高效太阳能电池制作流程.pdf

高效太阳能电池的工艺流程高效单晶硅太阳电池工艺流程如下：1)去除损伤层2)表面绒面化3)发射区扩散4)边缘结刻蚀5)PECDV 沉积 SiN 6)丝网印刷正背面电极浆料7)共烧形成金属接触8)电池片测试。下面我们着重来看一下每一个工艺，1.首先是绒面制备：硅片采用 0.5~2 Ω .cm， P 型晶向为（ 100 ）的单晶硅片。利用氢氧化钠溶液对单晶硅片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面。当各向异性因子 =10 时（所谓各向异性因子就是（ 100）面与（ 111 ）面单晶硅腐蚀速率之比），可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。绒面具有受光面积大， 反射率低的特点。 可提高单晶硅太阳电池的短路电流， 从而提高太阳电池的光电转换效率。金字塔形角锥体的表面积 S0 等于四个边长为 a 正三角形 S 之和S0 = 4S = 4 × a× a = a2 由此可见有绒面的受光面积比光面提高了倍即 1.732 倍。当一束强度为 E0 的光投射到图中的 A 点， 产生反射光 Φ1 和进入硅中的折射光 Φ2 。 反射光 Φ1可以继续投射到另一方锥的 B 点，产生二次反射光 Φ3 和进入半导体的折射光 Φ4 ；而对光面电池就不产生这第二次的入射。经计算可知还有 11% 的二次反射光可能进行第三次反射和折射，由此可算得绒面的反射率为 9.04% 。2.绒面制备：采用三氯氧磷气体携带源方式，这个工艺的特点是生产高，有利于降低成本。新购的 8 吋硅片扩散炉、石英管口径达 270mm ，可以扩散 156× 156 （ mm ）的硅片。由于石英管口径大，恒温区长，提高了扩散薄层电阻均匀性，有利于降低太阳电池的串联电阻 Rs，从而提高太阳电池填充因子 FF。3.SiN 钝化与 APCVD 淀积 TiO2：先期的地面用高效单晶硅太阳电池一般采用钝化发射区太阳电池 (PESC)工艺。在扩散过去除磷硅玻的硅片上 ,热氧化生长一层 10nm~25nm 厚 SiO2 为 ,使表面层非晶化 ,改变了表面层硅原子价键失配情况 ,使表面趋于稳定 ,这样减少了发射区表面复合 ,提高了太阳电池对蓝光的响应 ,同时也增加了短路电流密度 Jsc,由于减少了发射区表面复合 ,这样也就减少了反向饱和电流密度 ,从而提高了太阳电池开路电压 Voc。 还有如果没有这层 SiN,直接淀积 TiO2 薄膜 ,硅表面上会出现陷阱型的滞后现象导致太阳电池短路电流衰减 ,一般会衰减 8% 左右 ,从而降低光电转换效率。故要先生长 SiN 钝化再生长 TiO2 减反射膜。TiO2 减反射膜是用 APCVD 设备生长的 ,它通过钛酸异丙脂与纯水产生水解反应来生长 TiO2薄膜。4.PECVD 淀积 SiN多晶硅太阳电池广泛使用 PECVD 淀积 SiN ,由于 PECVD 淀积 SiN 时 ,不光是生长 SiN 作为减反射膜 ,同时生成了大量的原子氢 ,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用 ,可用于大批量生产高效多晶硅太阳电池 , 为上世纪末多晶硅太阳电池的产量超过单晶硅太阳电池立下汗马功劳。随着 PECVD 在多晶硅太阳电池成功 ,引起人们将 PECVD用于单晶硅太阳电池作表面钝化的愿望。由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氢 ,可以很好的钝化硅中的位错、 表面悬挂键， 从而提高了硅片中载流子迁移率，一般要提高 20% 左右，同时由于 SiN 薄膜对单晶硅表面有非常明显钝化作用。尚德公司的经验显示，用 PECVD SiN 作为减反膜的单晶硅太阳电池效率较高于传统的由 APCVD TiO2 作为减反膜单晶硅太阳电池。5. 