选择性发射极太阳能电池制备技术研究附产业化.doc

2012年度激光与光电产业科技专项选择性发射极太阳能电池制备技术的研究及产业化可行性报告二一二年五月第一部分 项目可行性报告一、立项的背景和意义（一）立项背景本项目属于浙江省十二五重大科技专项实施方案中“新能源技术专项实施方案”/“高效太阳能光伏、光热利用技术和低能耗太阳能电池制造技术”领域。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。进入21世纪以来，世界各国都面临着同样的能源问题：传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。据2010年的统计，全世界能源消费结构中传统化石能源依然占据主导地位：原油消费占34%，煤炭占30%，天然气占24%。这种不可持续的能源消费模式已经引发了人类社会的深刻反思和对新能源、可再生能源的强烈需求。我国处于快速的工业化和现代化发展阶段，能源消费量日益攀升。2010年我国一次能源消费量为32.5亿吨标准煤，已成为全球第一能源消费大国，其中煤炭、原油和天然气消费量占比分别为70%、17%和4%，对煤炭和石油的依赖非常严重。考虑到我国人口众多的现状，化石能源资源严重不足，人均石油储量不到世界平均水平的1/10，人均煤炭储量仅为世界平均值的1/2。能源不足必将成为我国经济社会可持续发展的制约因素，积极寻求可持续发展的新能源解决方案在我国已经达成广泛的共识。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。可再生能源中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点，因为太阳能具有储量的“无限性”。太阳能每秒钟放射的能量大约是1.61023KW，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.8921023吨，是目前世界主要能源探明储量的一万倍。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。太阳能必将在世界能源结构转换中担纲重任，成为理想的替代能源。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。太阳能光伏发电在太阳能热发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有重要的地位，光伏能源被认为是二十一世纪最重要的新能源。这是因为光伏发电有无可比拟的优点：充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、初步的实用性、资源的充足性及潜在的经济性等，应用极其广泛。世界光伏组件产量上世纪末最后10年的平均增长率为20%，在各国政府的推动下，目前全球光伏产业年均增长率已高达30%，多年来光伏产业一直是世界增长速度最高和最稳定的领域之一，也成为全球发展最快的新兴行业之一。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 图1. 光伏行业发展走势图太阳能电池的关键技术在于电池片光电转换效率的提高、生产成本的降低、可持续发电寿命的延长。光电转换效率是晶体硅太阳能电池的核心技术指标，晶体硅太阳电池的最高光电转换效率是赵建华博士在澳大利亚新南威尔士大学创造的24.7%，因为成本问题与加工复杂程度限制目前未实现规模化生产。各国科学家努力寻找低成本适合工业加工的提高电池片效率的工艺方法。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。选择性发射极结构是PN结晶体硅太阳电池生产工艺中有希望实现高效率的方法之一。选择性发射极(SE selective emitter )晶体硅太阳电池技术已发展一段时间但是由于需要额外制程与成本，实际上能够成功应用于生产线的选择性发射极技术相当有限，从工业生产角度来看，额外制程与成本必须得能够产出相应的效益回馈。但从这些新工艺、设备的发展速度看，一次扩散制备SE电池已经是一个不可逆转的趋势，在未来2-3年内可能成为光伏市场的主流产品。寻找合适于大规模生产的工艺和方法将起到重要作用。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。（二）立项意义本项目产品研发成功将打破国际大公司在太阳能生产线的核心技术的垄断，解决太阳能电池片光电转换效率低、生产成本高、可持续发电寿命短的问题。通过对高效太阳能电池核心组件制造技术的攻关研究，开发出具有自主知识产权、处于国内领先水平的新能源利用关键共性技术，缩小我市和国内外在新能源领域的先进技术水平的差距，形成了具有本市特色的核心竞争力，提高了我市在国家乃至世界新能源产业的地位。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。本项目通过对选择性发射极(SE selective emitter )结构工艺的优化和改进，即在金属栅线（电极）与硅片接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂。