晶硅太阳能电池工艺简介

晶硅太阳能电池常规工艺简介北京七星华创电子股份有限公司微电子设备分公司常规晶硅电池工艺流程电池片生产流程——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绒面形貌图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在线式式制绒绒设备备——在线式式制（（RENA）在线式式制绒绒内部部结构构（Schmid）制绒工工序检检验内内容减薄量量反射率率外观均均匀性性硅片制制绒前前后的的反射射率对对比扩散制制结（（diffusion）在P型硅衬衬底扩扩散N型杂质质，在在衬底底表层层形成成PN结。一般硅硅太阳阳能电电池中中衬底底杂质质为硼硼（B），扩扩散杂杂质为为磷（（P）为什么么有一一面没没有结结？扩散制制结基基础（（diffusion）制结过过程是是在一一块半导体体基体材材料上上生成成导电电类型型不同同的半导体体层。制结方方法有有热扩扩散，，离子子注入入，外外延，，激光光及高高频电电注入入法等等。扩散是是物质质分子子或原原子运运动引引起的的一种种自然然现象象，热热扩散散制p—n结法为为用加加热方方法使使V族杂质质掺入入P型或ⅢⅢ族杂杂质掺掺入N型硅而制成成。硅太太阳电电池中中最常常用的的V族杂质质元素素为磷磷，ⅢⅢ族杂杂质元元素为为硼。。制结方方法为为使磷磷元素素在扩扩散进进硼掺掺杂的的半导导体，，在两两种掺掺杂的的半导导体交交界处处形成成PN结。P型半导导体（（P指positive，带正正电的的）：：由单单晶硅硅通过过特殊殊工艺艺掺入入少量量的三三价元元素组组成，，会在在半导导体内内部形形成带带正电电的空穴；N型半导导体（（N指negative，带负负电的的）：：由单单晶硅硅通过过特殊殊工艺艺掺入入少量量的五五价元元素组组成，，会在在半导导体内内部形形成带带负电电的自自由电电子。。PN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型半导导体的的交界界面处处存在在有电电子和和空穴穴浓度度梯度度，N区中的的电子子就向向P区渗透透扩散散，扩扩散的的结果果是N型区域域中邻邻近P型区域域一边边的薄薄层内内有一一部分分电子子扩散散到N型中去去了。。由于于这个个薄层层失去去了一一些电电子，，在N区就形形成带带正电电荷的的区域域。同同样，，P型区域域中邻邻近N型区域域一边边的薄薄层内内有一一部分分空穴穴扩散散到N型区域域一边边去了了。由由于这这个薄薄层失失去了了一空空穴，，在P区就形形成了了带负负电荷荷的区区域。。这样样在N型区和和P型区交交界面面的两两侧形形成了了带正正、负负电荷荷的区区域，，叫做做空间间电荷荷区，，也叫叫PN结。太阳能能电池池扩散散方法法扩散工工艺的的掺杂杂源各各不相相同，，基本本的扩扩散有有:固态源源：磷纸，，硼纸纸，磷磷酸二二氢铵铵(结晶状状),用于管管式扩扩散。。丝网印印刷磷磷浆料料后(链式)扩散液态源源：POCL3，BBr3，用于于管式式扩散散。喷涂磷磷酸二二氢铵铵水溶溶液后后(链式)扩散。。其中POCl3液态源源扩散散方法法具有有生产产效率率较高高，得得到PN结均匀匀、平平整和和扩散散层表表面良良好等等优点点，这这对于于制作作具有有大面面积结结的太太阳电电池是是非常常重要要的。。因此此目前前国内内使用用最多多的是是POCl3液态源源扩散散法。。热扩散散反应应POCl3在高温温下（（>600℃℃）分解解生成成五氯氯化磷磷（PCl5）和五五氧化化二磷磷（P2O5），其其反应应式如下下：生成的的P2O5在扩散散温度度下与与硅反反应，，生成成二氧氧化硅硅（SiO2）和磷磷原子子，其其反应应式如如下：：POCl3热分解解时，，如果果没有有外来来的氧氧（O2）参与与其分分解是是不充分分的，生生成的的PCl5是不易易分解的的，并并且对对硅有有腐蚀蚀作用用，破破坏硅硅片的的表面面状态态。在有外来来O2存在的的情况况下，，PCl5会进一一步分分解成成P2O5并放出出氯气气（Cl2）其反反应式式如下：生成的P2O5又进一一步与与硅作作用，，生成成SiO2和磷原原子，，由此可可见在在磷扩扩散时时，为了促促使POCl3充分的的分解解和避避免PCl5对硅片片表面面的腐腐蚀作作用，，必须须在通通氮气气的同同时通通入一定定流量的的氧气气。。在有氧气气的存存在时时，POCl3热分解解的反反应式式为：：POCl3分解产产生的的P2O5淀积在在硅片片表面面，P2O5与硅反反应生生成SiO2和磷原子并并在硅硅片表表面形形成一一层磷磷-硅玻璃璃，然然后磷磷原子子再向向硅中中进行行扩散散。。