光伏知识培训

1GENTECH CONFIDENTIAL光伏知识培训第四事业部工艺工程师 wichi2011.102GENTECH CONFIDENTIAL太阳能 &光伏 &太阳能电池太阳能（ Solar Energy ） ，从某种形式上说，是地球上几乎所有能源的源头。而人类，像所有其它的动物和植物一样，因为温暖和食物而依赖于太阳。然而，人类同时还以许多不同的方式利用太阳的能量。比如，化石燃料，一种来自以前地质时代的植物材料，就被用在交通运输和发电上。本质上它就是储存了无数年以前的太阳能。类似的，生物把太阳能转换成可以用来加热、运输和发电的燃料。风能，几百年来被人们用来提供机械能以及用于运输的能源，利用的是被太阳光加热的空气和地球转动产生的空气流动。如今，风力涡轮机把风能转换成电能，同时也用在传统用途上。甚至水电也是源之太阳能。水力发电依赖于太阳光蒸发的水蒸气，水蒸气以雨水的形式回到地球并流向水坝。3GENTECH CONFIDENTIAL光电（光伏）：光伏发电光热：光热发电，太阳能热水器，海水淡化光生物：光合作用光动力：风能，水能光化学：光合成，光分解光—光：照明太阳能利用分类4GENTECH CONFIDENTIAL光伏（ Photovoltaic ，简称为 PV） 是一种简易而优美的利用太阳能的方式。当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流。当太阳光或其他光照射半导体的 PN 结时，就会在 PN 结的两边出现电压 , 叫做光生电压。这种现象就是著名的 光生伏打效应 。使 PN 结短路，就会产生电流。 1839年，法国物理学家 A.E. 贝克勒尔首次发现。 1876 年，亚当斯等在半导体硒和金属接触处发现了固体光伏效应。后来就 把能够产生光生伏打效应的器件称为光伏器件 。由于 半导体 PN结器件在阳光下的光电转换效率最高 ，所以 通常把这类光伏器件称为太阳能电池，也称光电池或太阳电池。5GENTECH CONFIDENTIAL太阳能电池结构及工作原理6GENTECH CONFIDENTIAL反射光通过风实现热量对流和散发透射光转化成电能阳光被太阳电池板吸收后：一部分变成电能，另一部分变成热能太阳能发电效率损失7GENTECH CONFIDENTIAL太阳能电池的分类? 晶硅– 单晶、 多晶（市场份额最高）? 薄膜– 硅基薄膜 (a-Si, 微晶 , 多晶 )，化合物半导体薄膜（ CdTe, CIGS, GaAs ）? 染料敏化? 有机薄膜? 其它8GENTECH CONFIDENTIAL?适应不同形变的柔性太阳电池：弯曲的或柔性的太阳电池组件9GENTECH CONFIDENTIAL电池片、组件、阵列10GENTECH CONFIDENTIAL11GENTECH CONFIDENTIAL12GENTECH CONFIDENTIAL太阳能电池片工艺介绍? 常规技术工艺路径分 选测试PECVD清洗与制 绒去磷硅玻璃烧结印刷 电 极边缘蚀 刻包装入 库扩 散13GENTECH CONFIDENTIAL前清洗 —— 去损伤? 去除硅片表面机械损伤层；损伤层是在硅片切割过程中形成的表面（ 10微米左右）晶格畸变，具有较高的表面复合。硅片截面14GENTECH CONFIDENTIAL制备绒面的目的及机理：形成起伏不平的绒面，增加硅对太阳光的吸收，减少光的反射率， 提高短路电流（ Isc）， 最终提高电池的光电转换效率。解释机理：当光入射到一定角度的斜面或粗糙的表面，光会反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，从而增加吸收率。前清洗 —— 绒面15GENTECH CONFIDENTIAL图 单晶硅片表面的金字塔状绒面图 多晶硅片表面的孔状绒面16GENTECH CONFIDENTIAL前清洗 —— 清洗? 清除硅片表面的油脂及金属杂质– 油脂的影响? 减缓去损伤层的量? 无法形成织构化的成核? 表面织构化无法形成– 金属杂质的影响? 加速费平衡少数载流子的表面复合，产生表面、界面的漏电流，降低少子寿命? 直接导致开路电压降低，大大降低电池的转换效率? 电池经太阳暴晒后，金属杂质逐渐扩散迁移至 PN 结内部，导致电池发电量衰减增加，寿命减少。17GENTECH CONFIDENTIAL? 单晶（各项异性腐蚀）– 2NaOH+Si+H 2O=Na 2SiO 3+2H 2– SiO 32-+3H 2O=H4SiO 4+2OH -– 不同晶面腐蚀速率不同，故形成金字塔结构? 