这样的结构可降低扩散层复合，由此可提高光线的短波响应，同时减少前金属电极与硅的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，从而提高光电转换效率，平均转换效率能达到18.5%以上，在行业内属一流水平，提高公司产品的市场竞争力。通过选用先进的工艺设备和生产技术，提高了资源的利用效率，减少和避免了污染物的产生。本项目在CO2的减排上了做了一定的贡献，在生产过程中不但没有CO2的排放，而且通过提高资源的利用效率和提供清洁无污染的发电设备，以产品使用寿命25年，每年发电时间1500小时计，可间接减排温室效应气体（以CO2）计8,298,014吨。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。本项目产品成功开发后，以其区域位置优势、优异的性能、相对较低的成本价格、节能环保的理念以及国产化优势必将在竞争中取得优势，经济潜力巨大。在实现企业自身价值的同时，为国家节约大量外汇和传统能源，对于我市能源供应、优化能源结构、改善环境、产业转型升级具有重要的意义。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。二、国内外研究现状及发展趋势选择性发射极太阳电池的概念由来已久。早在1984年Schroder就全面综述了硅太阳电池的接触电阻理论，分析了不同金属功函数和硅表面掺杂浓度对接触电阻的影响。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。所谓选择性发射极(SE selective emitter )晶体硅太阳电池，即在金属栅线（电极）与硅片接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂。选择性发射极结构有两个特征：（1）在电极栅线下及其附近形成高掺杂深扩散区；（2）在其他区域(活性区)形成低掺杂浅扩散区。结合其特征，实现选择性发射极结构的关键便是如何形成上面所说的两个区域。其实现方法有很多，但总的来说，可以分为双步扩散法和单步扩散法。双步扩散法是进行两次热扩散而形成该结构。而单步扩散法是在一次热扩散中形成该结构。这两种扩散法都有很多种操作形式。但由于双步扩散法存在不足（由于两步扩散法中硅片有两次高温热过程，对硅片的损害较大而且热耗也很大，从成结的质量和工艺成本来说，两步扩散法不太理想）。单步扩散法已逐渐成为制作选择性发射极的主要方法，其具体操作一般都是首先在硅片表面的不同区域得到不同量的扩散杂质源，由于扩散杂质源的不同将会得到不同的扩散结果，进行热扩散后就形成高低浓度的掺杂，得到选择性发射极结构。新工艺、设备的发展速度看，单步扩散制备SE电池已经是一个不可逆转的趋势，在未来2-3年内可能成为光伏市场的主流产品。寻找合适于大规模生产的工艺和方法将起到重要作用。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。图2 选择性发射极太阳能电池结构目前可国内外可行的单步扩散制备选择性发射极的制程方案有：1、氧化层掩膜扩散-印刷法；2、激光涂源掺杂-电镀法。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。1、氧化层掩膜扩散-印刷法：该方法是在清洗制绒后通过热氧生长的方法在硅片表面形成一层较薄的氧化层，然后根据丝网印刷前电极的图案在氧化层上开槽，再用弱碱清洗激光损伤层。在扩散时，没有开槽的区域由于氧化层的阻挡作用形成浅扩，开槽的区域形成重扩。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。图3 氧化层掩膜扩散-印刷法工艺流程图该方法主要解决的问题：激光工艺的稳定性要保证，在几百微米宽的区域激光开槽所带来损伤层，需清洗干净；硅片需经历氧化和扩散两次高温过程，高温损伤比常规片要大，对硅片质量要求较高，普通多晶硅片可能满足不了要求；氧化层厚度和均匀性需要控制得较好，因为这直接影响到n+层的扩散质量。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。2、激光涂源掺杂-电镀法：该方法分别处理前后电极，浅扩散和镀膜后先丝网印刷铝背场并烧结，然后在前表面旋涂磷源。再用激光按照栅线图案进行开槽并掺杂，形成局域重掺区。最后利用光诱导电镀在这些重掺区上电镀Ni/Cu/Ag金属层作为前电极。该电池优势在于非常小的有效遮挡面积和线间距，在这样的线间距下，可扩散超过100/sqr的浅结，这样既提高了Voc和Isc，又能保证FF不会下降得太多。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。图4 激光涂源掺杂-电镀法工艺流程图该方法需要解决的问题是：激光掺杂工艺的控制，激光在起到了关键作用，既要在SiNx上开槽又要形成重掺，并保证一定的表面掺杂浓度、激光的波长、脉冲频率和功率都需仔细权衡，并且稳定控制才能达到生产需求；采取电镀Ni作为种子层，还要经过一道低温烧结工序，这一烧结工艺也需控制得很好，因为根据Ni/Si合金相图，其间形成欧姆接触的温度区间较小，稍有偏差就会造成烧穿p-n结漏电或接触电阻过大；电镀Ag与焊接带之间的粘合力较小，做成组件后容易出现脱焊现象，目前还没有很好的解决方案。