1、太阳能光伏电池太阳能光伏电池基础知识基础知识1.太阳能光伏电池的分类太阳能光伏电池的分类2.晶体硅太阳能电池的制作过程晶体硅太阳能电池的制作过程 3.太阳能电池的应用太阳能电池的应用 4.晶体硅太阳能电池片的要求及工艺晶体硅太阳能电池片的要求及工艺 5.腐蚀和表面结构腐蚀和表面结构6.晶体硅太阳能电池生产工艺晶体硅太阳能电池生产工艺 7.晶体硅电池表面去晶体硅电池表面去PSG工艺工艺 一、太阳能光伏电池的分类一、太阳能光伏电池的分类v1、目前世界大规模生产的太阳能电池分为两大类，一类是晶体硅电池，目前市场占95%份额，其中多晶硅52%左右，单晶硅38%左右，带硅片硅电池3%，另一类是薄膜太阳能
2、电池。在目前硅原料紧张的情况下各种薄膜太阳能电池将会有很大的发展空间。到2010年将占光伏市场10%20%左右。v2、目前公司生产的单多晶制绒硅片清洗、刻蚀、扩散炉、丝网印刷等设备均属于晶体硅太阳能电池的生产，而非晶硅链式清洗设备、光刻前清洗设备、磨边后清洗设备等均属于薄膜太阳能电池。一、太阳能光伏电池的分类一、太阳能光伏电池的分类v3、太阳能电池发电原理：、太阳能电池发电原理：太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅、多晶硅原理基本、非晶硅，砷化稼，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂可得N型硅，
3、形成P-N结当光线照射太阳能电池表明时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。二、晶体硅太阳能电池的制作过程二、晶体硅太阳能电池的制作过程 “硅硅”是我们这个星球上储量最丰富的材料之一。自从是我们这个星球上储量最丰富的材料之一。自从19世纪科世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。人类的思维。20世纪末，我们的生
4、活中处处可见世纪末，我们的生活中处处可见“硅硅”的身影和的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。生产过年来形成产业化最快的。生产过程大致可分为五个步骤：程大致可分为五个步骤：三、太阳能电池的应用三、太阳能电池的应用 v上世纪60年代，科学家们就已经将太阳能电池应用于空间技术通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水
5、淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然村落供电系统纳入发展方向。太阳能电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。四、晶体硅太阳能电池片的要求及工艺四、晶体硅太阳能电池片的要求及工艺 v晶体硅包括单晶硅和多晶硅，多晶硅的制备方法大致是先用碳还原SiO2成为Si,用HCL反应再提纯获得更高纯度多晶硅，单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定型硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。硅的单晶体具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导体材料。纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上。用
6、于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。v 熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核成长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。(next)四、晶体硅太阳能电池片的要求及工艺四、晶体硅太阳能电池片的要求及工艺v单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的A族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体；如掺入微量的VA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体。v工业上生产太阳电池流程可以简化成：制备硅片扩散制结沉
7、积减反射膜和钝化膜制成电池封装五、五、腐蚀和表面结构腐蚀和表面结构v 1、表面腐蚀切割后的硅片表面有一层1020m厚的切割损坏层，在电池制备前必须去除，常用的腐蚀剂为加热到8090的20%30%的NaOH或KOH溶液。由于碱液腐蚀的各向异性，多晶硅的腐蚀不能采用碱性溶液腐蚀，因为如果腐蚀速度过快或腐蚀时间过长，在晶界处会形成台阶，为以后电极的制备带来麻烦。利用各向同性的硝酸、乙酸和氢氟酸混合溶液可以避免这一问题，但是酸液腐蚀速度过快而难于控制，且这种酸液的废液也难以处理。五、五、腐蚀和表面结构腐蚀和表面结构v2、扩散制结工业中典型的制结分为两步，第一步用氮气通过液态的POC13，将所需的杂质扩
