ch4太阳电池的制造.pptx

v硅材料来源硅材料来源优优质质石石英英砂砂，也也称称硅硅砂砂，以以大大量量的的硅硅酸酸盐盐矿矿和和石石英矿存在于自然界中英矿存在于自然界中硅硅 砂砂（焦焦 炭炭 电电 炉炉）硅硅 铁铁(冶冶 金金 铁铁,含含 硅硅 97%-99%)盐盐酸酸 三三氯氯氢氢硅硅(CH4硅硅烷烷)还还原原氢氢气气 多多晶晶硅硅硅在地壳中的含量为硅在地壳中的含量为27.7%，在所有的元素中居，在所有的元素中居第二位，地壳中含量最多的元素氧和硅结合形成的第二位，地壳中含量最多的元素氧和硅结合形成的二氧化硅二氧化硅SiO2，占地壳总质量的，占地壳总质量的87%。由于硅易于与氧结合，自然界中没有游离态的硅由于硅易于与氧结合，自然界中没有游离态的硅存在存在硅有晶态和无定形两种同素异形体。硅有晶态和无定形两种同素异形体。4.1硅材料的制备硅材料的制备v硅材料来源硅材料来源晶态硅分为晶态硅分为单晶硅和多晶硅单晶硅和多晶硅，它们均具有金刚石，它们均具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导导电率不及金属，且随温度升高而增加电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体，具有半导体性质。晶态硅的熔点性质。晶态硅的熔点1410C,沸点沸点2355C,密度密度2.322.34g/cm3，莫氏硬度为，莫氏硬度为7。单晶硅和多晶硅的区别是，当单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固熔融的单质硅凝固时时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质物理性质方面方面。如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅不。如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅不如单晶硅。如单晶硅。v多晶硅锭制造多晶硅锭制造杜邦法：杜邦法：SiCl4锌还原法锌还原法三氯氢硅法（西门子法）三氯氢硅法（西门子法）制作三氯氢硅制作三氯氢硅(TCS)分馏分馏TCS达到达到PPb级超纯级超纯化学气相沉积法还原成多晶硅化学气相沉积法还原成多晶硅硅烷法硅烷法成本和质量都比三氯氢硅法高成本和质量都比三氯氢硅法高多晶硅原料的制造流程的分类(Siemens方法)冶金级多晶硅原料的制造Simens方法最普遍的制程条件为：石英反应炉的炉壁温度要在575oC以下，晶种温度约为1100oC.SiHCl3与H2的摩尔比率在515%之间反应炉的压力要小于5psi.气体流量要比计算值大，以增加沉积速率及带走HCl气体4.2多晶硅的制备多晶硅的制备如何降低生产成本，一直是太阳电池业者所面临最大的挑战之一。由于CZ单晶片的生产成本较高，因此促使太阳电池业者寻求使用价格较低廉的多晶硅片来当原料基板。多晶硅片一般是将熔融的硅铸造固化而成，因其制程简单及高产出率，所以具有成本较低的优势，已经超越单晶硅太阳电池，成为全球太阳电池市场最高（50%）的主流技术。4.3单晶硅的制备单晶硅的制备硅是太阳电池产业最主要的材料。在全球生产的太阳电池中有90%以上是使用结晶硅的，这其中多晶硅太阳电池大概占了50%以上，而单晶硅太阳电池占将近40%左右。在工业界，主要有2种方法可用来生长单晶硅。其中，直拉单晶法（又称Czochralski法，简称CZ法）占了约85%，另一个方法为区熔法（FZ法）。实际上只有CZ法较适合使用者太阳电池产业上。FZ法虽然可以制造出最高转换效率的硅晶片，但因价格过高，所以很少用在太阳电池产业上。*CZ法法虽然CZ单晶硅太阳电池理论能量转换效率可达24.7%，但一般商业等级的CZ单晶硅太阳电池最高只能达到约17%左右，这是因为考虑到成本因素，无法采用最高等级的原料及制程条件的缘故。要降低单晶硅片的生产成本，必须从以下方面着手：1.提高CZ单晶生长的产出率。2.使用再生硅原料以降低原料成本3.降低线切割的成本4.切更薄的硅单晶片日本生产的16in硅单晶大晶体，重438Kg（a）一CZ拉晶炉设备的外观，（b）拉晶炉内部的热场与拉晶的示意图CZ拉晶流程拉晶流程(1)加料加料(Stacking Charge)此步骤主要是将多晶硅原料及掺杂物置入石英坩埚内。杂质的种类依电阻为N或P型而定。P型的掺杂物为硼，N型掺杂物则一般使用磷。将多晶硅原料加到石英坩埚CZ拉晶流程拉晶流程(2)熔化熔化(Meltdown)多晶硅原料正在熔化过程当加完多晶硅原料于石英坩埚内后，长晶炉必须关闭并抽真空使之维持在一定的压力范围。