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。以上两种方案所需设备较多、工艺复杂、成本昂贵、不利于产业化推广。目前国内外对于选择性发射极结构太阳能电池的研究主要集中在简化工艺、降低工艺热耗、提高光电转换率、延长电池的使用寿命、节约制造成本等方面。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。为了适应国内外发展趋势，本项目在以上两种方案的基础上进行大胆创新，通过关键技术和工艺的改进，提出了一个满足低成本与高电池转换效率的选择性发射极技术，只需要一道磷扩散制程即可获得选择性发射极结构。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。三、研究开发内容、技术关键及创新点(一)主要研究开发内容1、硅片制绒清洗工艺的研究；硅片的制绒，是通过化学反应在硅片的表面产生各向异性腐蚀，形成密集的显微金字塔形角锥体结构的绒面，使太阳能电池片最大限度地减少光反射率，提高短路电流，即提高光电转换效率。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。图5 制绒前后硅片表面对比图现有的制绒技术制作由于腐蚀液的工艺配方和反应条件不稳定，其制成的硅片表面绒面不均匀，椎体结构尺寸粗大，导致硅片反射率大，短路电流偏小，光电转换效率低。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。通过优化现有的制绒工艺，我们开发了单晶硅小绒面制备技术，在制绒过程中采用表面活性剂对硅片表面进行喷涂，改善晶体硅表面与NaOH水溶液的湿润亲和，提高绒面上角锥体的覆盖率，生长出微观尺寸均匀的表面角锥体，几何尺寸约为0.1微米5微米，减少对太阳能的反射，提高电池片的光电转换效率。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。图6 单晶小绒面图2、选择发射极磷扩散工艺的研究；选择发射极磷扩散要求在电极栅线与硅片接触部位形成高掺杂深扩散区，在其他区域形成低掺杂浅扩散区，这样便在低掺杂区和高掺杂区交界处获得一个横向N-N高低结，并在电极栅线下获得一个N-P结，与传统扩散形成的一个P-N结相比（如下图所示），这种结构可以提高光生载流子的收集率，提高太阳能电池的输出电压，降低太阳能电池串联的电阻，减小光生少数载流子的表面复合，减小扩散死层的影响而改善扩散层的整体性能。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。图7 传统太阳能电池与选择发射极太阳能电池结构对比目前选择发射极磷扩散采用二次扩散的方法，分为重扩散和浅扩散两次进行，工艺步骤比较复杂而且给硅片带来的热损伤较大，尤其对于多晶硅影响更严重。为了避免双步扩散法的弊端我们研究采用单步扩散法，针对现有单步扩散法工艺复杂，成本昂贵的缺点，我们开发了低成本与高电池转换效率的印刷磷源单步扩散法。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。3、周边刻蚀工艺的研究；在扩散过程中，硅片的表面将不可避免的扩散上磷，P-N结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到P-N结的背面，而造成短路。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。目前刻蚀的主要方式有干法刻蚀和湿法刻蚀两种，其中干法刻蚀分为等离子体刻蚀和激光刻蚀。经研究我们采用等离子体刻蚀法，该法基于真空中的高频激励而产生辉光放电，将四氟化碳中的氟离子电离出来，从而获得化学活性微粒与被刻蚀材料起化学反应产生辉发性物质进行刻蚀的。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。4、去除磷硅玻璃工艺的研究；硅片在磷扩散过程中会在表面生成含磷的氧化硅玻璃层，玻璃层的存在会在电极印刷过程中，影响到金属电极和硅片的接触，降低电池的转换效率，同时玻璃层中还含有多种金属离子杂质，会降低少子寿命。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。利用氧化硅与氢氟酸反应可生产可溶性的络合物六氟硅酸的原理，可有效去除硅片表面的磷硅玻璃层。5、PECVD镀膜工艺的研究；太阳光照射到硅片表面被硅片吸收透射的同时，也会有很大一部分光被硅片表面反射出去，这样大大减少了太阳能的利用率，所以研究在硅片表面接触阳光的一侧镀上一层减反射膜，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的四分之一时，在薄膜的两个面上反射的光，其路程恰好等于半个波长，因而互相抵消，大大减少了光的反射损失，增强了吸收光的强度，提高电池的效率。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。