清洗制绒（texture）目的1、清洗表面油污及金属杂质；2、去除表面损伤层；3、形成表面织构化，减少光反射。硅片机械损伤层（4~10微米）硅表面损伤层去除单晶硅绒面减反射示意图清洗制绒（texture）目的1、清洗表面油污及金属杂质；硅76单晶制绒原理：Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2

总反应方程式为：<100>面晶体硅在碱性溶液中由于各向异性腐蚀，形成金字塔结构：单晶制绒原理：Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+77单晶硅槽式制绒设备单晶硅槽式制绒设备78单晶制绒工艺流程图单晶制绒工艺流程图79多晶硅片在HF-HNO3溶液中，由于反应的不均匀形成大小不等的腐蚀坑；反应如下：

Si+2HNO3+6HF=H2[SiF6]+2HNO2+2H2O

3Si+4HNO3+18HF=3H2[SiF6]+4NO+8H2O3Si+2HNO3+18HF=3H2[SiF6]+2NO+4H2O+3H2

5Si+6HNO3+30HF=5H2[SiF6]+2NO2+4NO+10H2O+3H2多晶硅片制绒原理多晶硅片在HF-HNO3溶液中，由于反应的不均匀形成大小不等80多晶硅绒面形貌图多晶硅绒面形貌图81多晶硅制绒工艺流程刻蚀/制绒干燥漂洗碱洗漂洗酸洗漂洗干燥多晶硅制绒工艺流程刻蚀/制绒干燥漂洗碱洗漂洗酸洗漂洗干燥82在线式制绒设备——在线式制（RENA）在线式制绒设备——在线式制（RENA）83在线式制绒内部结构（Schmid）在线式制绒内部结构（Schmid）84制绒工序检验内容减薄量反射率外观均匀性硅片制绒前后的反射率对比制绒工序检验内容减薄量硅片制绒前后的反射率对比85扩散制结（diffusion）在P型硅衬底扩散N型杂质，在衬底表层形成PN结。一般硅太阳能电池中衬底杂质为硼（B），扩散杂质为磷（P）为什么有一面没有结？扩散制结（diffusion）在P型硅衬底扩散N型杂质，在衬86扩散制结基础（diffusion）制结过程是在一块半导体基体材料上生成导电类型不同的半导体层。制结方法有热扩散，离子注入，外延，激光及高频电注入法等。扩散是物质分子或原子运动引起的一种自然现象，热扩散制p—n结法为用加热方法使V族杂质掺入P型或Ⅲ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，Ⅲ族杂质元素为硼。制结方法为使磷元素在扩散进硼掺杂的半导体，在两种掺杂的半导体交界处形成PN结。P型半导体（P指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴；N型半导体（N指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。扩散制结基础（diffusion）制结过程是在一块半导体基体87PN结（PNjunction）N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区渗透扩散，扩散的结果是N型区域中邻近P型区域一边的薄层内有一部分电子扩散到N型中去了。由于这个薄层失去了一些电子，在N区就形成带正电荷的区域。同样，P型区域中邻近N型区域一边的薄层内有一部分空穴扩散到N型区域一边去了。由于这个薄层失去了一空穴，在P区就形成了带负电荷的区域。这样在N型区和P型区交界面的两侧形成了带正、负电荷的区域，叫做空间电荷区，也叫PN结。PN结（PNjunction）N型P型空间电荷区电子空88太阳能电池扩散方法扩散工艺的掺杂源各不相同，基本的扩散有:固态源：磷纸，硼纸，磷酸二氢铵(结晶状),用于管式扩散。

丝网印刷磷浆料后(链式)扩散液态源：

POCL3，BBr3，用于管式扩散。喷涂磷酸二氢铵水溶液后(链式)扩散。其中POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。因此目前国内使用最多的是POCl3液态源扩散法。太阳能电池扩散方法扩散工艺的掺杂源各不相同，基本的扩散有:89热扩散反应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：POCl3热分解时，如果没有外来的氧（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。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：热扩散反应POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（90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。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，然后磷原子再向硅中进行扩散。生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原91扩散设备及扩散间设备操作扩散设备及扩散间设备操作92扩散管路原理图扩散管路原理图93扩散基本步骤扩散基本步骤94扩散工序检测内容方块电阻（四探针测试仪）少子寿命（semilabWT1000)扩散工序检测内容方块电阻（四探针测试仪）95方块电阻的意义及测量扩散层的薄层电阻也称方块电阻，即表面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，sheetresistance。一般用四探针法测量。Rs=ρ/t(其中ρ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扩散入硅内部的净杂质总量对于太阳能电池扩散工艺，可以认为硅片周围的杂质浓度是恒定的，不随时间而改变，硅片的表面浓度Ns保持不变。杂质在硅中的分布近似为余误差分布。高浓度磷原子分布示意图方块电阻的意义及测量扩散层的薄层电阻也称方块电阻，即表面为正96刻蚀去边或腐蚀去背结扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。去边的方法有干法刻蚀和湿法腐蚀两种刻蚀去边或腐蚀去背结扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散97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腐蚀３０秒钟左右，去除硅片背面结及周边结部分，一般使用的设备为在线式腐蚀设备。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应，使98等离子刻蚀机等离子刻蚀机99去磷硅玻璃硅片在经过等离子体刻蚀后，在前表面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，必须在PECVD镀膜之前去掉。去PSG在HF溶液中进行，反应如下：SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2OP型衬底为什么只有一面消失？去磷硅玻璃硅片在经过等离子体刻蚀后，在前表面尚存在一层磷硅玻100等离子刻蚀基本步骤等离子刻蚀基本步骤101去磷硅玻璃清洗机去磷硅玻璃清洗机102刻蚀+去PSG检测内容边缘P-N型（冷热探针法）外观（目测）刻蚀+去PSG检测内容边缘P-N型（冷热探针法）103PECVD镀膜PECVD：PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition等离子增强化学