然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度（1420oC）以上，将多晶硅原料熔化。在此过程中，最重要的制程参数为加热功率的大小，使用过大的功率来熔化多晶硅，虽可以缩短熔化时间，将可能造成石英坩埚壁的过度损伤，而降低石英坩埚之寿命。反之若功率过小，则整个熔化过程耗时太久，产能乃跟着下降。CZ拉晶流程拉晶流程(3)稳定化稳定化(Stabilization)当硅溶液完全熔化后，将其温度调到适合拉晶的稳定状态。熔化后让硅溶液温度稳定化CZ拉晶流程拉晶流程(4)晶头生长晶头生长(Neck Growth)晶头生长可消除差排的示意图晶头生长可消除差排的示意图CZ拉晶流程拉晶流程(5)晶冠生长晶冠生长(Crown Growth)晶冠与晶肩的生长阶段CZ拉晶流程拉晶流程(6)晶身生长晶身生长(Body Growth)晶身的生长步骤长完晶头及晶肩之后，藉着拉速与温度的不断调整，可使晶棒的直径维持在2mm之间，这段直径固定的部分即称之为晶身。由于硅晶片即取自晶身，此阶段的参数控制是非常重要的。在晶身生长时，拉速一般要随着晶身长度而递减，这是因为随着液面高度的下降，晶棒受到石英坩埚壁的热辐射增加，散热能力变差的原因。CZ拉晶流程拉晶流程(7)尾部生长尾部生长(Tail Growth)晶尾的生长步骤在长完晶身部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力使得晶棒出现差排与滑移线。于是为避免此一问题发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开。这一过程即称之为尾部生长。接着，长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。常见的太阳电池级CZ硅单晶片的规格范例4.4晶体硅太阳电池的制造晶体硅太阳电池的制造v生生产产四四个个技技术术阶阶段段:原原料料、基基片片、电电池池、组组件件v工工艺艺流流程程：切切片片清清洗洗腐腐蚀蚀制制结结去去边边制减反射膜制减反射膜电极制备电极制备烧结烧结检测检测4.4.1 原料的切割原料的切割线切割示意图4.4.2 表面处理表面处理v硅片的表面处理硅片的表面处理硅片的化学处理硅片的化学处理表表面面污污染染的的杂杂质质：油油脂脂、松松香香等等有有机机物物质质，金属离子等无机化合物，尘埃等可溶性物质金属离子等无机化合物，尘埃等可溶性物质高高纯纯水水、甲甲苯苯三三氯氯乙乙烯烯等等有有机机溶溶剂剂和和高高纯纯中中性洗涤剂等清洗性洗涤剂等清洗硅片的表面腐蚀硅片的表面腐蚀利用酸性或碱性腐蚀液对硅切片损伤腐蚀利用酸性或碱性腐蚀液对硅切片损伤腐蚀主标志面主标志面主标志面主标志面次标志面次标志面次标志面111n型111p型100n型100p型半导体晶片上的辨别标志面太阳电池生产流程：太阳电池生产流程：清洗制绒清洗制绒扩散扩散去去PSG印刷印刷刻蚀刻蚀PECVD硅片硅片烧结烧结电池电池电池生产线电池生产线硅片生产线组件生产线清洗制绒清洗制绒作为太阳电池生产中的第一道工序，其主要作用有两个：损伤层1）祛除硅片表面的杂质损伤层：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。2）形成陷光绒面结构：光线照射在硅片表面通过多次折射，达到减少反射率的目的。4.4.3 制作绒面制作绒面表面绒面化表面绒面化由于硅片用由于硅片用P P型（型（100100）硅片，）硅片，可利用氢氧化钠溶液对单晶硅可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片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面。当各向异性因子制备绒面。当各向异性因子1010时（所谓各向异性因子就时（所谓各向异性因子就是（是（100100）面与（）面与（111111）面单晶）面单晶硅腐蚀速率之比），可以得到硅腐蚀速率之比），可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。组成的绒面。绒面具有受光面绒面具有受光面积大，反射率低的特点。可提积大，反射率低的特点。可提高单晶硅太阳电池的短路电流，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从而提高太阳电池的光电转换效率效率。