图8 PECVD镀膜效果图目前镀膜的主要方式为借助微波或射频等使由硅烷（SiH4）与氨气（NH3）组成的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易相互发生反应，在电场下作定向移动，于基片上沉积出深蓝色氮化硅薄膜。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。通过实验分析研究反应压强、反应温度、硅烷氨气流量比和微波功率等不同沉积条件对于氮化硅薄膜特性的影响，得出在最佳的沉积条件，在温度为430，压强为2.110-1mbar，功率为3 200 W，流量比为3.07，制备的薄膜具有良好特性，是制作减反射膜的良好的方案。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。6、印刷烧结工艺研究；通过丝网印刷在硅片的的两面制作金属电极、正面电极收集电子、背面电极利于焊接机组件的制作。印刷烧结的步骤分为：背面电极印刷电极烘干背面背场印刷电场烘干正面电极印刷高温烧结 。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。背面印刷分为电极印刷与电场印刷，电极采用Ag/Al浆料印刷，电场采用Al浆料印刷，印刷丝网如下图所示，该图形可以与铝背场形成良好的欧姆接触，铝浆料和银浆料有细栅线的重叠部分，可大大提高转化效率和填充因子。阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。正面电极采用Ag浆料印刷，在印刷过程中要保证印刷图形完整、线条饱满、印刷浆料重量适当。高温烧结是将原子从系统中不稳定的高能位置迁移至自由能最低的位置的过程。通过烧结可以干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触。背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中作为P型掺杂，可以减少金属与硅交接处的少子复合，从而提高开路电压和短路电流，改善对红外线的响应。氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。(二)技术关键1、硅片小绒面处理技术；在制绒过程中采用表面活性剂对硅片表面进行喷涂，改善晶体硅表面与NaOH水溶液的湿润亲和，提高绒面上角锥体的覆盖率，生长出微观尺寸均匀的表面角锥体，几何尺寸约为0.1微米5微米，减少对太阳能的反射，提高电池片的光电转换效率。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。2、印刷磷源单步扩散技术；通过丝网印刷在硅片表面如电极栅线状印刷好高浓度磷浆，放入常规扩散炉中进行扩散，往扩散炉中加入充足的氧气对硅片表面进行氧化，在非印刷区得到适当厚度的氧化层，后通入携POCl3气体，通入的POCl3会分解出P2O5，并沉积到这一氧化层的表面得到一层很薄的磷硅玻璃，由于这一氧化层对磷硅玻璃中磷原子往硅片深处的扩散有消弱的作用，继续扩散一段时间后可以在此区域得到比印刷区低的表面杂质浓度。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。3、管内微孔喷淋扩散技术；在扩散炉中加设一根喷淋管，工艺气体从喷淋管中进入扩散炉内，并由喷淋管下端开设的出气孔中喷出，对装载有待扩散硅片的石英舟中的硅片进行喷淋，由于气体流向与硅片摆放位置相适应，硅片对气体阻挡作用小，可使得扩散后硅片的单片方块电阻值更加均匀。谚辞調担鈧谄动禪泻類。4、等离子体干法刻蚀技术；该技术基于真空中的高频激励而产生辉光放电，将四氟化碳中的氟离子电离出来，从而获得化学活性微粒与被刻蚀材料起化学反应产生挥发性物质而被除去。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。5、去磷硅玻璃技术；利用氢氟酸与氧化硅反应可生成可溶性的络合物六氟硅酸的原理去除硅片表面的磷硅玻璃。其反应式如下：SiO2+6HFH2SiF6+2H2O6、PECVD镀膜技术；采用SiH4和NH3气源以制备氮化硅薄膜，并研究探索了PECVD生长氮化硅薄膜的基本物化性质以及在沉积过程中反应压强、反应温度、硅烷氨气流量比和微波功率对薄膜性质的影响。最终得出结论为，在温度为430，压强为2.110-1mbar，功率为3200 W，流量比为3.07，制备的薄膜具有良好特性，是制作减反射膜的良好的方案。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。7、丝网印刷及高温烧结技术；将金属导体浆料按照所设计的图形通过刮条挤压丝网弹性形变后漏印在硅片正面、背面分别形成背面电极、背面电场和正面电极，然后在适当的气氛下通过高温烧结，使浆料中的有机溶剂挥发，金属颗粒与硅片表面形成牢固的硅合金，与硅片形成良好的欧姆接触。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。(三)创新点创新点一：开发了单步扩散制备选择性发射极技术，采用印刷磷源单步扩散法，只需要一道磷扩散制程即可获得选择性发射极结构，降低了生产成本，提高了电池转换效率，有利于选择性发射极太阳能电池的产业化推广。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。