多晶硅太阳能电池生产工艺

太阳能电池光电转换原理主要是利用太阳光射入太阳能电池后产生电子电洞对，利用P-N 接面的电场将电子电洞对分离 ,利用上下电极将这些电子电洞引出， 从而产生电流。 整个生产流程以多晶硅切片为原料， 制成多晶硅太阳能电池芯片。 处理工艺主要有多晶硅切片清洗、磷扩散、氧化层去除、抗反射膜沉积、电极网印、烧结、镭射切割、测试分类包装等。生产工艺主要分为以下过程：⑴ 表面处理（多晶硅片清洗、制绒）与单晶硅绒面制备采用碱液和异丙醇腐蚀工艺不同，多晶硅绒面制备采用氢氟酸和硝酸配成的腐蚀液对多晶硅体表面进行腐蚀。 一定浓度的强酸液对硅表面进行晶体的各相异性腐蚀，使得硅表面成为无数个小“金字塔”组成的凹凸表面，也就是所谓的“绒面” ，以增加了光的反射吸收，提高电池的短路电流和转换效率。从电镜的检测结果看，小“金字塔”的底边平均约为 10um。主要反应式为：3 2 23 4HNO 4NO +3SiO +2H OSi氢 氟 酸2 2 6 2SiO 6 2H OHF H SiF这个过程在硅片表面形成一层均匀的反射层（制绒） ，作为制备 P-N 结衬底。处理后对硅片进行碱洗、 酸洗、 纯水洗， 此过程在封闭的酸蚀刻机中进行。 碱洗是为了清洗掉硅片未完全反应的表面腐蚀层，因为混酸中 HF 比例不能太高，否则腐蚀速度会比较慢，其反应式为： 2 2 3 2SiO + 2K O H K SiO +H O 。之后再经过酸洗中和表面的碱液，使表面的杂质清理干净，形成纯净的绒面多晶硅片。酸蚀刻机内设置了一定数量的清洗槽，各股废液及废水均能单独收集。此过程中的废酸液 （ L1， 主要成分为废硝酸、 氢氟酸和 H2SiF6） 、 废碱液 （ L2， 主要成分为废 KOH、 K2SiO3） 、废酸液（ L3，主要成分为废氢氟酸以及盐酸）均能单独收集，酸碱洗后均由少量纯水洗涤，纯水预洗废液（ S1、 S2、 S3）和两级纯水漂洗废水（ W1） ，收集后排入厂区污水预处理设施，处理达标后通过专管接入清流县市政污水管网。此过程中使用的硝酸、氢氟酸均有一定的挥发性，产生的酸性废气（ G1-1、 G1-2） ，经设备出气口进管道收集系统， 经厂房顶的碱水喷淋系统处理达标后排放。 G1-2 与后序 PECVD工序产生的 G5（硅烃、氨气）合并收集后经过两级水吸收处理后经排气筒排放。⑵ 磷扩散此过程是使气体沉积在硅片表面，再利用高温制造出晶硅片 P-N 接面所需的 N 层。将硅片放入扩散炉管，通以氮气、氧气和 POCl3 气体，高温（电加热）下分解，在硅片表面形成较稳定的 P-N 结。 磷扩散中通氮气的目的： 使三氯氧磷有效导入至硅芯片上， 以减少三氯氧磷之消耗。其扩散原理可用下式表示：3 2 2 5 24POCl 3O 2P O +6Cl 2 5 22 P O + 5 S i 5 S i O + 4 P反应过程中 Si和 O2 足量与 POCl3 反应生成 P后附着于芯片上， 过程中反应温度为 800℃~900℃。磷原子通过扩散进入硅片。反应过程中 Si 和 O2 均过量， POCl3 完全反应，反应过程中有废气 Cl2（ G2）以及 P2O5 烟气产生，由专管收集，与表面处理工序产生的 G1-1、 G1-2 一起经厂房顶的碱水喷淋系统处理达标后排放。