绒面制作方法：绒面制作方法：目前，晶体硅太阳电池的绒面一般的是通过化学腐蚀的方法制作完成，针对不同的硅片类型，有两种不同的化学液体系：制绒的作用及方法 2）多晶硅绒面制作：）多晶硅绒面制作：多晶硅绒面单晶硅绒面 1）单晶硅绒面制作：）单晶硅绒面制作：Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2n此反应为各向异性反应，也是形成金字塔绒面的原因3Si+4HNO33SiO2+4NO+2H2OSiO2+4HFSiF4+2H2OSiF4+4HFH2SiF6n此反应为各向同性反应，形成蠕虫状绒面 金字塔形角锥体的表面积金字塔形角锥体的表面积S0S0等于等于四个边长为四个边长为a a正三角形正三角形S S之和之和 由此可见有绒面的受光面积比光由此可见有绒面的受光面积比光面提高了面提高了1.7321.732倍。倍。绒面受光面积绒面受光面积 当一束强度为当一束强度为E0E0的光投射到图中的的光投射到图中的A A点，产生反射光点，产生反射光1 1和进和进入硅中的折射光入硅中的折射光2 2。反射光。反射光1 1可以继续投射到另一方锥的可以继续投射到另一方锥的B B点，点，产生二次反射光产生二次反射光3 3和进入半导体的折射光和进入半导体的折射光4 4；而对光面电池就；而对光面电池就不产生这第二次的入射。经计算可知还有不产生这第二次的入射。经计算可知还有11%11%的二次反射光可能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进行第三次反射和折射，由此可算得绒面的反射率为9.04%9.04%。绒面反射率绒面反射率绒面反射率：绒面反射率：n制绒前：硅片表面的反射率一般为20%左右；n制绒后：单晶的反射率可降至10%；多晶可降至15%；清洗制绒可有效提升对光线的吸收效率，提升电池性能。2.1单晶硅制绒设备单晶硅制绒设备设备架构：n槽式制绒设备，分为制绒槽、水洗槽、喷淋槽、酸洗槽等。设备特点：n可根据不同清洗工艺配置相应的清洗单元；n清洗功能单元模块化，各部分有独立的控制单元，可随意组合；n结构紧凑，净化占地面积小，造型美观、实用，操作符合人机工程原理。生产能力：n边长125：1000pcs/h清洗制绒的工艺设备及操作流程工艺槽体布局及工艺：槽体布局及工艺：操作方向1#槽2#槽3#槽4#槽5#槽6#槽7#槽8#槽9#槽作用去杂质颗粒去杂质颗粒形成金字塔绒面形成金字塔绒面去除碱液去除金属杂质去除酸液使硅片更易脱水去除酸液溶液纯水纯水IPA、添加剂、NaOHIPA、添加剂、NaOH纯水盐酸纯水氢氟酸纯水温度60607878常温常温常温常温常温时间300S300s900s900s180s180s180s180s180s辅助超声鼓泡鼓泡喷淋喷淋水槽水槽 制绒槽制绒槽清洗制绒的工艺设备及操作流程工艺上片水槽水槽水槽HCL槽HF槽各种药液的作用各种药液的作用1.异丙醇：降低硅片表面张力，减少气泡在硅片表面的吸附，使金字塔更加均匀一致。2.添加剂：-降低硅表面张力，促进氢气泡的释放，使金字塔更加均匀一致。-增加溶液的粘稠度，减弱NaOH溶液对硅片的腐蚀力度，增强腐蚀的各向异性3.HF酸：去除硅的氧化物，使硅片更易脱水4.HCL：去除金属离子清洗制绒的工艺设备及操作流程工艺单晶制绒遵循原则：小而均匀，布满整个硅片表面小而均匀，布满整个硅片表面清洗制绒的工艺设备及操作流程工艺 单晶制绒过程中影响因素单晶制绒过程中影响因素1.碱液浓度2.溶液的温度3.制绒腐蚀时间的长短4.异丙醇的浓度5.制绒槽内硅酸钠的累积量6.槽体密封程度、异丙醇的挥发程度领料插片配槽制绒清洗甩干单晶制绒生产流程单晶制绒生产流程:注意事项注意事项：1.进入制绒车间佩戴好防酸碱手套、围裙、口罩等；2.禁止裸手接触硅片；3.甩干后保持硅片表面干燥；4.及时将甩干后硅片送入扩散车间，滞留时间不超过1h。清洗制绒的工艺设备及操作流程工艺上料位下料位清洗制绒的工艺设备及操作流程工艺2.2多晶制绒设备：多晶制绒设备：设备架构：n链式制绒，槽体根据功能不同分为入料段、湿法刻蚀段、水洗段、碱洗段、水洗段、酸洗段、溢流水洗段、吹干槽。所有槽体的功能控制在操作电脑中完成。上料位下料位清洗制绒的工艺设备及操作流程工艺2.2多晶制绒设备：多晶制绒设备：产品特点：n有效减少化学药品使用量n高扩展性模块化制程线n拥有完善的过程监控系统和可视化操作界面n优化流程，降低人员劳动强度n通过高可靠进程降低碎片率n自动补充耗料实现稳定过程控制产能：n125mm*125mm硅片：2180片/小时n156mm*156mm硅片：1800片/小时多晶制绒的影响因素：多晶制绒的影响因素：1.温度对氧化反应的影响比较大，对扩散及溶解反应的影响比较小。温度升高，反应速度 常数会增大，物质传输速度也增大。