选择性发射极太阳能电池的基本结构与常规电池类似，但需要对正面金属栅电极与硅片接触部位及附近形成高掺杂深扩散区，而其他区域形成低掺杂浅扩散区。该结构可降低正面金属栅电极之间区域的扩散层复合，提高电池片的短波响应，同时减少正面金属栅电极与发射极硅层的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到改善，提高转化效率。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。现有选择性发射极制作技术主要有双次扩散法和单步程扩散法。双次扩散法需进行两次热扩散以形成两个不同的扩散区，其工艺步骤复杂且两次高温热过程的热耗很大，给硅片带来较大的热损伤，对多晶硅的影响尤其严重。单步程扩散法是在一次热扩散中形成两个不同的扩散区，其关键技术需要首先在硅片表面不同区域得到不同量的扩散杂质源，由于扩散杂质源的不同在扩散过程中形成不同扩散程度的扩散区。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。目前单步程扩散制备选择性发射极太阳能电池的主要方案有：氧化层掩膜扩散印刷法和激光涂源掺杂电镀法。氧化层掩膜扩散印刷法涉及的技术非常复杂，工艺效率低，生产成本高，而激光涂源掺杂电镀法需要添置大型激光设备，且采用激光热效应进行掺杂的均匀性和后续电镀法制作电极的可控性也存在问题。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。以上两种单步程扩散方案增加设备较多，工艺复杂，成本昂贵，不利用产业化推广。我公司在以上两种方案的基础上进行大胆创新，找到一些改进的方法，提出了一个满足低成本与高电池转换效率的选择性发射极技术，只需要一道磷扩散制程即可获得选择性发射极结构的印刷磷源单步扩散法。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。 使用自主研发的高浓度磷浆在制绒清洗后的硅片表面印刷与正面电极匹配的图形，在烘干炉中进行烘干，线宽控制在150-180m；放入常规扩散炉中进行扩散，在高温扩散前通入大量氧气在硅片表面形成厚度20nm左右的SIO2层，后通入携POCl3气体并分解出P2O5，由于SIO2层对磷原子往硅片深处的扩散有消弱的作用，扩散一段时间后可以在此区域得到比印刷区低的表面杂质浓度，得到的扩散方块电阻为100W/sq-120W/sq，印刷区方块电阻为40W/sq-45W/sq；只需要一道磷扩散制程即可获得选择性发射极结构，提高了电池转换效率，有利于选择性发射极太阳能电池的产业化推广。目前国内普遍采用两步扩散法制备因硅片有两次高温热过程，对硅片的损害较大而且热耗也很大，从成结的质量和工艺成本来说，都不够理想。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。丝网印刷印刷正面电极时使用自主研发的全钢网，不易变形和适合更窄的线宽，网版的使用寿命可达十万次以上，印刷图形的线宽能控制在35-40m，避免目前使用的钢丝网在使用过程中张力下降等导致的印刷图形偏移；首创通过软件修正来弥补机器印刷精度的不足，取不同时期的定位位置并统计分析取平均进行修正后再进行对印刷硅片的定位，来降低印刷偏移。从而来实现丝网印刷精准的二次对位。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。采用印刷磷源扩散法制作选择性反射极太阳能电池，可以有效提高硅晶太阳能电池的转换效率，转化效率可达18.8%以上，其工艺简单、成本低，具有良好的产业化前景。裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。创新点二：设计了管内微孔喷淋结构，使得在扩散过程中，反应介质能最快均匀到达反应区域，有效提高了扩散过程的均匀性。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。现有技术扩散源输送装置的进气方式，工艺气体从石英扩散管的尾部通入，从而对装载有待扩散硅片的石英舟中的硅片进行扩散。硅片对气流的运动产生阻挡作用，造成硅片与硅片之间杂质源浓度不均匀，硅片中心的杂质源浓度低于周围的杂质源浓度，从而造成扩散后硅片的单片方块电阻值不均匀，扩散后单片方块电阻的不均匀性在8%左右。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。图9 现有扩散源输送装置为了避免硅片对气流的运动产生阻挡, 减小石英管内杂质源浓度分布的差异，从而减小单片方块电阻不均匀性，我们设计了如下图所示的管内微孔喷淋扩散炉结构。该结构分别在石英舟的正上方和正下方设有进气喷淋管和抽气管，并在进气喷淋管上设有一排进气孔，在抽气管对应位置设有相应的抽气孔。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。图10 管内微孔喷淋扩散炉在扩散过程中工艺气体从石英进气喷淋管进入扩散炉管，通过排气孔喷淋到硅片上，然后通过抽气孔抽出由抽气管排出扩散炉，在此过程中减少了扩散工艺气体的横向流动，避免了工艺气体在横向流动时因硅片阻挡导致气流不均匀。