共烧形成金属接触晶体硅太阳电池要通过三次印刷金属浆料， 传统工艺要用二次烧结才能形成良好的带有金属电极欧姆接触， 共烧工艺只需一次烧结， 同时形成上下电极的欧姆接触， 是高效晶体硅太阳能电池的一项重要关键工艺，国外著名的电子浆料厂商 Uninwell 极力推荐共烧工艺，产品型号为 :SC6200 。 这个工艺基础理论来自较古老的合金法制 P-N 结工艺。就是电极金属材料和半导体单晶硅在温度达到共晶温度时， 单晶硅原子按相图以一定的比例量溶入到熔融的合金电极材料中去。 单晶硅原子溶入到电极金属中的整个过程是相当快的， 一般只需几秒钟时间。 溶入的单晶硅原子数目决定于合金温度和电极材料的体积， 烧结合金温度愈高， 电极金属材料体积愈大， 则溶入的硅原子数目也愈多， 这时状态被称为晶体电极金属的合金系统。如果此时温度降低， 系统开始冷却， 这时原先溶入到电极金属材料中的硅原子重新以固态形式结晶出来， 也就是在金属和晶体接触界面上生长出一层外延层。 如果外延层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型相同杂质成份， 这就获得了用合金法工艺形成欧姆接触； 如果再结晶层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型异型的杂质成份， 这就获得了用合金法工艺形成 P-N 结银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，通过烘干有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上， 这时， 可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。 所谓共烧工艺显然是采用银 — 硅的共晶温度， 同时在几秒钟内单晶硅原子溶入到金属电极材料里， 之后又几乎同时冷却形成再结晶层， 这个再结晶层是较完美单晶硅的晶格点阵结构。 只经过一次烧结钝化表面层的氢原子， 逸失是有限的，共烧保障了氢原子大量存在， 填充因子较高，没有必要引入氮氢烘焙工艺（ FGS）。6.电池片测试高效单晶硅太阳电池工艺流程如下：1) 去除损伤层2) 表面绒面化3) 发射区扩散4)边缘结刻蚀5)PECDV 沉积 SiN6)丝网印刷正背面电极浆料7) 共烧形成金属接触8) 电池片测试。下面我们着重来看一下每一个工艺，1. 首先是绒面制备：硅片采用 0.5~2Ω .cm ， P 型晶向为（ 100） 的单晶硅片。利用氢氧化钠溶液对单晶硅片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面。当各向异性因子 =10 时（所谓各向异性因子就是（ 100 ）面与（ 111 ）面单晶硅腐蚀速率之比），可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。绒面具有受光面积大， 反射率低的特点。 可提高单晶硅太阳电池的短路电流， 从而提高太阳电池的光电转换效率。金字塔形角锥体的表面积 S0 等于四个边长为 a 正三角形 S 之和S0 = 4S = 4× a×a = a2由此可见有绒面的受光面积比光面提高了倍即 1.732 倍。当一束强度为 E0 的光投射到图中的 A 点， 产生反射光 Φ1 和进入硅中的折射光 Φ2 。 反射光 Φ1可以继续投射到另一方锥的 B 点， 产生二次反射光 Φ3 和进入半导体的折射光 Φ4 ； 而对光面电池就不产生这第二次的入射。 经计算可知还有 11% 的二次反射光可能进行第三次反射和折射，由此可算得绒面的反射率为 9.04% 。2.绒面制备：采用三氯氧磷气体携带源方式， 这个工艺的特点是生产高，有利于降低成本。新购的 8 吋硅片扩散炉、石英管口径达 270mm ，可以扩散 156× 156 （ mm ）的硅片。由于石英管口径大，恒温区长，提高了扩散薄层电阻均匀性，有利于降低太阳电池的串联电阻 Rs，从而提高太阳电池填充因子 FF。3.SiN 钝化与 APCVD 淀积 TiO2 ：先期的地面用高效单晶硅太阳电池一般采用钝化发射区太阳电池 (PESC)工艺。