太阳能电池制造知识培训.ppt
晶硅太阳能电池制造,湖南神州光电能源有限公司,2010.3.1生产技术部,太阳能电池,1.太阳电池(Solar Cell)可將光能直接转换为直流电能，但不储存能量。2.无需燃料、无废弃物与污染、无转动组件与噪音。3.太阳电池寿命长久，可达二十年以上。4.外型尺寸可随意变化，应用广泛(小至消費性产品-如计算机，大至发电厂)。5.发电量大小随光照強度而变。6.可与建筑物结合(BIPV)。,Solarpark Beneixama 20 MWp,Spain,2010.3.1生产技术部,2010.3.1生产技术部,Confidential,太阳能电池的原理,2010.3.1生产技术部,太阳能电池工艺工序,前端来料,清洗制绒,扩散,后清洗,PECVD,丝网印刷,烧结,测试分档,分选,包装,2010.3.1生产技术部,电池工序,2010.3.1生产技术部,硅的各向异性腐蚀，在不同的晶向上的腐蚀速度不一致，在100面上的腐蚀速率与111面上的腐蚀速率R111的比值 R100：R111在一定的弱碱溶液中可以达到500,单晶硅制绒化学方程式,单晶制绒目的：去除硅片表面的机械损伤层，清除表面油污和金属杂质，在硅片表面长出类似“金字塔”的绒面，增加硅片对太阳光的吸收,1.制绒,2010.3.1生产技术部,影响硅片转换效率的金属铁Fe、钠Na、锰Mn、锑Ti、金、银、钨,多晶硅制绒化学方程式 4HNO3+6HF+Si=H2SiF6+4NO2+4H2O,NaoH作用：去除硅片表面的多孔硅(黑色或红色)。,多晶制绒目的：去除硅片表面损伤层。去除表面金属杂质在表面形成凹状绒面，增加对太阳光的吸收。,2010.3.1生产技术部,太阳电池制造过程-化学清洗,HCL去除硅片表面的金属离子HF去除硅片表面硅酸钠,P型半导体硅,2010.3.1生产技术部,制绒,单晶硅(碱刻蚀)多晶硅(酸刻蚀),2010.3.1生产技术部,关键因素的分析 NaOH的影响,0.5%,1.5%,5.5%,2010.3.1生产技术部,关键因素的分析 温度的影响,80,85,90,2010.3.1生产技术部,关键因素的分析 IPA浓度的影响,0,5,10,2010.3.1生产技术部,杂质原子,硅原子,a,硅原子,填隙原子,替位式（、）,填隙式,P:1.3*1021cm-3,2.扩散,2010.3.1生产技术部,P,B,2010.3.1生产技术部,扩散间,取片,拿石英舟,上桨,装片,进炉,设置参数,测片,取片,流入下道工序传递箱,2010.3.1生产技术部,扩散装置示意图,2010.3.1生产技术部,四探针测量方块电阻,扩散原理化学方程式:,懂得石英管、SIC桨及其它石英器件的拆卸、清洗和安装。,懂得石英管清洗机的使用及相应清洗液的配备。,懂得在手动及自动状态下对扩散舟及扩散管进行TCA和饱和。,懂得装片、卸片的正确方法，并确保扩散舟及钝化舟的正确使用。,懂得四探针测试仪的正确使用及方块电阻的正确测量。,懂得生产过程中方块电阻的正确控制，确保方块电阻处于要求范围。,扩散操作重点,扩散原理及检测,2010.3.1生产技术部,太阳电池制造过程-扩散,在P型半导体表面掺杂五价磷原子在硅片表面形成PN结,外层：磷硅玻璃,中间：N型半导体硅,P型半导体硅,P型硅,2010.3.1生产技术部,电池制造部刻蚀间,夹片,取片,去PSG,刻蚀,上料,整理,插片,取片,甩干,检测,运行,2010.3.1生产技术部,太阳电池制造过程-等离子体刻蚀,刻蚀目的：去除边缘PN结，防止上下短路,P型半导体硅,P型硅,N型硅,磷硅玻璃(PSG),3 等离子体刻蚀检验,检验操作及判断：确认万用表工作正常，量程置于200mV。冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相连。如果经过检验，任何一个边沿没有刻蚀合格，则这一批硅片需要重新 装片，进行刻蚀。,检验方法：,冷热探针法,刻蚀机原理化学方程式,去PSG原理化学方程式,O2是作用：加快CF4与硅片边缘PN结的反应速率,2010.3.1生产技术部,4.太阳电池制造过程-去磷硅玻璃,用HF酸把表面的磷硅玻璃去除,P型半导体硅,P型硅,N型硅,磷硅玻璃,2010.3.1生产技术部,什么是磷硅玻璃？,在扩散过程中发生如下反应：POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与Si反应生成SiO2和磷原子。这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。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。在半导体生产的清洗和腐蚀工艺中，主要就利用氢氟酸的这一特性来除去硅片表面的二氧化硅层。