工艺气体只在垂直平面内经过硅片，是硅片与工艺气体均匀充分接触，从而在硅片内形成均匀的P-N结，得到比较一致的方块电阻。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。采用喷淋式扩散进气方式后单片方块电阻的不均匀性由原来的8%下降到4%，均匀性变好对电池片带来的优点如下：鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。1与后道的烧结条件更容易匹配，在后续的工艺改进中能够提高更高的方块电阻；2电池片方块电阻均匀性变好，结的平整性变好；3边缘的方块电阻升高，减少复合，提高了短波响应，对Isc的提升很有帮助，到达提升转换效率的目的；4喷淋式进气的反应更充分，配合使用减源工艺，更低POCL3、特气的消耗量，降低了生产成本，同时也减少了偏磷酸，提高了扩散管的洁净度；栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。5扩散更直接，反应介质最快均匀地到达硅片反应区域，可缩下硅片之间的间距，提升单管工艺的产量。四、项目预期目标（主要技术经济指标、知识产权申请情况、应用前景）（一）主要技术指标本项目研究的是选择性发射极结构太阳能电池，主要包括硅片制绒清洗工艺、选择发射极磷扩散工艺的研究、周边刻蚀工艺、去除磷硅玻璃工艺、印刷烧结工艺的研究。其主要技术指标如下：辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。A. 电流密度（Jsc） 37.5mA /cm2B. 转换效率 (nCell) 18.8%C. 开路电压 (Uoc) 0.635VD. 填充因子（FF） 79%注：以上技术指标均以125mm125mm单晶硅日产量为统计样本。（二）主要经济指标本项目通过改进，电池片平均效率从目前的18.2%提升到18.8%，单片电池片可提高功率0.1W，按目前市场价5元/瓦，折合人民币每片电池片可增加利润0.5元；按每条生产线产能30MW计算，每条生产线可增加利润约400万以上。同时提升产量由目前的每管300片提升至400片，产能提升30%，每条线可节约生产成本80万元。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。项目产品生产销售稳定后，年增产值2000万元，年增利润420万元，年增税金80万元，年创汇120万美金，年节汇120万美金。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。（三）社会效益项目产品研发成功将打破国际大公司在太阳能生产线的核心技术的垄断，解决了电池片光电转换效率低、生产成本高、可持续发电寿命短的问题。通过对高效太阳能电池核心组件制造技术的攻关研究，开发出具有自主知识产权、处于国内领先水平的新能源利用关键共性技术，缩小我市和国内外在新能源领域的先进技术水平的差距，形成了具有本市特色的核心竞争力，提高了我市在国家乃至世界新能源产业的地位。则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。本项目通过对选择性发射极(SE selective emitter )结构工艺的优化和改进以及开发管内微孔喷淋扩散技术，提高太阳能电池的光电转换效率，平均转换效率能达到18%以上，在行业内属一流水平，提高公司产品的市场竞争力。本项目在CO2的减排上了做了一定的贡献，在生产过程中不但没有CO2的排放，而且通过提高资源的利用效率和提供清洁无污染的发电设备，以产品使用寿命25年，每年发电时间1500小时计，可间接减排温室效应气体（以CO2）计8298014吨。胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。本项目产品成功开发后，以其区域位置优势，优异的性能，相对较低的价格，节能环保的理念等优势，必将在竞争中取得有利位置，经济潜力巨大。在实现企业自身价值的同时，为国家节约大量外汇和传统不可再生能源，对于我市能源供应、优化能源结构、改善环境、产业转型升级具有重要的意义。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。（四）技术应用及产业化前景我国人口众多的现状，化石能源资源严重不足，人均石油储量不到世界平均水平的1/10，人均煤炭储量仅为世界平均值的1/2。能源不足必将成为我国经济社会可持续发展的制约因素，积极寻求可持续发展的新能源解决方案在我国已经达成广泛的共识。中国是太阳能资源丰富的国家，全年辐射总量在91.72,333kWh/年之间，国土总面积 2/3 以上地区年日照时数大于 2,000 小时，全国绝大部分地区都可以利用太阳能解决生活和生产上的日常需要，光伏发电发展潜力巨大，将对中国国民经济的发展起到很大的推动和促进作用。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。十二五期间，随着太阳能电池制造技术的改进以及高效率光电转换装置的发明各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。由此可见，太阳能电池市场潜力较大，发展前景广阔。陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。本项目研发的选择性发射极太阳能电池产品适应了当前太阳能过领域对于太阳能电池使用寿命长、节能环保、高效率、低成本的趋势和要求，具有广阔的应用前景，并且由于上述研究目标均具有初步的研究和应用的基础工作作为支撑，推广应用和产业化前景明朗。通过本项目的研究，将初步将解决上述产品在工业化过程中技术难题，并对其进行系统的应用研究，对高效太阳能电池的发展起到良好的示范作用。所以该项目研制成功后，不仅具有广阔的市场前景，而且能为公司带来巨大的经济效益，更能带来巨大的社会效益。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。（五）自主知识产权情况通过本项目实施，“印刷磷源单步扩散制备选择性发射极技术”、“管内微孔喷淋扩散技术”两大核心技术将取得自主知识产权，通过申报专利保护企业技术，获得国家发明专利2项，实用新型专利3项，培养高级工程师23名。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。五、研究方案、技术路线、组织方式与课题分解（一）、实施方案本项目是研制选择性发射极太阳能电池，首先要对用户进行考察调研，了解产品的使用信息，如光电换转率、使用寿命、介质特性及产品功能等，然后由项目负责单位制定研发计划，整个过程分为五个阶段：项目调研立项阶段、项目设计评审阶段、项目加工制造阶段、项目试验及试用阶段、项目改进及验收阶段，具体工作安排如下：懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。1、调研立项阶段根据国家宏观政策和发展规划，成立课题研究小组，进行广泛的信息收集，了解项目的研究现状及发展前景，了解用户对产品性能的要求及需解决的关键技术，然后由研究小组对所收集的各种技术信息进行分析研究整理，制订项目开发计划。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。2、设计评审阶段由项目方案设计组进行方案设计方案设计评审工作图设计工作图设计评审工艺审查标准化审查工艺试验（硅片制绒清洗、选择发射极磷扩散、镀膜等工艺评定）产品图纸审定批准。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。3、加工制造阶段由生产调试分析组进行具体功能分类模拟调试，数据统计，数据分析，性能测试等，为设备制作安装组提供详实数据资料，然后按图施工、规范作业，进行产品加工组装。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。4、试验及试用阶段产品组装后，按相关标准进行出厂各项性能指标测试检验，然后交予用户进行使用。5、改进及验收阶段产品经过一定的运行周期验证后，用户提供产品使用情况反馈意见，项目研究小组根据产品实际使用情况，作出产品定型意见，如果需要改进，则尽快实施改进措施，并经用户再次试用，直到完全符合用户要求，才能作出产品定型的结论，才能进行产业化运行，达到项目验收条件后，组织项目验收会进行验收。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。（二）技术路线和工艺流程1、技术路线2、工艺流程（三）组织方式与课题分解本项目由本公司自主研发，独立完成。企业内部成立课题攻关小组实施原材料检验印刷背电场和烘干POCL3扩散形成PN结等离子体边缘刻蚀PECVD沉积SiNx 等级判定共烧形成金属接触电池片测试装片去磷硅玻璃和甩干超声波清洗去除损失层和表面绒面化*印刷磷浆和烘干印刷背电极和烘干包装入库印刷正电极研究，进行配方设计和工艺优化，对关键技术研究攻关，自筹资金，完善必要的研究生产条件（包括研究人员、厂房、仪器设备等）。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。项目管理将实行项目负责人负责制，项目负责人负责本项目的总体实施，包括项目总体方案（研究目标、内容和进度等）的确定，具体的研究任务根据项目实施方案进行合理分工。在项目总框架下建立两个子课题组：1、印刷磷源单步扩散制备选择性发射极技术开发研究；2、扩散炉管内微孔喷淋扩散技术改进研究。各小组分工负责，相互衔接配合，定期检查交流，接受项目负责人的直接监督，并定期向项目负责人汇报。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。项目研究过程和经费使用，将在科技管理部门的监管下，由项目负责人负责组织实施，研究经费将实行专款专用，根据各子课题组承担的研究任务，确定经费使用计划，项目负责人根据各子项目完成进度和质量对分配比例可作适当调整。全部经费的使用均应符合国家对科研经费的有关管理规定。灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。2、课题分解本项目大体分为印刷磷源单步扩散制备选择性发射极技术开发研究和扩散炉管内微孔喷淋扩散技术改进研究两大子课题，对每个子课题的技术规程、工艺流程等研发工作任务，由项目组成员根据个人的专业特长进行分工，明确职责。