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東孚傳動系統(上海)有限公司
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晶硅太陽能電池片制作工藝

發布時間:2019-03-15 04:21:52        

太陽能電池片的生產工藝流程分為硅片檢測——表面制絨及酸洗——擴散制結——去磷硅玻璃——等離子刻蝕及酸洗——鍍減反射膜——絲網印刷——快速燒結等。具體介紹如下:
一、硅片檢測
硅片是太陽能電池片的載體,硅片質量的好壞直接決定了太陽能電池片轉換效率的高低,因此需要對來料硅片進行檢測。該工序主要用來對硅片的一些技術參數進行在線測量,這些參數主要包括硅片表面不平整度、少子壽命、電阻率、P/N型和微裂紋等。該組設備分自動上下料、硅片傳輸、系統整合部分和四個檢測模塊。其中,光伏硅片檢測儀對硅片表面不平整度進行檢測,同時檢測硅片的尺寸和對角線等外觀參數;微裂紋檢測模塊用來檢測硅片的內部微裂紋;另外還有兩個檢測模組,其中一個在線測試模組主要測試硅片體電阻率和硅片類型,另一個模塊用于檢測硅片的少子壽命。在進行少子壽命和電阻率檢測之前,需要先對硅片的對角線、微裂紋進行檢測,并自動剔除破損硅片。硅片檢測設備能夠自動裝片和卸片,并且能夠將不合格品放到固***置,從而提高檢測精度和效率。
二、表面制絨
單晶硅絨面的制備是利用硅的各向異性腐蝕,在每平方厘米硅表面形成幾百萬個四面方錐體也即金字塔結構。由于入射光在表面的多次反射和折射,增加了光的吸收,提高了電池的短路電流和轉換效率。硅的各向異性腐蝕液通常用熱的堿性溶液,可用的堿有***,***、***和***等。大多使用廉價的濃度約為1%的***稀溶液來制備絨面硅,腐蝕溫度為70-85℃。為了獲得均勻的絨面,還應在溶液中酌量添加醇類如乙醇和異***等作為絡合劑,以加快硅的腐蝕。制備絨面前,硅片須***行初步表面腐蝕,用堿性或酸性腐蝕液蝕去約20~25μm,在腐蝕絨面后,進行一般的化學清洗。經過表面準備的硅片都不宜在水中久存,以防沾污,應盡快擴散制結。
三、擴散制結
太陽能電池需要一個大面積的PN結以實現光能到電能的轉換,而擴散爐即為制造太陽能電池PN結的專用設備。管式擴散爐主要由石英舟的上***部分、廢氣室、爐體部分和氣柜部分等四大部分組成。擴散一般用三氯氧磷液態源作為擴散源。把P型硅片放在管式擴散爐的石英容器內,在850---900攝氏度高溫下使用氮氣將三氯氧磷帶入石英容器,通過三氯氧磷和硅片進行反應,得到磷原子。經過一定時間,磷原子從四周進入硅片的表面層,并且通過硅原子之間的空隙向硅片內部滲透擴散,形成了N型半導體和P型半導體的交界面,也就是PN結。這種方法制出的PN結均勻性好,方塊電阻的不均勻性小于百分之十,少子壽命可大于10ms。制造PN結是太陽電池生產***基本也是***關鍵的工序。因為正是PN結的形成,才使電子和空穴在流動后不再回到原處,這樣就形成了電流,用導線將電流引出,就是直流電。
四、去磷硅玻璃
該工藝用于太陽能電池片生產制造過程中,通過化學腐蝕法也即把硅片放在***溶液中浸泡,使其產生化學反應生成可溶性的絡和物六***,以去除擴散制結后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃。在擴散過程中,POCL3與O2反應生成P2O5淀積在硅片表面。P2O5與Si反應又生成SiO2和磷原子,
