太阳能电池工艺实习报告

毕 业 设 计（论文）题目 ： 太阳能电池工艺太阳能电池工艺摘要 :太阳能是一种清洁的可再生能源 ,以光伏效应为基础的太阳电池有着美好的应用前景。 其中， 丝网印刷太阳电池的制作工艺在高效、 低成本太阳电池的研究和生产中有着重要的地位。 本论文通过对丝网印刷制作太阳电池的工艺进行了分析， 提出了一些降低成本、 提高效率的工艺路线， 并在实际生产中进行了验证。 同时对太阳电池接触电阻进行了初步的研究， 并提出了其简易的测量方法， 在此基础上提出一种降低太阳电池接触电阻以提高电池性能的高掺杂发射区腐蚀的工艺方法。 本论文通过大量的实验， 得到了大量的测量数据和结论，对以后进一步开展实验及实际生产提供了重要的参考。[ 关键词 ]:太阳电池；丝网印刷TECHNOLOGY OF SOLAR CELLSABSTRACT: Solar energy is the most promising energy resource for it is clean andrenewable.Solar cells based on photo electric effect have been widely used since they wereinvented and it is believed abrightfuture with Increasing efficiency and decreasing cost.Thescreen-printing technique i s more important in solar cells rei search and manufacture. In thispaper,aprocesshas been introduced for low cost and high conversion by analyzing screen-printingtechnique,which has been Applied in the industrial production.At the same time,through the Research of solar cells contact resistance and its measurement we can get Sucha new techniqueasetching high doping densiyte mitter region to cut down solar cells contact resistance andimprove the cells conversion .efficiency.Inthispaper,we got many measured data and conclusions by lots of experiments,whichwill provide important reference to production and further experiments. [ Keywords] :solarcell,screen-printing,目 录引言 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 11 实习太阳能电池基础 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 11.1 太阳能电池的简单学习 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 11.2 太阳能电池的基本构造 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 21.3 太阳能电池原理学习 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 22 丝网印刷工艺学习与操作 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 22.1 丝网印刷工作原理 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 22.2 设备的介绍 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 22.3 印刷系统组成及分析 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 32.3.1 传输装置 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 32.3.2 印刷装置 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 42.3.3 烘箱 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 42.3.4 软件的使用 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 52.3.5 辅料 