8、散深度约几百个纳米。第二步是高温处理，使预沉积在表面的杂质原子继续向基体深处扩散。这样就形成了一个n+/n层，这样的结构有利于后续电极的制备，因为在平面印刷银技术中，n+层不仅可以和金属电极形成欧姆接触，而且可以防止电极制备过程中金属原子扩散进入基体内部。但是有研究指出，好的发射区应当位于基体表面附近，并且只需要一定的掺杂浓度即可。沉积减反层和钝化层沉积减反层和钝化层 v 抛光的硅表面的反射率为35%，为了减少表面反射，提高电池的转换效率，需要沉积一层减反层，减反层有很多种，可以是SiO2、ZnS、SiNx或是它们的组合。实验室中常采用热氧化法制备SiO2减反层，这种方法可以生成一层高质量的S
9、iO2减反层。SiO2减反层不仅能够减少反射率，而且还能显著降低Si-SiO2界面的少子复合速率。但是由于这种方法耗费太高，无法在工业中实现大规模应用。v 用氨和硅烷反应，可以在硅表面形成一层无定形的氮化硅（SiOx）层。氮化硅减反射层具有良好的绝缘性、致密性和稳定性，并且它还能阻止杂质原子，特别是Na原子的渗透进入电池基体。理论研究表明，理想的减反层应该是氮化硅减反层和SiO2减反层的组合，这种组合既有优良的光学性能，又具有稳定钝化性能和良好的阻止杂质原子渗透性。丝网印刷v 3、丝网印刷由于传统的丝网印刷制备电极技术已经成熟并已经大面积应用，完全取代它需要花费大量金钱，而且它没有化学废物需要
10、处理，因此如何改进现有的平面印刷技术，使得它的电极宽度（120200m）减小到可以和埋覆电极相媲美是一个更切实际的课题。整体背电极v 4、整体背电极 另外一种可以避免表面金属覆盖的工艺是整体背电极工艺。这种工艺完全不用表面电极，而是在电池的背表面形成相间的pn区，这样就形成了一系列的pn结，然后用电极将载流子引出。后来又将这种工艺发展成点接触背电极工艺，首先在电池背表面形成许多P型和N型小区域，然后用电极引出载流子。这种避免前电极的工艺特别适用于聚光型太阳能电池。五、晶体硅太阳能电池生产工艺五、晶体硅太阳能电池生产工艺v制绒扩散刻蚀清洗（去PSG）沉积减反层（）丝印烧结分选六、晶体硅太阳能电池
11、腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v1、去损伤层目的：通过高温度的NaOH或KOH将硅片表面的划痕或指纹、手印等去除。要求：浓度在20%左右，温度在80上下，约30秒。达到：硅片表面减薄1020m。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v 2、温水隔离目的：稀释硅片表面或花篮部位残留的浓药水。要求：水温在50左右的清水溶解，时间约5分钟。达到：硅片表面浓碱被稀释。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v3A、制绒面（单晶硅片）目的：通过高温度较低浓度的NaOH或 KOH将硅片表面
12、腐蚀出很均匀的金字塔型减少硅片对光的反射，有效增加硅片对光的吸收。要求：浓度在3%左右，温度在80上下，约25分钟，溶液中适当增加一定量的乙醇后，加快溶液反应，起到消除气泡的作用。达到：硅片表面形成金字塔大小均匀，单体尺寸在210m之间，相邻金字塔之间没有空隙，覆盖率达到100%。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v3B、制绒面（多晶硅片）目的：目的：通过恒定温度浓度较高（HNO3+HF）将硅片表面腐蚀出很均匀的金字塔形，减少硅片对光的反射，有效增加硅片对光的吸收。要求：要求：浓度在60%左右（HNO3浓度49%+HF浓度49%）温度在1520之
13、间，时间34分钟。达到：达到：硅片表面形成金字塔大小均匀，单体尺寸在210m之间，相邻金字塔之间没有空隙，覆盖率达到100%。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v4、水洗目的：清洗掉硅片或花篮表面残留的溶液要求：水温在50左右的温水（目的减少因硅片速热速冷后产生的裂痕）时间5分钟左右，增加氮气鼓泡，均匀的使水鼓动，增加同硅片之间的摩擦，达到良好的清洗效果，同时增加速排水和速加水功能，有效的减少槽内的死角造成的积水，工艺：注水入料鼓泡排水注水提料 达到：硅片表面尽可能迅速的将硅片和花篮上残留的溶液清洗干净。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六
14、、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v 5、水漂洗目的：二次清洗硅片或花篮表面残留的溶液要求：常温的水，时间约分钟左右，增加氮气鼓泡。均匀的使用水鼓动，增加水同硅片之间的摩擦，达到良好的清洗效果，增加水溢流功能，保持水质的洁净，使用完的水流至上一工序使用。达到：硅片和花篮表面能彻底的将溶液清洗干净。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v、酸（碱）中和目的：将在上一级未能彻底清洗干净的溶液通过酸或碱进行中和，使PH值达到水的要求。要求：较低浓度的酸（单晶使用）或碱（多晶使用）对溶液进行中和，通常温度在常温（如果将药液加热至一定温度效果更好）。达到