2.水的加入主要降低了硝酸的浓度，从而减小了酸液对硅片的氧化能力 3.硫酸能提高溶液粘度，也不参加腐蚀反应，可以稳定反应速度，增加腐蚀均匀性。（rena刻蚀设备加硫酸而kuttler并不加）清洗制绒的工艺设备及操作流程工艺注意事项：注意事项：1.禁止裸手接触硅片；2.上片时保持硅片间距40mm左右；3.制绒时带速禁止随意改动；4.下片时注意硅片表面是否吹干；5.制绒清洗完硅片要尽快扩散，滞留时间不超过1h。清洗制绒的工艺设备及操作流程工艺多晶制绒生产流程多晶制绒生产流程:领料上片制绒水洗碱洗水洗酸洗水洗吹干3、主要检测项目及保准表面结构：表面结构：金相显微镜电子扫描显微镜单晶绒面-金字塔多晶绒面-沟槽金字塔为3微米左右蠕虫状细坑为3微米左右绒面标准绒面标准：反射率反射率：3、主要检测项目及标准所用仪器：标准8度角绒面积分式反射仪(D8)减薄量：减薄量：反射率标准：反射率标准：在保持硅片减薄量的前提下，反射率越低越好，单晶不能大于10%，多晶不能大于15%减薄量标准：单晶减薄量标准：单晶0.3克左右多晶克左右多晶0.4克左右克左右所用仪器：电子天平4、常见问题及解决方法类别现象原因解决方法单晶制绒白斑绒面没有制满延长制绒时间、增加NaOH小雨点H2没有及时脱离硅片表面增加IPA水痕硅酸钠含量过大重新配槽、改善喷淋手指印脂肪酸玷污规范生产操作手法多晶制绒黑绒反应过于剧烈增加2#槽HNO3表面发亮反应过多增加2#槽HF扩散后发蓝没有完全吹干改善吹风、增加6#槽HF含量减重不在范围之内反应速度过快或过慢手动添加2#槽的药液含量5、未来工艺的发展方向单晶碱腐蚀的改进技术现有工艺改进：单晶小绒面，减少漏电流、减少磨损的几率。设备改进，一体化设备：制绒后烘干。制绒新技术：激光制绒，形成规则金字塔表面。多晶酸腐蚀的改进技术酸腐蚀溶液配方的优化控制反应速度的缓冲剂，H2SO4在现有工艺的基础上，增加一些辅助技术，如蒸气制绒。规则金字塔表面4.4.4 扩散制结扩散制结扩散制结：多数厂家都选用p型硅片来制作太阳电池，那么一般用POCL3液态源作为扩散源。扩散设备可用横向石英管或链式扩散炉,进行磷扩散形成n型层。扩散的最高温度可达到850-900。这种方法制出的结均匀性好，方块电阻的不均匀性小于10，少子寿命可大于10s。扩散过程遵从如下反应式：4POCL33O2（过量）2P2O52CL2（气），2P2O55Si5SiO2+4P近年来，ShellSolar开发了新的扩散工艺，即采用红外加热的办法，明显提高了工效，扩散速度可以达到每秒完成一片电池。1、刻蚀的作用及方法刻蚀刻蚀作为太阳电池生产中的第三道工序，其主要作用是去除扩散后硅片四周的N型硅，防止漏电。扩散后硅片P的分布去去PSG顾名思义，其作用是去掉扩散前的磷硅玻璃。反应方程式如下：SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O4.4.5 去边（刻蚀）去边（刻蚀）刻蚀制作方法：刻蚀制作方法：目前，晶体硅太阳电池一般采用干法和湿法两种刻蚀方法。1、刻蚀的作用及方法1）干法刻蚀原理）干法刻蚀原理干法刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性生成物而被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌（这是各向同性反应）。2）湿法刻蚀原理）湿法刻蚀原理3Si+4HNO33SiO2+4NO+2H2OSiO2+4HFSiF4+2H2OSiF4+2HFH2SiF6大致的腐蚀机制是HNO3氧化生成SiO2，HF再去除SiO2。下面为化学反应方程式：水在张力作用下吸附在硅片表面。2.1干法刻蚀设备：干法刻蚀设备：设备名称：MCP刻边机设备特点：1.采用不锈钢材质做反应腔，解决了石英体腔在使用过程中，频繁更换腔体带来的消耗。2.电极内置，克服了射频泄露、产生臭氧的危害。3.射频辐射低于国家职业辐射标准。生产能力：一小时1200PCS2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品干法刻蚀中影响因素：干法刻蚀中影响因素：主要是CF4，O2的流量，辉光时间，辉光功率。右面表格为中式线所用工艺。工作气体流量（SCCM）气压（pa）辉光功率（W）辉光颜色O2CF4腔体内呈乳白色，腔壁处呈淡紫色20200100500工作阶段时间（S）抽气进气辉光抽气清洗抽气充气6012060030205060首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子。