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 63 生产注意事项及操作措施 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 74 实习心得 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 85 致谢 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 96 参考文献 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 9引言太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、 海洋能、水能等都来自太阳能， 广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。 太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。 通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术， 再利用热能进行发电的称为太阳能热发电， 也属于这一技术领域； 通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术， 光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。二十世纪 50 年代， 太阳能利用领域出现了两项重大技术突破： 一是 1954 年美国贝尔实验室研制出 6％的实用型单晶硅电池，二是 1955 年以色列 Tabor 提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。 这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。70 年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。 1973 年，美国制定了政府级的阳光发电计划， 1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投入达 8 亿多美元。 1992 年，美国政府颁布了新的光伏发电计划，制定了宏伟的发展目标。日本在 70 年代制定了“阳光计划”， 1993年将“月光计划”（节能计划）、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。 90 年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议， 讨论和制定世界太阳能战略规划、 国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等， 推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。 开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制定可持续发展战略的重要内容。自 “六五” 以来我国政府一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划，大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。二十多年来， 太阳能利用技术在研究开发、 商业化生产、 市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。而本文介绍的是中硅科技有限公司多晶硅太阳能电池的生产工艺， 重点阐述其丝网印刷工艺（工艺包括：化学表面处理、磷扩散、周边及背结刻蚀、化学气象沉淀既 PECVD、丝网印刷、烧结、分档测试）。一、实习太阳能电池基础1.1 太阳能电池简单学习根据我在中硅科技的学习， 在太阳能电池的生产制造的发展过程中， 都是围绕着两个重点， 一个是提高太阳电池的光电转换效率， 另一个是降低太阳电池的生产成本。 要提高太阳电池的转换 效率就必须选择质量高的半导体材料和先进的制作工艺，可是这样一来，太阳电池的生产成本就大幅度地增加了。 目前在高效太阳电池的制作过程中， 基本上是采用双面钝化、区域铝背场 n“P 电池工艺和发射区钝化、硼背场 n,PP,电池工艺 un 等两种工艺。为了达到高效的目的， 这两种工艺均采用了多道高温制作工艺和生产成本昂贵的光刻、 蒸镀工艺，由于工艺步骤繁多、生产周期长、难以形成规模化的生产，生产成本非常高。因此，在商用太阳电池的生产中， 主要是用丝网印刷的工艺来制作太阳电池电极， 其特点是成本低、 易于形成规模化生产。目前， 我国地面用太阳电池的生产几乎全部采用了丝网印刷的制作工艺， 我们实习公司的生产流程是制绒、清洗、扩散、刻蚀、 PECVD、丝网印刷、烧结、测试分选，而我从事的是丝网印刷工序。