扩散设设备及及扩散散间设设备操操作扩散管管路原原理图图扩散基基本步步骤扩散工工序检检测内内容方块电电阻（（四探探针测测试仪仪）少子寿寿命（（semilabWT1000)方块电电阻的的意义义及测测量扩散层层的薄薄层电电阻也也称方方块电电阻，，即表表面为为正方方形的的半导导体薄薄层在在电流流方向向（电电流方方向平平行于于正方方形的的边））所呈呈现的的电阻阻。用用Rs和R□表示，，sheetresistance。一般般用四四探针针法测测量。。Rs=ρ/t(其中ρ为块材材的电电阻率率,t为块材材厚度度）方方块电电阻的的大小直直接反反映了了扩散散入硅硅内部部的净净杂质质总量量对于太太阳能能电池池扩散散工艺艺，可可以认认为硅硅片周周围的的杂质质浓度度是恒恒定的的，不不随时时间而而改变变，硅硅片的的表面面浓度度Ns保持不不变。。杂质质在硅硅中的的分布布近似似为余误差差分布布。高浓度度磷原原子分分布示示意图图刻蚀去去边或或腐蚀蚀去背背结扩散过过程中中，在在硅片片的周周边表表面也也形成成了扩扩散层层。周周边扩扩散层层使电电池的的上下下电极极形成成短路路环，，必须须将它它除去去。周周边上上存在在任何何微小小的局局部短短路都都会使使电池池并联联电阻阻下降降，以以至成成为废废品。。去边的的方法法有干法刻刻蚀和和湿法法腐蚀两种刻蚀原原理干法刻刻蚀原原理：：等离离子体体刻蚀蚀是采用高频频辉光放电电反应，使使反应气体体激活成活活性粒子，，如原子或或游离基，，这些活性性粒子扩散散到需刻蚀蚀的部位，，在那里与与被刻蚀材材料进行反反应，形成成挥发性生生成物而被被去除。它它的优势在于快快速的刻蚀蚀速率同时时可获得良良好的物理理形貌。湿法腐蚀原原理：在硝酸、氢氢氟酸、硫酸组成的腐蚀蚀液中腐蚀蚀３０秒钟钟左右，去除硅片片背面结及及周边结部部分，一般般使用的设设备为在线线式腐蚀设设备。等离子刻蚀蚀机去磷硅玻璃璃硅片在经过过等离子体体刻蚀后，，在前表面面尚存在一一层磷硅玻璃璃层（PSG层，含磷的二氧化化硅），PSG层具有亲水水性，易潮潮解，必须须在PECVD镀膜之前去去掉。去PSG在HF溶液中进行行，反应如如下：SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2OP型衬底为什么只有有一面消失失？等离子刻蚀蚀基本步骤骤去磷硅玻璃璃清洗机刻蚀+去PSG检测内容边缘P-N型（冷热探探针法）外观（（目测测）PECVD镀膜PECVD：PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition等离子增强强化学气相沉积等离子体：：气体在一一定条件下下受到高能能激发，发发生电离，，部分外层层电子脱离离原子核，，形成电子子、正离子子和中性粒粒子混合组组成的一种种形态,这种形态就就称为等离离子态，等等离子体从从宏观来也也是电中性性但是在局局部可以为为非电中性性。PECVD镀膜工艺目的P型衬底氮化硅减反反层n+发射极在扩散后的的硅片上形形成一层致致密的氮化化硅（SiNx）层，进一一步降低反反射率。富H的氮化硅在在经过一定定的高温后后（烧结过过程）能够够对硅体材材料形成很很好的钝化化作用。阻挡金属离离子和水蒸蒸汽的扩散散。形成良好的的绝缘层。。PECVD原理PECVD技术原理是是利用低温温等离子体体作能量源源，样品置置于低气压压下辉光放放电的阴极极上，利用用辉光放电电使样品升升温到预定定的温度，，然后通入入适量的反反应气体，，气体经一一系列化学学反应和等等离子体反反应，在样样品表面形形成固态薄薄膜。PECVD方法的特点点是等离子子体中含有有大量高能能量的电子子，它们可可以提供化化学气相沉沉积过程所所需的激活活能。电子子与气相分分子的碰撞撞可以促进进气体分子子的分解、、化合、激激发和电离离过程，生生成活性很很高的各种种化学基团团，能显著著降低薄膜膜沉积的温温度范围。。反应方程式式：PECVD等离子产生生方式：直接式—基片位于一一个电极上上，直接接接触等离子子体（低频频放电10-500kHz或高频13、56MHz),在射频激发发的等离子子的腔体内内，高速运运动的电子激发反反应气体NH3和SiH4产生等离子子，沉积在在硅片表面面。间接式—基片不接触触激发电极极（如2、45GHz微波激发等等离子),在微波激发等离子的的设备里，，等离子产产生在反应应腔之外，，然后由石石英管导入反应腔腔中。在这这种设备里里微波只激激发NH3，而SiH4直接进入反应腔。。间接PECVD的沉积速率率比直接的的要高很多多，这对大大规模生产产尤其重要要。