其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，并在表面上发生化学反应（掺入O2，提高刻蚀速率）。干法刻蚀工艺过程：干法刻蚀工艺过程：2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品干法刻蚀生产流程：干法刻蚀生产流程：装片运行刻蚀工艺下片插片去psg清洗甩干生产注意事项：生产注意事项：n禁止裸手接触硅片；n插片时注意硅片扩散方向，禁止插反；n刻蚀边缘在1mm左右；n刻蚀清洗完硅片要尽快镀膜，滞留时间不超过1h。2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品KUTTLER设备外观及软件操作界面2.2湿法刻蚀设备湿法刻蚀设备主要结构说明：n槽体根据功能不同分为入料段、湿法刻蚀段、水洗段、碱洗段、水洗段、酸洗段、溢流水洗段、吹干槽。所有槽体的功能控制在操作电脑中完成。产品特点：n有效减少化学药品使用量n高扩展性模块化制程线n拥有完善的过程监控系统和可视化操作界面n优化流程，降低人员劳动强度n通过高可靠进程降低碎片率n自动补充耗料实现稳定过程控制产能：n125mm*125mm硅片：2180片/小时n156mm*156mm硅片：1800片/小时2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品槽体布局及工艺：槽体布局及工艺：操作方向，带速1.2m/min上片上料位去PSG槽刻蚀槽水槽碱槽水槽酸槽水槽吹干下料位槽号2#槽3#槽4#槽5#槽6#槽7#槽8#槽溶液HFHF、HNO3NaOHHF、HNO3作用去PSG刻蚀、背面抛光去多孔硅 去金属杂质、使硅片更易脱水温度常温4常温20常温常温常温湿法刻蚀影响因素湿法刻蚀影响因素：带速、温度、槽液内各药液浓度、外围抽风、液面高度等。2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品KUTLLER刻蚀设备特点刻蚀设备特点：先去PSG，后刻蚀。此种方法优点是避免了先刻蚀由于毛细作用，导致PECVD后出现白边。缺点是由于气相腐蚀的原因，在刻蚀后方阻会上升。检测工艺点：检测工艺点：1.方阻上升在范围之内2.减重在范围之内3.3#槽药液浸入边缘在范围之内4.片子是否吹干，表面状况是否良好1.避免使用有毒气体CF4。2.背面更平整，背面反射率优于干刻，能更有效的利用长波增加Isc。被场更均匀，减少了背面复合，从而提高太阳能电池的Voc。湿法刻蚀优点：湿法刻蚀优点：湿法刻蚀影响因素湿法刻蚀影响因素：带速、温度、槽体内各药液浓度、外围抽风、液面高度等。2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品上片去PSG刻蚀水洗碱洗水洗酸洗水洗吹干湿法刻蚀生产流程：湿法刻蚀生产流程：生产注意事项：生产注意事项：n禁止裸手接触硅片；n上片时保持硅片间距40mm左右，扩散面朝上上片，禁止放反；n刻蚀边缘在1mm左右；n下片时注意硅片表面是否吹干；n刻蚀清洗完硅片要尽快镀膜，滞留时间不超过1h。2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品CF4：无色无臭毒性气体。不燃，若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。吸入后可引起头痛、恶心呕吐、快速窒息等。HF：无色透明至淡黄色冒烟的液体，有刺激性气味，具有弱酸性。腐蚀性强，对牙、骨损害较严重，对皮肤有强烈的腐蚀性作用。HCL：无色透明液体，为一种强酸，具有挥发性。眼和皮肤接触可致灼伤，长期接触可引起鼻炎、皮肤损害等。HNO3：无色透明液体，具有强氧化性、强腐蚀性，有窒息性刺激气味，在空气中冒烟，见光易分解生成NO2而显棕色。NaOH：白色晶体，有强烈的腐蚀性，有吸水性，可用作干燥剂，溶于水同时放出大量的热量。2.3刻蚀常用化学品：刻蚀常用化学品：2、刻蚀的工艺设备、操作流程及常用化学品3、主要检测项目及标准刻蚀主要检测硅片的减薄量、上升的方阻、硅片边缘的刻蚀主要检测硅片的减薄量、上升的方阻、硅片边缘的PN型。型。