1.2 太阳能电池的基本构造太阳能电池主要由 PN 结、上表面栅状电极、背面金属电极构成，并且要求表面和背面电极与硅片之间形成良好的欧姆接触。 目前为了提高太阳电池的效率， 人们还在电池的背面作了背场，在电池正面作了减反射膜。其中 PN结的是太阳能电池的“心脏”， 主要由磷扩散工艺完成， 而栅状金属电极的印刷可以大大提高太阳能的转化效率。1.3 太阳能电池原理学习当光照在半导体上时，光所具有的能量被电子吸收，使其可以跃迁到更高的能级。 太阳电池就是利用价带电子吸收光子能量跃迁到导带， 产生自由载流子从而实现光电转换， 这就是太阳电池能量转换的基础一一一 PN 结的光生伏特效应。当适当波长的光照射在 PN 结上时， 在导带和价带中出现了电子和空穴， 由于 PN 结势垒区存在着较强的内建电场， 产生在势垒区的非平衡载流子以及从发射区和基区扩散进势垒区的非平衡载流子在内建电 场的作用下，使得电子流入 N 区、空穴流入 P 区，此时若将 PN 结两端开路，则由于构不成回路电子和空穴分别在 N 区和 P 区形成积累， 结果使得 P 区电势高而 N 区电势低， 在 PN 结两端形成光生电动势即开路电压 Va; 若将 PN 结短路，则 N 区积累的电子就会通过外 电路到达电势较高的 P 区， 与那里的空穴复合， 而 N 区减少的电子又可以从势垒区得到补 偿，从而达到一个动态平衡，这样，只要有光照在 PN 结上，电路中就会有源源不断的电 流流过形成光电流即短路电流 Q01 .这就是 PN 结的光生伏特效应。具有光生伏特效应的 PN 结实际上就相当于一个电源，这就是太阳电池的工作原理。二、丝网印刷工艺学习和操作2.1 丝网印刷工作原理因为我从事的就是这道工序所以重点阐述，丝网印刷是把带有图像或图案的模版被附着在丝网上进行印刷的。 当承印物直接放在带有模版的丝网下面时， 丝网印刷油墨或涂料在刮刀的挤压下穿过丝网中间的网孔， 印刷到承印物上。 丝网上的模版把一部分丝网小孔封住使得颜料不能穿过丝网， 而只有图像部分能穿过， 因此在承印物上只有图像部位有印迹， 这也是目前普遍采用的一种电池工艺。2.2 设备的介绍流程概括：硅片——背电极印刷—— 1 号烘箱——背电场印刷—— 2 号烘箱——正电极印刷——烧结各个工序的作用：背电极印刷的作用为最终电池片提供物理上的正电极1 号烘箱作用干燥硅片，保障下步印刷时已印刷的背电极免遭破坏。背电场印刷作用重新参杂，去电池片背面 PN 结，减少载流子复合，增大开压。2 号烘箱作用保障正电极印刷时背电场免遭破坏。正电极印刷作用搜集光生电流，提供电池片物理上的负电极烧结作用干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触。使用设备： BACCINI （意大利）丝网印刷机2.3 印刷系统的组成及分析经过学习印刷系统分为： 1、传输装置、 2 印刷装置、 3 烘箱、 4 软件、 5 辅料。2.3.1 传输装置传输装置是行走臂（二代设备是传送带）传送设备的分析： 行走臂缺点碎片率高且生产效率低， 而传送带就克服了这些缺点， 但是使用电机的数量增加，加大了维修力和单片机的使用，所以加大了维护难度。其中还包含相关传感器和真空装置， 传感器的使用保证了生产的高效率和准确性， 真空气压装置包括风刀，取片器，台面的真空非常实用方便。2.3.2 印刷装置使用 BICCINI 操作软件，印刷装置包括印刷头、印刷台面、网版、刮刀、回墨刀。了解其作用：印刷必须的装置网版 ( 有图案 ) ，刮刀（挤压浆料）。而旋转台面是为了提高生产效率，回墨是为了提高浆料的利用率。2.3.3 烘箱分析作用： 烘箱的作用为在传输及下道印刷或烧结工序做浆料的初步干燥及粘结作用， 初步干燥基本目的是为了是浆料干燥与硅片粘结， 防止印刷浆料的污染， 因为三次印刷的使用浆料不同，浆料混用会使转化率降低。2.3.4 软件主要分 Cycle ， Print， Operator 等界面软件控制参数意义：Enable Magazine Loader 机器运行时从承载盒中吸取硅片Enable Printing 选项不勾选时，印刷过程被跳过Enable Flip-Over 不勾选时，翻转器不工作Enable Load Breakage Wafer 不勾选时，翻转器不检查是否硅片破损Enable Oven Heating 允许炉子加热Enable Unload Oven 炉子只出硅片而不进硅片Enable Bypass Oven 硅片在行走擘上直接进入下一工序Dispenser 设置自动添加浆料的频率Enable Wafer Alignment 允许在印刷之前通过摄像来校准硅片Enable Screen Alignment 对网板上的基准标记进行定位Check Breakage Before 检查硅片在印刷前是否破碎Paper Change 印刷次数达到设置的数字时，机器停止 运行Single Nest 强制机器只在设定的那个台面上印刷2.3.5 辅料背电极浆料：银铝浆 CN33-462 背电场浆料：铝浆 PASE-1201，儒兴 -6080正电极浆料：银浆 25C分析浆料使用原因： 1. 