直接式PECVD间接式PECVD等离子的两两种产生方方式比较PECVD设备结构平板式PECVD设备平板式PECVD工艺过程管式PECVD镀膜设备管式PECVD工艺控制过过程boatheatingcassetteplasmageneratorCESARloadingmachinegassupplyN2SiH4NH3vacuumpumpscrubberExhaust管式PECVD的基本工工艺步骤骤PECVD检测内容容膜厚、折折射率（（椭偏仪仪）反射率（（D8反射仪））外观均匀匀性、颜颜色（目目测）制备电极极制备电极极的目的的：1、收集电电流2、引出电电流3、将单体体电池焊焊接成串串制备电极极的方法法丝网印刷刷法：在网版上上制作特特定电极极图形，，通过刮刮刀的运运动将网网版上的的金属浆浆料挤出出网版，，落在网网版下面面的硅片片上，形形成电极极图形。。丝网印印刷方法法制作电电极图形形成本低低，产量量高，是是目前规规模化生生产中普普遍采用用的一种种制备电电极的方方法。刻槽埋栅栅法：用激光或或者机械械的方法法在电池池表面划划出电极极槽，在在电极槽槽内重掺掺之后将将不同的的金属按按照不同同的顺序序叫住的的电极槽槽内，这这种方法法制作成成本高，，但电池池效率高高，一般般用于高高效电池池的制作作。喷墨打印印法：使用气体体带动金金属浆料料从特制制的喷嘴嘴喷出，，沉积到到电池表表面形成成电极，，这种方方法制备备的电极极具有较较好的高高宽比，，但目前前设备尚尚不成熟熟，规模模化应用用较少。。丝网印刷刷的原理理印刷基材材（硅片片）刮刀挤压压印刷油油墨，并并借助刮刮刀面和和网版网网结的阻阻拦，使使印刷油油墨呈现现出逆向向滚动状状态，当当油墨行行至网版版未被乳乳胶膜阻阻挡的电电极图形形区时即即向下穿穿透网孔孔接触印印刷基材材(硅片)，刮刀继继续往前前推移是是，则因因网版张张力及离离版间距距，使油油墨脱离离网版，，附着于于印刷基基材上，，达到印印刷的目目的。网框印刷网粘着剂刮刀印墨版膜印刷基材丝网印刷刷流程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+烧结测试分选电池的正正背面电电极图形形栅线（银浆）背电场：铝浆背电极：铝浆或银铝浆电池片正正面电池片反反面丝网印刷刷的设备备(Baccini)丝网印刷刷检测内内容副栅线宽宽度、高高度（晶晶相显微微镜）印刷湿重重（电子子天平））印刷图形形完整性性（目测测）烧结的目目的燃尽金属属浆料中中的有机机成分；；烧穿绝缘缘的氮化化硅膜，，使浆料料中的金金属和硅硅熔融合合金，形形成欧姆姆接触；；对经过等等离子轰轰击的硅硅片退火火，激活活掺杂的的原子，，消除晶晶格损伤伤；激活氮化化硅膜()中的氢离离子，使使之钝化化硅片内内部晶格格缺陷。。烧结的原原理烧结可看看作是原原子从系系统中不不稳定的的高能位位置迁移移至自由由能最低低位置的的过程。。浆料中中的固体体颗粒系系统是高高度分散散的粉末末系统，，具有很很高的表表面自由由能。因因为系统统总是力力求达到到最低的的表面自自由能状状态，所所以在烧烧结过程程中，粉粉末系统统总的表表面自由由能必然然要降低低，这就就是烧结结的动力力学原理理。固体颗粒粒具有很很大的比比表面积积，具有有极不规规则的复复杂表面面状态以以及在颗颗粒的制制造、、细化处处理等加加工过程程中，受受到的机机械、化化学、热热作用所所造成的的严重结结晶缺陷陷等，系系统具有有很高自自由能.烧结时，，颗粒由由接触到到结合，，自由表表面的收收缩、空空隙的排排除、晶晶体缺陷陷的消除除等都会会使系统统的自由由能降低低，系统统转变为为热力学学中更稳稳定的状状态。这这是粉末末系统在在高温下下能烧结结成密实实结构的的原因。。烧结的设设备——烧结炉despatch烧结炉（（centrotherm）烧结炉内内部机构构及工艺艺图测试分选选&包装入库库测试目的的：通过过模拟太太阳光对对太阳能能电池进进行参数数测试和和分析，，并将电电池片按按照电性性能和外外观等要要求进行行分类，，包装入入库。标准太阳阳光功率率密度：：1kW/m2=100mW/m2，以此作作为测试试仪器的的入射光光的功率率密度即即：Pin=1kW/m2=100mW/m2测试环境境温度：：25℃℃电池参数数的定义义短路电流流Isc：电池短路路（Uoc=0)时的电流流，即最最大电流流；开路电压压Uoc：电池开路路（Isc=0）时的电电压，即即最大电电压;最大功率率Pmax:电池在光光照下输输出的最最大功率率值；填充因子子FF：最大功率率/(最大电压压*最大电流流)=Pmax/(Isc*Uoc)转换效率率：电池输出出功率与与太阳光入射功功率的比比值测试分选选设备(台达）电池片的的包装入入库洁净室标标准目前世界界各国虽虽有自订订规格，，但普遍遍还是采采用美国国联邦标标准209为多，今今就209D及209E和世界上上其他各各国之所所订标准准再做更更进一步步之介绍绍与相互互比较。。美国联邦邦标准《Fed-Sta-209E》为洁净室室洁净等等级，一一个历史史阶段以以来，为为世界各各国所采采用，在在规范设设计行为为方面，，发挥了了巨大的的作用，，随着科科学技术术的发展展，它完完成了其其历史使使命。