⑶ 等离子刻蚀（边缘刻蚀）在扩散时，硅片的正面和周边都形成了 P-N 结，为了减少漏电流、提高效率，要把硅片周边的 p-n 结刻蚀掉，四氟化碳为惰性气体，在高频电场的作用下与硅反应形成四氟化硅，这样就把周边的 P-N 结刻蚀掉。刻蚀在专门刻蚀机内进行，将硅片边角刻蚀，以便电路板的连通，刻蚀后的 CF4、 SiF4 （ G3）废气抽出排放。① 工艺过程②技术规格四面边缘均匀刻透，边缘 PN 类型检测为 P型。⑷去磷硅玻璃在扩散时，硅片的正面形成一层很薄的磷硅玻璃层，为使电池表面颜色均匀一致，正反电极与电池形成良好的欧姆接触，利用 49％的氢氟酸和稀 HCl 混合在室温下把磷硅玻璃腐蚀掉，反应式为： SiO2+6HF→ H2SiF6 +2H2O。氢氟酸的作用是溶解二氧化硅。此过程有酸性废气（ G4） 、漂洗废水（ W2） 、废酸液（ L4：主要成分为废氢氟酸、 HCl） 、纯水预洗废水 （ S4） 产生， 废气中主要污染物为氟化物和 HCl气体， 酸性废水主要含氟化物。说明：纯水废液 (S4)和漂洗废水 (W2) 收集后排入厂污水预处理设施，处理达标后通过专管接装 片 抽真空 送反应气 起 辉卸片检测充 气清洗分选镀膜入清流县市政污水管网。⑸ PECVD镀膜此过程采用 PEVCD镀膜方式，利用高频电源辉光放电使气体电离，促进反应活性基团的生成，从而降低沉积温度， PECVD在 200℃～ 500℃范围内可以成氮化硅薄膜。氮化硅膜不仅仅有优良的光学性能如折射率接近太阳电池所需的最佳折射率， 且有良好的绝缘性、 致密性、 稳定性和对杂质离子的掩蔽能力。 沉积的氮化硅膜中含有大量的氢， 能起到钝化作用。尾气（ G5) 中的硅烷和空气接触后发生如下反应： SiH4+O2（空气）→ SiO2+H2O，以 SiO2 粉尘的形式排放。另外，尾气中少量未反应的氨气经过两级水吸收处理后经排气筒排放。① 工艺过程②技术规格A、膜厚： ~80nm（对抛光片来说厚度 ~100nm ） ，折射率 ~2.05；B、成膜均匀性：批内 ≤ 5%，批间 ≤ 5%；C、表观：深蓝色，色调均一性好。⑹电极网印、烧结电池背面二次印刷， 正面一次印刷， 共三次印刷； 背面烘烤二次， 正面烘干烧结一次，共三次。 铝背场 （指芯片的背面部分， 主要功能为后续工艺流程的接触电极使用） 是为了提高电子寿命，提高效率，利用铝和硅形成失配位错，把硅片体内的缺陷吸收到铝背场上来。正反面的栅线收集电子和空穴， 形成负载电流。 使用微电子检测设备 （ AOI） 自动确认方式，确保网印结果正确。烧结使芯片上的胶干燥，胶与芯片结合。本工序中在印刷和烘干过程中会有少量的有机气体产生 （ G6 )。 有机废气经活性碳吸附后排气筒排放。① 工艺过程装 片 进 舟 抽真空SiN 薄膜沉积起辉放电 退 舟通 气上 料 印刷背电极 烘 干 印刷背场印刷正面栅极自动转面烘 干下 料②技术规格A、背电极： Ag/Al 浆料， ~0.05g；B、背场： Al 浆料， ~1.6g；C、正栅线： Ag 浆料， ~0.16g；宽度：次栅线 60~80um；主栅线 ~1.5mm ；D、金属电极遮光面积： ~6-7%；⑺镭射切割使用 laser 切割芯片边缘。 目的为使硅芯片正面与背面电极隔离开以避免导通而造成短路。⑻测试、分类、包装电池片在太阳能电池片分档机上被逐片测试电参数及转换效率，并将不同光电转换效率的电池片分十档归类堆码，剔除不合格电池片。将合格电池组件分档包装、入库。