多晶（各项同性腐蚀）– HNO 3+Si=SiO 2+NOx+H 2O– SiO 2+6HF=H 2[SiF 6]+2H 2O– HNO3 、 HF、 H2O 组成的制绒液– 制绒温度 6-10℃，制绒时间 120-300sec前清洗 —— 制绒原理（湿法）18GENTECH CONFIDENTIAL? 设备– 槽式 、链式前清洗 —— 多晶制绒19GENTECH CONFIDENTIAL? 槽式优点– 低碎片率；– 工艺兼容性大；– 低维护成本；– 液体流场更佳；– 自动上下料结构相对简单。20GENTECH CONFIDENTIAL? iTex 运行工艺流程– （检测） ~上料 ~制绒 ~清洗 ~清洗 ~KOH~ 清洗 ~清洗 ~HF/HCL~ 清洗 ~慢提拉 ~烘干 ~下料 ~（检测）上料 1# 制绒 2#清洗 3#清洗 4#清洗 5# KOH6# 清洗 7# 清洗 8#HF/HCL9#清洗 10#清洗 11#慢提拉 12#下料 15#烘干 13#烘干 14#21GENTECH CONFIDENTIAL? HF-HNO3 溶液，去除部分表面油污、切割损伤层以及制备绒面； H2O为缓冲剂，减缓反应速度。? 机制是 HNO3 腐蚀，在硅片表面形成一层 SiO2 （ 氧化 ） ,然后这层 SiO2 在 HF酸的作用下除去（ 腐蚀 ）。? 双面腐蚀（厚度），硅片长宽也会按比例减小制绒22GENTECH CONFIDENTIAL主要中和残留在硅片表面的酸H++OH -=H2O除去多孔硅酸腐蚀会在表面形成一层彩色均匀的多孔硅膜。这层硅膜具有极低的反射系数，但是它不利于 p-n节的形成和印刷电极。所以要用 KOH 除去这层多孔硅。Si+2KOH+H2O =K2SiO3+2H2反应剧烈 !KOH23GENTECH CONFIDENTIAL? 热水的表面张力小，使水快速脱离硅片表面? 热水清洗硅片慢提拉? 盐酸– 中和残留在硅片表面残余碱液；– 络合剂的作用，氯离子能与 Fe3+ 、 Pt2+ 、Au3+ 、 Ag+、 Cu+、 Cd2+ 、 Hg2+ 等金属离子形成可溶于水的络合物。? 氢氟酸– 从制绒槽出来的硅片表面是亲水性的（ SiO2亲水性），这种状态下硅片非常容易吸收周围的污染物，同时硅片表面附着的水层在干燥以后，水中的杂质会沉积在硅片表面造成表观的不良。 HF可以使得表面疏水（去除SiO2）。HF/HCL24GENTECH CONFIDENTIAL反射率：（下料后检测）所用仪器：标准 8度角绒面积分式反射仪 (D8)减薄量：（上料前、下料后检测，前 — 后）反射率标准： 在保持硅片减薄量的前提下，反射率越低越好。减薄量标准： 多晶 0.45克，利用腐蚀因子系数计算单面减薄厚度所用仪器：电子天平或硅片厚度测试仪检测25GENTECH CONFIDENTIAL? 扩散：物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象。? 扩散的目的：在来料硅片 P型硅片的基础上扩散一层 N型磷源，形成 PN结。? 最重要的工序。? 扩散的原理： POCl 3在高温下（ >600 ℃）分解生成五氯化磷（ PCl 5）和五氧化二磷（ P2O5），其反应式如下：5POCl 3 =3PCl 5+P2O5? 生成的 P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（ SiO 2）和磷原子，其反应式如下：? 2P2O5 + 5Si = 5SiO 2 + 4P （ PSG 磷硅玻璃）扩散26GENTECH CONFIDENTIAL27GENTECH CONFIDENTIAL? 刻蚀– 去除扩散后硅片边缘和背面多余的 N型层，防止短路；– 干法（等离子体刻蚀）– 湿法（ HNO3+HF ），悬浮式腐蚀后清洗（刻蚀 +去磷硅玻璃 PSG）PSGn+ Sin+ Si28GENTECH CONFIDENTIAL29GENTECH CONFIDENTIAL? 去 PSG– 死层，反射率身高，影响 SiNx镀层，影响烧结工艺– 影响磷硅玻璃导致去除扩散后硅片表面的磷硅玻璃层 PSG。– SiO2+ 6HF = H2 （ SiF6 ） +2H2O30GENTECH CONFIDENTIAL? 目的：– 在硅片表面沉积一层 氮化硅 减反射膜，以增加入射在硅片上的光的透射，减少反射，氢原子搀杂在 氮化硅中附加了氢的钝化作用 。? SiN的特性：⒈结构致密，硬度大 2.能抵御碱金属离子的侵蚀3.介电强度高 4.耐湿性好5.耐一般的酸碱，除 HF和 H3PO4? SiNx的简介– Si3N4 膜的颜色随着它的厚度的变化而变化，其理想的厚度是 75— 80nm 之间，表面呈现的颜色是深蓝色，Si3N4 膜的折射率在 2.0 — 2.5之间为最佳，与酒精的折射率相乎，通常用酒精来测其折射率。PECVD