气相沉积等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种形态,这种形态就称为等离子态，等离子体从宏观来也是电中性但是在局部可以为非电中性。PECVD镀膜PECVD：PlasmaEnhancedC104PECVD镀膜工艺目的P型衬底氮化硅减反层n+发射极在扩散后的硅片上形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）能够对硅体材料形成很好的钝化作用。阻挡金属离子和水蒸汽的扩散。形成良好的绝缘层。PECVD镀膜工艺目的P型衬底氮化硅减反层在扩散后的硅片上105PECVD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，然后通入适量的反应气体，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。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沉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，能显著降低薄膜沉积的温度范围。反应方程式：PECVD原理PECVD技术原理是利用低温等离子体作能106PECVD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

电子激发反应气体NH3和SiH4产生等离子，沉积在硅片表面。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，等离子产生在反应腔之外，然后由石英管

导入反应腔中。在这种设备里微波只激发NH3，而SiH4直接进

入反应腔。间接PECVD的沉积速率比直接的要高很多，这对大规模生产尤其重要。直接式PECVD间接式PECVDPECVD等离子产生方式：直接式—基片位于一个电极上，直接接107等离子的两种产生方式比较等离子的两种产生方式比较108PECVD设备结构PECVD设备结构109平板式PECVD设备平板式PECVD设备110平板式PECVD工艺过程平板式PECVD工艺过程111管式PECVD镀膜设备管式PECVD镀膜设备112管式PECVD工艺控制过程boatheatingcassetteplasmageneratorCESARloadingmachinegassupplyN2SiH4NH3vacuumpumpscrubberExhaust管式PECVD工艺控制过程boatheatingcasse113晶硅太阳能电池常规工艺简介课件114晶硅太阳能电池常规工艺简介课件115晶硅太阳能电池常规工艺简介课件116晶硅太阳能电池常规工艺简介课件117管式PECVD的基本工艺步骤管式PECVD的基本工艺步骤118PECVD检测内容膜厚、折射率（椭偏仪）反射率（D8反射仪）外观均匀性、颜色（目测）PECVD检测内容膜厚、折射率（椭偏仪）119制备电极制备电极的目的：1、收集电流2、引出电流3、将单体电池焊接成串制备电极制备电极的目的：120制备电极的方法丝网印刷法：在网版上制作特定电极图形，通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，形成电极图形。丝网印刷方法制作电极图形成本低，产量高，是目前规模化生产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表面划出电极槽，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，这种方法制作成本高，但电池效率高，一般用于高效电池的制作。喷墨打印法：使用气体带动金属浆料从特制的喷嘴喷出，沉积到电池表面形成电极，这种方法制备的电极具有较好的高宽比，但目前设备尚不成熟，规模化应用较少。制备电极的方法丝网印刷法：在网版上制作特定电极图形，通过刮刀121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状态，当油墨行至网版未被乳胶膜阻挡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，则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，达到印刷的目的。网

框印刷网

粘着剂刮刀印墨版膜印刷基材丝网印刷的原理印刷基材（硅片）刮刀挤压印刷油墨，并借助刮刀面122丝网印刷流程P型衬底背电极印刷烘干背电场印刷烘干正电极印刷烘干+烧结测试分选丝网印刷流程P型衬底背电极印刷烘干背电场印刷烘干正电极印刷烘123电池的正背面电极图形栅线（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电池的正背面电极图形栅线（银浆）背电场：铝浆背电极：铝浆或银124丝网印刷的设备(Baccini)丝网印刷的设备(Baccini)125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）印刷图形完整性（目测）丝网印刷检测内容副栅线宽度、高度（晶相显微镜）126烧结的目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融合金，形成欧姆接触；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。烧结的目的燃尽金属浆料中的有机成分；127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由能最低位置的过程。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，所以在烧结过程中，粉末系统总的表面自由能必然要降低，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。这是粉末系统在高温下能烧结成密实结构的原因。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由128烧结的设备——烧结炉despatch烧结的设备——烧结炉despatch129烧结炉（centrotherm）