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。（1）印刷磷源单步扩散制备选择性发射极技术开发研究：由xxx工程师担任“印刷磷源单步扩散制备选择性发射极技术开发研究”子课题负责人，主要负责研究现有选择性发射极太阳电池扩散工艺，分析其优缺点，提出改进方案，要求工艺操作简单、成本低，具有产业化前景。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。（2）扩散炉管内微孔喷淋扩散技术改进研究：由项目负责人xxx工程师，担任超“扩散炉管内微孔喷淋扩散技术改进研究”子课题负责人，针对目前硅片经扩散后单片方块电阻值不均匀的问题，研究问题产生的原因，提出改善方案。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。六、计划进度安排起始年月进度目标要求2011.9-2011.11项目前期准备，成立研究开发小组，进行广泛的行业调研，技术考察、技术人员培训等；对所收集的各种技术信息进行分析研究整理，制定设计方案及计划，完成初稿并进行设计评审。2011.12-2012.4投入资金进行研发设备的购置，实验相关材料购买；进行产品试制、检测并完善设计方案。2012.5-2012.7进行中期检查，按时提交自查报告。2012.8-2012.10样品试制成功后经专家评审后，送客户适用，并征求顾客意见；根据反馈意见并完善设计方案。2012.11-2012.12总结前阶段工作，着手自定生产工艺、细化产品结构，完善检测设施，确保产品的质量；撰写项目研究报告和技术总结报告等验收资料，完成项目验收。七、现有工作基础和条件（一）研发基础和条件本公司成立于2010年6月，坐落在温州市平阳经济开发区，注册资本1188万元，占地面积16675平方米，建筑面积9378.5平方米，是一家专业从事太阳能电池片、组件、硅棒、硅片的研发、制造、销售和技术服务的企业。自公司以来，以“技术高尖端、产品高品位、质量高标准、服务高效率、品牌高美誉，创世界光伏品牌”为经营目标。公司聘请在国内光伏领域具有较高影响力的技术人员为公司的技术骨干，公司80%的中层以上技术管理人员具有多年从事太阳能电池研发经验。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。公司成立了研发中心，现有人12人，其中：工程师3名。研发中心购入国际国内先进的研发、检测设备；建立了强大的科研团队，聘请国内知名院校和行业内的权威专家作为本公司的技术顾问，同时与华中科技大学、西安交通大学建立建立了良好的合作关系，保证了科研开发水平具有较高的起点，并在技术上形成可持续竞争力；引进先进的管理体制；每年投入研发费用超过总销售的5%，2011本公司技术开发投入156万元，占销售收入的12%。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。自中心成立以来，年均开发新产品3项，累计开发了20多种新产品、新技术，并全部完成转化，其中市科技计划项目1项。偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。（二）生产基础和产业化条件现有职工人数125人，大、中专以上文化程度人员占90%，其中高级专业技术人员3名。研发中心内设有原材料检验室、成品检验室、试验车间，其中实验室3个、中试车间5个，拥有各类专业技术人员30名；拥有各类加工设备46台（套），各类性能试验检测设备配套齐全。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。公司具体人员统计信息如下：公司具体人员统计信息如下：序号统计项目数据比例1员工总数125100%2大专学历以上人数3830%3技术开发人数129.6%4生产一线工人数76608%5销售人员数32.4%6管理人员数86.4%公司拥有太阳能成套加工生产线1条，各类加工设备46台。除此以外配套的通用设备有德国CENTROTHERM的PECVD、德国ASYS丝印机、美国DESPATCH烧结炉、台湾的刻蚀机、深圳鸿意宝的清洗制绒机、深圳捷佳创的扩散炉、日本奥林巴斯显微镜、美国SENTECH椭偏仪等能满足今后批量生产要求，并配有必备的专用工艺装备。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。公司现有经验丰富的一线工人125人，能够将新产品、新技术产业化。公司注重产品质量建立有质检部门，拥有先进的检测设备。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。（三）研发团队本项目为公司重点研发项目，对公司发展具有战略性意义。公司专门组建了科研队伍是本项目研发和实施的有效保证；本项目研发团队实力雄厚，共有研发人员9名，其工程师3人，助理工程师4人，助理会计师1人。镞锊过润启婭澗骆讕瀘。项目负责人xxx，男，工程师，1983年10月出生，毕业于西北工业大学光信息科技与技术专业。参加工作以来，先后在国内多家知名上市公司任职，参与多项重大科技项目的研制：（1）选择性发射极太阳电池产业化的初步研究；（2）一种新型的太阳能电池光陷阱技术的研发；（3）新型单晶制绒液添