15、：要求硅片表面PH值尽可能接近正常。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v7、水洗目的：清洗掉硅片或花篮表面残留的溶液要求：水温在50左右的温水（目的减少因硅片速热速冷后产生的裂痕）时间5分钟左右，增加氮气鼓泡，均匀的使水鼓动，增加同硅片之间的摩擦，达到良好的清洗效果，同时增加速排水和速加水功能，有效的减少槽内的死角造成的积水，工艺：注水入料鼓泡排水注水提料 达到：硅片表面尽可能迅速的将硅片和花篮上残留的溶液清洗干净。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v 8、HF清洗目的：去除硅片上的重金属离子。要求
16、：浓度在10%左右的，常温，时间约min。达到：硅片去除重金属离子，便于扩散。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v9、水洗目的：清洗掉硅片或花篮表面残留的溶液要求：水温在50左右的温水（目的减少因硅片速热速冷后产生的裂痕）时间5分钟左右，增加氮气鼓泡，均匀的使水鼓动，增加同硅片之间的摩擦，达到良好的清洗效果，同时增加速排水和速加水功能，有效的减少槽内的死角造成的积水，工艺：注水入料鼓泡排水注水提料 达到：硅片表面尽可能迅速的将硅片和花篮上残留的溶液清洗干净。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v 10
17、、水漂洗目的：二次清洗硅片或花篮表面残留的溶液要求：常温的水，时间约分钟左右，增加氮气鼓泡。均匀的使用水鼓动，增加水同硅片之间的摩擦，达到良好的清洗效果，增加水溢流功能，保持水质的洁净，使用完的水流至上一工序使用。达到：硅片和花篮表面能彻底的将溶液清洗干净。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v 11、预脱水目的：通过高洁净度的DI水加热后的表面张力将硅片表面的水珠去除后再烘干，可减少水珠残留造成的水痕。要求：高洁净度空气或氮气加热后对硅片或花篮之间的夹角内脱水不到的地方进行干燥。达到：硅片、花篮各处干燥，硅片表面无白点和花片。六、晶体硅太阳能电池
18、腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v 12、烘干目的：通过高净空气或氮气加热后对硅片与花篮之间的夹角或脱水不到的地方进行干燥。要求：高洁净度空气或氮气，温度80左右，烘干时间5min/每工位。达到：硅片、花篮各处干燥，硅片表面无白点和花斑。七、晶体硅太阳能电池表面去七、晶体硅太阳能电池表面去PSG（磷硅玻璃）工艺（磷硅玻璃）工艺v 1、HF清洗目的：通过HF将扩散后在硅片表面形成的一层磷硅玻璃腐蚀。要求：浓度在10%左右的，常温，时间约min。达到：将表面附属的磷硅玻璃去除。七、晶体硅太阳能电池表面去七、晶体硅太阳能电池表面去PSG（磷硅玻璃）工艺（磷硅玻璃）工艺v
19、2、水洗目的：清洗掉硅片或花篮表面残留的溶液要求：水温在50左右的温水（目的减少因硅片速热速冷后产生的裂痕）时间5分钟左右，增加氮气鼓泡，均匀的使水鼓动增加水同硅片之间的摩擦，达到良好的清洗效果，同时增加速排水和速加水功能，有效的减少槽内的死角造成的积水，工艺：注水入料鼓泡排水注水提料 达到：硅片表面尽可能迅速的将硅片和花篮上残留的溶液清洗干净。七、晶体硅太阳能电池表面去七、晶体硅太阳能电池表面去PSG（磷硅玻璃）工艺（磷硅玻璃）工艺v 3、水漂洗目的：二次清洗硅片或花篮表面残留的溶液要求：常温的水，时间约分钟左右，增加氮气鼓泡。均匀的使用水鼓动，增加水同硅片之间的摩擦，达到良好的清洗效果，增
20、加水溢流功能，保持水质的洁净，使用完的水流至上一工序使用。达到：硅片和花篮表面能彻底的将溶液清洗干净。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v 4、预脱水目的：通过高洁净度的DI水加热后的表面张力将硅片表面的水珠去除后再烘干，可减少水珠残留造成的水痕。要求：高洁净度空气或氮气加热后对硅片或花篮之间的夹角内脱水不到的地方进行干燥。达到：硅片、花篮各处干燥，硅片表面无白点和花片。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺 v 5、烘干、烘干目的：目的：通过高净空气或氮气加热后对硅片与花篮之间的夹角或脱水不到的地方进行干燥。要求：要求：高洁净度空气或氮气，温度80左右，烘干时间5min/每工位。达到：达到：硅片、花篮各处干燥，硅片表面无白点和花斑。六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺六、晶体硅太阳能电池腐蚀（又称制绒）工艺