减薄量：减薄量：减薄量标准：多晶减薄量标准：多晶0.05-0.1克克所用仪器：电子天平方阻上升：方阻上升：所用仪器：四探针测试仪方阻上升标准：方阻上升方阻上升标准：方阻上升5个以内个以内冷热探针、三探针硅片边缘的硅片边缘的PN型型：所用仪器：冷热探针、三探针边缘边缘PN型：显示型：显示P型型电子天平四探针测试仪4、常见问题及解决方法刻蚀方法常见问题原因解决办法干法刻蚀刻蚀不足刻蚀时间过短、气量不足、射频功率过低相应调整刻蚀参数过刻刻蚀时间过长、射频功率过高相应调整刻蚀参数湿法刻蚀方阻上升过大酸液串槽加水稀释、重新配槽3#槽酸性气体浓度过高检查、加大抽风整体过刻、刻不通液面高度过高或过低减小、增大泵浦功率气流不均匀增大或减小抽风部分过刻或刻不通液面不水平调整抽风滚轮不水平调换滚轮气流不均匀调节抽风5、未来工艺的发展方向1.刻蚀发展方向：刻蚀发展方向：去PSG工序将与干法刻蚀合为一道工序，干法刻蚀将逐步被湿法刻蚀所取代。2.湿法刻蚀最新设备：湿法刻蚀最新设备：结合rena和kuttler设备的优点，既能避免黑边、方阻也不上升。4.4.6 去磷硅玻璃去磷硅玻璃去磷硅玻璃：用化学方法除去扩散去磷硅玻璃：用化学方法除去扩散层层SiO2与与HF生成可溶于水的生成可溶于水的SiF，从而使硅表面的磷硅玻璃（掺从而使硅表面的磷硅玻璃（掺P2O5的的SiO2）溶解，化学反应为：）溶解，化学反应为：SiO2 6HF H2（SiF6）2H2O4.4.7 制作减反射膜制作减反射膜减反射膜制备：采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD:PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition)技术在电池表面沉积一层氮化硅（SiNx）减反射膜，不但可以减少光的反射，而且因为在制备SiNx减反膜过程中大量的氢原子进入，能够起到很好的表面钝化和体钝化的效果。这对于具有大量晶界的多晶硅材料而言，由于晶界的悬挂健被饱和，从而降低了复合中心的作用。由于具有明显的表面钝化和体钝化作用，因此可以用比较差一些的硅材料来制作太阳电池。SiNx薄膜起到增强对光的吸收性的同时，氢原子对太阳电池起到很好的表面和体内钝化作用，从而提高了电池的短路电流和开路电压。SiN钝化与钝化与APCVD淀积淀积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太阳电池(PESC)(PESC)工艺。扩散后，在去除磷硅玻璃的硅片上工艺。扩散后，在去除磷硅玻璃的硅片上,热氧化生长一层热氧化生长一层10nm25nm厚厚SiOSiO2 2,使表面层非晶化使表面层非晶化,改变改变了表面层硅原子价键失配情况了表面层硅原子价键失配情况,使表面趋于稳定使表面趋于稳定,这样减少这样减少了发射区表面复合了发射区表面复合,提高了太阳电池对蓝光的响应提高了太阳电池对蓝光的响应,同时也同时也增加了短路电流密度增加了短路电流密度Jsc,Jsc,由于减少了发射区表面复合由于减少了发射区表面复合,这样这样也就减少了反向饱和电流密度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从而提高了太阳电池开路电压压VocVoc。还有如果没有这层。还有如果没有这层SiN,SiN,直接淀积直接淀积TiOTiO2 2薄膜薄膜,硅表面硅表面会出现陷阱型的滞后现象导致太阳电池短路电流衰减会出现陷阱型的滞后现象导致太阳电池短路电流衰减,一般一般会衰减会衰减8%8%左右左右,从而降低光电转换效率。故要先生长从而降低光电转换效率。故要先生长SiNSiN钝钝化再生长化再生长TiOTiO2 2减反射膜。减反射膜。TiOTiO2 2减反射膜是用减反射膜是用APCVDAPCVD设备生长的设备生长的,它通过钛酸异丙脂它通过钛酸异丙脂与纯水产生水解反应来生长与纯水产生水解反应来生长TiOTiO2 2薄膜。薄膜。多晶硅太阳电池广泛使用多晶硅太阳电池广泛使用PECVDPECVD淀积淀积SiN,SiN,由于由于PECVDPECVD淀积淀积SiNSiN时时,不光是生长不光是生长SiNSiN作为减反射膜作为减反射膜,同时生成了大量的原子同时生成了大量的原子氢氢,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作用,可用于大批量生产高效多晶硅太阳电池可用于大批量生产高效多晶硅太阳电池,为上世纪末多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。随着着PECVDPECVD在多晶硅太阳电池成功在多晶硅太阳电池成功,引起人们将引起人们将PECVDPECVD用于单晶用于单晶硅太阳电池作表面钝化的愿望。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由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氢,可以很好的钝化硅可以很好的钝化硅中的表面悬挂键，从而提高了载流子迁移率，一般要提高中的表面悬挂键，从而提高了载流子迁移率，一般要提高20%20%左右，同时由于左右，同时由于SiNSiN薄膜对单晶硅表面有非常明显的钝化薄膜对单晶硅表面有非常明显的钝化作用。