美美国环境境科学委委员会，，于2001年11月24日正式宣宣布，由由即日起起取消并并废除洁洁净室的的美国联联邦标准准《Fed-Sta-209E》，在美国国等效使使用“ISO14644-1”洁净室等等级的国国际标准准。在以以后的文文件中，，再出现现美国联联邦标准准《Fed-Sta-209E》的等级内内容的字字样，该该文件可可视之无无效文件件，或劣劣质文件件或不合合格文件件。我我国修订订后的““洁净厂厂房设计计规范GB50073-2001””，已经在在2002年开始实实行，其其中，关关于洁净净室洁净净等级，，等效采采用“ISO14644-1”洁净室等等级的国国际标准准，实现现了与国国际接轨轨。晶硅太阳阳能电池池车间洁洁净度制绒万级（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）车间洁净净度测试试方法：：激光粒粒子计数数仪习题1.制作晶硅硅太阳能能电池的的主要步步骤有有哪些？？答：制绒，扩扩散，刻蚀，，去磷硅玻璃璃，镀膜，印印刷电极，烧烧结，测试。。2.液态扩散源三三氯氧磷在有有氧气的扩散散条件下的反反应式(不是方程式)答：3.简述PECVD的原理的特点点，并写出反反应式答：PECVD技术原理是利利用低温等离离子体作能量量源，样品置置于低气压下下辉光放电的的阴极上，利利用辉光放电电使样品升温温到预定的温温度，然后通通入适量的反反应气体，气气体经一系列列化学反应和和等离子体反反应，在样品品表面形成固固态薄膜。PECVD方法的特点点是等离子子体中含有有大量高能能量的电子子，它们可可以提供化化学气相沉沉积过程所所需的激活活能。电子子与气相分分子的碰撞撞可以促进进气体分子子的分解、、化合、激激发和电离离过程，生生成活性很很高的各种种化学基团团，能显著著降低薄膜膜沉积的温温度范围。。反应方程程式：4.简述丝网印印刷的制作作流程（顺顺序）答：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5.晶硅太阳能能电池车间间洁净度答：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）9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。21:17:5921:17:5921:1712/28/20229:17:59PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2221:17:5921:17Dec-2228-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。21:17:5921:17:5921:17Wednesday,December28,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2221:17:5921:17:59December28,202214、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。28十十二二月20229:17:59下下午21:17:5912月月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月229:17下下午午12月月-2221:17December28,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/2821:17:5921:17:5928December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。9:17:59下午9:17下下午21:17:5912月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。21:17:5921:17:5921:1712/28/20229:17:59PM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2221:17:5921:17Dec-2228-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。21:17:5921:17:5921:17Wednesday,December28,202213、不知香香积寺，，数里入入云峰。。。12月-2212月-2221:17:5921:17:59December28,202214、意意志志坚坚强强的的人人能能把把世世界界放放在在手