,2010.3.1生产技术部,PECVD,插片,放入洁净柜,检查,推入上料区,取料,卸片,运行程序,送入下道工序,填写表单,2010.3.1生产技术部,5.太阳电池制造过程-PECVD,在硅片表面镀上一层深蓝色的氮化硅膜可以充分吸收太阳光，降低反射在硅片表面有氢钝化的作用,氮化硅膜,P型半导体硅,P型硅,N型硅,2010.3.1生产技术部,PECVD：Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition 等离子增强化学气相沉积,在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN膜。其还具有卓越的抗氧 化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽 扩散的能力；它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢 腐蚀外，其它酸与它基本不起作用。,除SiN膜外，TiO2，SiO2也可作为减反膜,2010.3.1生产技术部,PECVD沉积SiN 利用硅烷（SiH4）与氨气（NH3）在等离子体中反应。SiH4+NH3 SiNH+3H22SiH4+N2 2SiNH+3H2,太阳电池制造过程-PECVD,2010.3.1生产技术部,6.太阳电池制造过程-正面电极印刷,正面电极有主栅线和副栅线组成在太阳电池正面丝网印刷银浆，形成负电极作用：收集电流,主栅线,副栅线,副栅线,主栅线,2010.3.1生产技术部,背电场印刷,通过烧结穿透背面PN结，和P型硅形成良好的欧姆接触。使用的浆料是铝浆作用：收集载流子,背电场,2010.3.1生产技术部,丝网印刷各阶段硅片图形,印刷背电极后的硅片,印刷背电场后的硅片,印刷正电极后的硅片,2010.3.1生产技术部,丝网印刷基本原理是：利用丝网图形部分网孔透浆料，非图文部分网孔不透浆料的基本原理进行印刷。印刷时在丝网一端倒入浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮板从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的黏性作用而使印迹固着在一定范围之内，印刷过程中刮板始终与丝网印版和承印物呈线接触，接触线随刮刀移动而移动，由于丝网与承印物之间保持一定的间隙，使得印刷时的丝网通过自身的张力而产生对刮板的反作用力，这个反作用力称为回弹力。由于回弹力的作用，使丝网与基片只呈移动式线接触，而丝网其它部分与承印物为脱离状态，保证了印刷尺寸精度和避免蹭脏承印物。当刮板刮过整个印刷区域后抬起，同时丝网也脱离基片，工作台返回到上料位置，至此为一个印刷行程。,2010.3.1生产技术部,丝网印刷示意图,丝网印刷由五大要素构成，即丝网、刮刀、浆料、工作台以及基片,2010.3.1生产技术部,烧结,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。,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。相对于铝浆烧结，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。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,2010.3.1生产技术部,温度可根据实际情况作出10的调整，一般很少做大幅度的变动 当工艺初始化、更换浆料型号、特殊规格的硅材料，可考虑采用差异 较大的烧结温度进行烧结,烧结,2010.3.1生产技术部,7 分类检测,1测试系统构成 本系统由闪光灯、太阳能脉冲仿真器、可编程负载模拟装置、温度检测装置、光强测量电池、测试架和分检系统。示意图如下（不包括分检系统）。,2010.3.1生产技术部,太阳电池的I-V特性曲线,T 测试温度 E 测试光强 Pmpp 最大输出功率Umpp 最大输出电压 Impp 最大输出电流 Uoc 开路电压Isc 短路电流FF 填充因子 Rs 串联电阻Rsh 漏电电阻 Eff 电池效率Irev 暗电流,测试主要参数,2010.3.1生产技术部,F.F.(Fill Factor)=(Vmp x Imp/Voc x Isc)x 100%(Efficiency)=(Vmp x Imp/Pin)x 100%Pin=Iradiance(W/m2 or mW/cm2)x Area of solar cell(m2 or cm2)Rs:Series resistance measured around Voc(mOhm)Rsh:Shunt resistance measured around Isc(Ohm),I-V Characteristics of Solar Cells,2010.3.1生产技术部,谢谢,2010.3.1生产技术部,