经验显示，用作用。经验显示，用PECVD SiNPECVD SiN作为减反膜的单晶硅太阳电作为减反膜的单晶硅太阳电池效率高于传统的池效率高于传统的APCVD TiOAPCVD TiO2 2作减反膜单晶硅太阳电池。作减反膜单晶硅太阳电池。SiNSiN减反膜的厚度约减反膜的厚度约7575nm，折射率可高到，折射率可高到2.12.1（富硅）。（富硅）。PECVDPECVD淀积淀积SiNSiN4.4.8 制作电极制作电极表面金属化：太阳电池制造的最后一道制作工序是印刷电极，最早是采用的真空蒸镀或化学电镀技术，而现在普遍采用丝网印刷法，即通过特殊的印刷机和模板将银浆、铝浆印制在太阳电池的正、背面，以形成正、负电极引线，再经低温烘烤、高温烧结，最终即可制成太阳电池。在电池的背面制作电极毫无问题，可在整个背面加上一层薄的金属层，为了容易焊接必要时要镀上一层锡。但电池的正面必须保证对光线透明，因此，电池的正面的电极呈梳子状形式或丝网状树枝状结构。正面电极的形式和厚度总是两方面因素平衡的结果，一方面要有高的透过率，另一方面要保证栅网电极有一个尽可能低的接触电阻。各生产厂家有许多不同的制作工艺。通常电池片正面（负极）的梳子状电极结构中，一般有2条或3条主电极粗线，以便于连接条焊接，而背面往往以铝硅合金作为背表面场，以提高开路电压，背面（正极）也有2条或3条便于焊接的粗电极线，并往往还布满细细的网格状银线。丝网印刷技术近年来不断改进，自动化程度不断提高。先进的丝网印刷的模板采用镍板激光刻槽制成，以保证模板的耐久和栅格的精度。一般丝网印刷的正面电极对光线有7%左右的遮挡，采用先进的模板印刷工艺可减少对光的遮挡，同时接触电阻又有一定程度的降低，制造出的电池效率也会有所提高。检测分级：电极印刷后到高温烧结结束，整个太阳电池制造过程也就完成了，在太阳光下将太阳电池正、负极用导线接上，就有电流通过了。为了保证产品质量得一致性，通常要对每个电池测试，并按电流和功率大小进行分类，可根据电池效率，每0.4或0.5分级包装。但要使太阳电池能很好的满足用户发电需要，还须将太阳电池封装成太阳电池组件。银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，通过烘干，使有机银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，通过烘干，使有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上，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的表面层，氢原子的外释是有限构。只经过一次烧结钝化的表面层，氢原子的外释是有限的，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（要引入氮氢烘焙工艺（FGSFGS）。）。主要测试太阳电池的基本特性：主要测试太阳电池的基本特性：开路电压开路电压VOC、短路电流、短路电流ISC、填充因子、填充因子FF、能量转换效率、能量转换效率。FF为电池的填充因子为电池的填充因子(Fill Factor),它定义为电池具有最大输出功率它定义为电池具有最大输出功率(Pop,)时的电流时的电流(IOpt)和电压和电压(Vopt)的乘积与电池的短路电流和开路电压乘积的比值，的乘积与电池的短路电流和开路电压乘积的比值，较高较高 的的 短短 路电流和开路电压是产生较高能量转换效率的基础。如果两个路电流和开路电压是产生较高能量转换效率的基础。如果两个电池的短路电流和开路电压完全相同，制约其效率大小的参数就电池的短路电流和开路电压完全相同，制约其效率大小的参数就是填充因子。是填充因子。能量转换效率是光电池的最重要性能指标，它为光电池将入射能量转换效率是光电池的最重要性能指标，它为光电池将入射光能量转换成电能的效率。光能量转换成电能的效率。4.4.9 太阳电池性能测试太阳电池性能测试光电池的测试电路光电池的测试电路光电池的伏安特性光电池的伏安特性 下图显示了光电池的典型下图显示了光电池的典型I-V曲线。曲线。Pm为最大功率点。它的确为最大功率点。它的确定可用从光电池定可用从光电池I-V曲线上任意点向纵、横坐标引垂线，垂线与曲线上任意点向纵、横坐标引垂线，垂线与坐标轴保卫面积最大的点即为坐标轴保卫面积最大的点即为Pm。