在扩散过去除磷硅玻的硅片上 ,热氧化生长一层 10nm~25nm 厚 SiO2 为 ,使表面层非晶化 ,改变了表面层硅原子价键失配情况 ,使表面趋于稳定 ,这样减少了发射区表面复合 ,提高了太阳电池对蓝光的响应 ,同时也增加了短路电流密度 Jsc,由于减少了发射区表面复合 ,这样也就减少了反向饱和电流密度 ,从而提高了太阳电池开路电压 Voc。 还有如果没有这层 SiN, 直接淀积 TiO2 薄膜 ,硅表面上会出现陷阱型的滞后现象导致太阳电池短路电流衰减 ,一般会衰减 8% 左右 ,从而降低光电转换效率。故要先生长 SiN 钝化再生长 TiO2 减反射膜。TiO2 减反射膜是用 APCVD设备生长的 ,它通过钛酸异丙脂与纯水产生水解反应来生长 TiO2薄膜。4.PECVD 淀积 SiN多晶硅太阳电池广泛使用 PECVD 淀积 SiN ,由于 PECVD 淀积 SiN 时 ,不光是生长 SiN 作为减反射膜 ,同时生成了大量的原子氢 ,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用 , 可用于大批量生产高效多晶硅太阳电池 ,为上世纪末多晶硅太阳电池的产量超过单晶硅太阳电池立下汗马功劳。随着 PECVD 在多晶硅太阳电池成功 ,引起人们将 PECVD 用于单晶硅太阳电池作表面钝化的愿望。由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氢 ,可以很好的钝化硅中的位错、 表面悬挂键， 从而提高了硅片中载流子迁移率，一般要提高 20% 左右，同时由于 SiN 薄膜对单晶硅表面有非常明显钝化作用。尚德公司的经验显示，用 PECVD SiN 作为减反膜的单晶硅太阳电池效率较高于传统的由 APCVD TiO2 作为减反膜单晶硅太阳电池。5. 共烧形成金属接触晶体硅太阳电池要通过三次印刷金属浆料， 传统工艺要用二次烧结才能形成良好的带有金属电极欧姆接触， 共烧工艺只需一次烧结， 同时形成上下电极的欧姆接触， 是高效晶体硅太阳能电池的一项重要关键工艺， 国外著名的金属浆料厂商非常卖力推广共烧工艺。 这个工艺基础理论来自较古老的合金法制 P-N 结工艺。就是电极金属材料和半导体单晶硅在温度达到共晶温度时， 单晶硅原子按相图以一定的比例量溶入到熔融的合金电极材料中去。 单晶硅原子溶入到电极金属中的整个过程是相当快的， 一般只需几秒钟时间。 溶入的单晶硅原子数目决定于合金温度和电极材料的体积， 烧结合金温度愈高， 电极金属材料体积愈大， 则溶入的硅原子数目也愈多， 这时状态被称为晶体电极金属的合金系统。 如果此时温度降低，系统开始冷却， 这时原先溶入到电极金属材料中的硅原子重新以固态形式结晶出来， 也就是在金属和晶体接触界面上生长出一层外延层。 如果外延层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型相同杂质成份， 这就获得了用合金法工艺形成欧姆接触； 如果再结晶层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型异型的杂质成份，这就获得了用合金法工艺形成 P-N 结。银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，通过烘干有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上， 这时， 可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。 所谓共烧工艺显然是采用银— 硅的共晶温度， 同时在几秒钟内单晶硅原子溶入到金属电极材料里， 之后又几乎同时冷却形成再结晶层， 这个再结晶层是较完美单晶硅的晶格点阵结构。 只经过一次烧结钝化表面层的氢原子， 逸失是有限的，共烧保障了氢原子大量存在，填充因子较高， 没有必要引入氮氢烘焙工艺（ FGS）。6.电池片测试