背铝作为背电场能够阻挡电子的移动， 减小了表面的复合率， 有利于载流子的吸收；减少光穿透硅片 , 增强对长波的吸收； Al 吸杂，形成重掺杂，提高少子寿命；铝的导电性能良好， 金属电阻小， 而且铝的熔点相对其他的合适金属来说熔点低， 在烧结当中更有力。2. 银电极由两部分构成， 主线是直接接到电池外部引线的较粗部分， 栅线则是为了将电流收集起来传递到主线去的较细部分。更换条件和使用频率：台面纸： 防止吸孔被堵，但如出现脏污立即更换网版 ： 一道 10000-12000 更换；二道 10000-12000 更换，三道 8000 更换刮刀： 损坏即换刮条： 正常情况每班一换，但如出现损坏立即更换印刷相关工艺参数对印刷湿重的影响相关印刷参数对印刷的影响参数 影响刮刀压力 (pressure) 刮刀压力 越小 ，填入网孔的墨量就 越多印刷速度 (speed)湿重在某一速度下达到最大值，低于此速度，速度 增大 湿重 增大 ，高于此值，速度 增大 湿重 较小印刷高度（ down-stop ） down-stop 值 越大 ，湿重 越小丝网间距 (snap-off)丝网间距 增大 ，油墨的转移量也 增大 ，但随着刮刀压力的增加，丝网间距对油墨转移量影响趋小刮刀截面对刮刀的截面形状来说，刮刀边越锐利，线接触越细，出墨量就越大；边 越圆 ，出墨量就 越大3 生产注意事项及操纵措施1. 由于三线三台印刷机串联， 运行时机器之间互有影响， 生产操作时要协调一致才能确保生产效力。 生产时机器和印刷质量优先权先后顺序为： 3#机 2#机 1#机。2. 刚开机时烘箱温度低， 会报警， 可将温度报警偏差范围加大， 使机器能进行其它生产准备操作（如校正网版、调整印刷参数等）。温度达到设定值后再将其偏差范围调低（ 30℃左右）。3. 在手动（ Manual ）模式时按 F5 键印刷头会直接升到最高位置，便于擦拭网版。要正确调用生产工艺文件（不同尺寸生产设备调整另述）。①传输部份：a 检查所有皮带运行状况，查看其工作状态及其磨损情况，考虑是否更换，如果不需要更换的，做好清洁工作，含所有同步皮带。b 检查电机的运转情况是否正常，有没有异常的发热以及非正常声响。c 检查传感器（光电、磁性、读数头、行程开关、热电偶）是否正常d 检查台纸、承印台、是否磨损，纸面是否需要更新。e 清理烧结炉金属炉带以及各种链条，并给链条、齿轮、轴承、大转盘电机台面轴承等加注润滑油f 各种滑块与导轨是否正常工作。g 检查行走臂上的塑料限位块是否磨损。如果有则需要更换。②印刷主体：a 清理印刷室及其主体外表并用吸出碎片（不能用 CDA 吹扫）。b 检查机头工作是否正常，并清理干净机头及网框浆料。c 打开外盖，清理碎片，保持整机无碎片及其他杂物。d 擦拭门窗及其浆料污点。e 检查电机的参数与位置是否相否。③烘干箱：a 清理加热腔室以及加热管体周围。b 检查加热灯管有没有老化。c 热电偶能否正常工作。d 排风电机与管路是否有集油并清理。e 各种电源线是否老化安全与否4、弓片检查是否是超薄片检查二道湿重是否异常或印刷不均匀检查烧结温度是否异常，通过拉炉温实现在允许范围内微调烧结温度5、漏浆检查印刷参数是否正常，在非印刷区域漏浆的网板可 以用透明胶带补上后继续使用，在印刷区域漏浆的 网板给与擦拭处理，如果有效继续生产，无效则更 换网板，污染的台面纸要更换处理常见不良及对策6、细栅线印粗检查湿重和参数是否正常一侧印粗，调节参数或检查台面平整度整体印粗，调节参数，更换刮刀和网板某根栅线印粗，更换网板，同时对该网板作标记实习心得太阳能的广泛性太阳辐射到处皆是就地可用不受地域限制可算是取之不尽用之不建设周期短规模大小随意可以方便地与建筑物结合只要一次投资设备建成之后平时的维持费用远低于其它能源 无噪声无污染化石能源燃烧时会放出大量的各种气体如CO2 等，电池行业是２１世纪的朝阳行业，发展前景十分广阔。在电池行业中，最没有污染、 市场空间最大的应该是太阳能电池， 太阳能电池的研究与开发越来越受到世界各国的广泛重视。但是其中生产流程中使用的化学药品有剧毒如 （三氯氧磷） 和易燃易爆气体如 （硅烷）所以加强安全意识很重要，或是使用新的材料或是使用新的技术手段。整个的生产流程均对人体有害，所以对工作人员得保护很重要。最后，整个行业是新兴产业很有前景，但合理的管理和新技术的产生才能保证在行业内的竞争力。致谢自从踏进大学的校门， 多少次憧憬着自己意气风发的走出大学校门时的情景。 可是真正即将临别之际却发现自己是那么的依恋着这座已陪伴了自己三年的大学校园。 越是临近离别之日，那难舍难分的离别之情越发强烈地撕咬着自己地心灵。时间流逝。 在本文即将完稿之际， 回首往事， 自己的点点成绩其实是在太多太多关心自己的人的默默帮助下取得的。在此， 我衷心感谢所有曾给予自己关心、 支持、帮助和爱护的人们。感谢电气学院教研室的老师们， 还有一直默默执教于基础课教育的老师等， 是他们在多年来一直给予我深切的关怀和帮助。在此，谨致以最衷心的感谢和诚挚的敬意！饱其流时思其源， 成吾学时念吾师， 大学很难忘也很精彩， 有太多的人和太多的事需要我去怀恋，同时自己未来社会的路还很长，希望我做个有心人，一直保存这份记忆和感谢。参考文献（ 1）杜忠明 ; 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