根据该特性曲线可以确定光根据该特性曲线可以确定光电池的电池的开路电压、短路电流开路电压、短路电流。太阳电池的短路电流等于其光生电流。决定短路电流的因素太阳电池的短路电流等于其光生电流。决定短路电流的因素很多，分析短路电流的最方便的方法是将太阳光谱划分成许多段，很多，分析短路电流的最方便的方法是将太阳光谱划分成许多段，每一段只有很窄的波长范围，并找出每一段光谱所对应的电流，每一段只有很窄的波长范围，并找出每一段光谱所对应的电流，电池的总短路电流是全部光谱段贡献的总和。电池的总短路电流是全部光谱段贡献的总和。负载特性负载特性 高效率太阳能电池制造的成本比普通硅太阳能电池要高得多，因此通常使用在太阳能车或空间应用上。Honda dream，1996年世界太阳能汽车挑战赛的冠军车。此车的太阳能电池效率超过20%。下面将列举，为了获得最高效率，实验室制造硅太阳能电池时所使用的一些技术和工艺特点：在发射区扩散低浓度的磷，既能尽量减小复合损失又能避免电池表面“死层”的出现。缩窄金属栅条的距离以减小发射区横向电阻的功率损耗。4.5高效太阳电池工艺简介高效太阳电池工艺简介非常好的金属栅条，通常小于20m，以减小阴影损失。打磨或抛光晶片表面后进行激光雕刻并铺上金属网格。小的电池面积和好的金属导电性，以尽量减小金属网格电阻损失。小的金属接触面积和在金属电极下面进行重掺杂，以尽量减小复合效应。使用精密加工的金属，如钛/钯/银，尽量降低接触电阻。良好的背面钝化以减少复合。使用减反射膜，能使反射光从30%减少到10%。有些现存的电池设计也整合了先进的实验室方法。其中有两种方法已经在市场中使用了，如太阳能电池车的PERL电池，由新南威尔士大学制造；还有背电极太阳能电池，由斯坦福大学和太阳动力公司研发。PERL太阳能电池太阳能电池 发射区钝化及背面扩散的太阳能电池-PERL电池使用了微电子技术使得在AM1.5条件下电池的效率接近25%。钝化发射区指的是在电池表面形成高质量的氧化物，能显著减少表面载流子复合的数量。对背面进行本地扩散，指的是只在与金属接触的区域掺杂，以在尽量减少复合的同时保持良好的点接触。实验室实验室高效率高效率太阳能太阳能电池的电池的示意图。示意图。PERLPERL电池表面的电池表面的电子显微镜图像，电子显微镜图像，显示了一根断的显示了一根断的金属栅条，栅条金属栅条，栅条总的宽度少于总的宽度少于20m20m，而接触部，而接触部分的宽度为分的宽度为3m3m。尽管制造成本很高，但是能生产出效率非常尽管制造成本很高，但是能生产出效率非常高的电池。太阳能电池车的电池有以下几个高的电池。太阳能电池车的电池有以下几个特点：特点：面积：面积：22cm2 22cm2 效率：效率：23.5%23.5%Voc Voc：703mV703mVIscIsc：914mA 914mA Jsc Jsc：41.3mA 41.3mA Vmp Vmp：600mV600mVFFFF：0.810.81 Imp Imp：868mA868mA太阳能电池的太阳能电池的IVIV曲线曲线 背电极太阳能电池背电极太阳能电池 背电极电池通过把两边电极都放到电池背面的方式来消除阴影损失。由高质量材料制成的薄膜太阳能电池，其在前表面被吸收的光生电子空穴对依然能被电池的背面电极收集。这种电池在聚光太阳能系统中非常有用，聚光电池系统中的串联电阻要比普通的大很多。把两种电极都移到背面的另一个好处就是两者之间的相互连接更加容易，栅条之间相距更近，因为必要在电池背面留下空间。二氧化硅钝化层和减反射膜N型扩散拥有长少数载流子寿命的p型衬底全部电极都在电池的背面，即简化连接又消除了阴影损失4.6太阳电池组件的封装太阳电池组件的封装电池组件电池组件定义：具有外部封装及内部具有外部封装及内部连接、能单独提供直流电输出的最小不可连接、能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳能电池组合装置，叫太阳能分割的太阳能电池组合装置，叫太阳能电池组件，即，即多个单体太阳能电池互联封装多个单体太阳能电池互联封装后成为组件。后成为组件。作用：作用：单个太阳能电池往往因为输出电压太低，单个太阳能电池往往因为输出电压太低，输出电流不合适，晶体硅太阳能电池本身又输出电流不合适，晶体硅太阳能电池本身又比较脆，不能独立抵御外界恶劣条件，因而比较脆，不能独立抵御外界恶劣条件，因而在实际使用中需要把单体太阳能电池进行串、在实际使用中需要把单体太阳能电池进行串、并联，并加以封装，接出外连电线，成为可并联，并加以封装，接出外连电线，成为可以独立作为光伏电源使用的以独立作为光伏电源使用的太阳能电池组件太阳能电池组件(SolarModule或或P