這樣就在硅片表面形成一層含有磷元素的SiO2,稱之為磷硅玻璃。去磷硅玻璃的設備一般由本體、清洗槽、伺服驅動系統、機械臂、電氣控制系統和自動配酸系統等部分組成,主要動力源有***、氮氣、壓縮空氣、純水,熱排風和廢水。***能夠溶解二氧化硅是因為***與二氧化硅反應生成易揮發的***氣體。若***過量,反應生成的***會進一步與***反應生成可溶性的絡和物六***。
五、等離子刻蝕
由于在擴散過程中,即使采用背靠背擴散,硅片的所有表面包括邊緣都將不可避免地擴散上磷。PN結的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣擴散有磷的區域流到PN結的背面,而造成短路。因此,必須對太陽能電池周邊的摻雜硅進行刻蝕,以去除電池邊緣的PN結。通常采用等離子刻蝕技術完成這一工藝。等離子刻蝕是在低壓狀態下,反應氣體CF4的母體分子在射頻功率的激發下,產生電離并形成等離子體。等離子體是由帶電的電子和離子組成,反應腔體中的氣體在電子的撞擊下,除了轉變成離子外,還能吸收能量并形成大量的活性基團?;钚苑磻鶊F由于擴散或者在電場作用下到達SiO2表面,在那里與被刻蝕材料表面發生化學反應,并形成揮發性的反應生成物脫離被刻蝕物質表面,被真空系統抽出腔體。
六、鍍減反射膜
拋光硅表面的反射率為35%,為了減少表面反射,提高電池的轉換效率,需要沉積一層氮化硅減反射膜。工業生產中常采用PECVD設備制備減反射膜。PECVD即等離子增強型化學氣相沉積。它的技術原理是利用低溫等離子體作能量源,樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上,利用輝光放電使樣品升溫到預定的溫度,然后通入適量的反應氣體SiH4和NH3,氣體經一系列化學反應和等離子體反應,在樣品表面形成固態薄膜即氮化硅薄膜。一般情況下,使用這種等離子增強型化學氣相沉積的方法沉積的薄膜厚度在70nm左右。這樣厚度的薄膜具有光學的功能性。利用薄膜干涉原理,可以使光的反射大為減少,電池的短路電流和輸出就有很大增加,效率也有相當的提高。
七、絲網印刷
太陽電池經過制絨、擴散及PECVD等工序后,已經制成PN結,可以在光照下產生電流,為了將產生的電流導出,需要在電池表面上制作正、負兩個電極。制造電極的方法很多,而絲網印刷是目前制作太陽電池電極***普遍的一種生產工藝。絲網印刷是采用壓印的方式將預定的圖形印刷在基板上,該設備由電池背面銀鋁漿印刷、電池背面鋁漿印刷和電池正面銀漿印刷三部分組成。其工作原理為:利用絲網圖形部分網孔透過漿料,用***在絲網的漿料部位施加一定壓力,同時朝絲網另一端移動。油墨在移動中被***從圖形部分的網孔中擠壓到基片上。由于漿料的粘性作用使印跡固著在一定范圍內,印刷中刮板始終與絲網印版和基片呈線性接觸,接觸線隨***移動而移動,從而完成印刷行程。
八、快速燒結
經過絲網印刷后的硅片,不能直接使用,需經燒結爐快速燒結,將有機樹脂粘合劑燃燒掉,剩下幾乎純粹的、由于玻璃質作用而密合在硅片上的銀電極。當銀電極和晶體硅在溫度達到共晶溫度時,晶體硅原子以一定的比例融入到熔融的銀電極材料中去,從而形成上下電極的歐姆接觸,提高電池片的開路電壓和填充因子兩個關鍵參數,使其具有電阻特性,以提高電池片的轉換效率。
燒結爐分為預燒結、燒結、降溫冷卻三個階段。預燒結階段目的是使漿料中的高分子粘合劑分解、燃燒掉,此階段溫度慢慢上升;燒結階段中燒結體內完成各種物理化學反應,形成電阻膜結構,使其真正具有電阻特性,該階段溫度達到峰值;降溫冷卻階段,玻璃冷卻硬化并凝固,使電阻膜結構固定地粘附于基片上。
 
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