單晶硅電池工藝

1、單晶硅太陽能電池1. 基本 結構2.太陽能電池片的化學清洗工藝切片要求：切割精度高、表面平行度高、翹曲度和厚度公差小。斷面完整性好，消除拉絲、刀痕和微裂紋。提高成品率，縮小刀(鋼絲)切縫，降低原材料損耗。提高切割速度，實現(xiàn)自動化切割。  具體來說太陽能硅片表面沾污大致可分為三類：       1、有機雜質沾污： 可通過有機試劑的溶解作用，結合兆聲波清洗技術來去除。      2、顆粒沾污：運用物理的方法可采機械擦洗或兆聲波清洗技術來去除粒徑 0.4 m顆粒，利用兆聲波可去除

2、0.2 m顆粒。     3、金屬離子沾污：該污染必須采用化學的方法才能將其清洗掉。硅片表面金屬雜質沾污又可分為兩大類： （1）、沾污離子或原子通過吸附分散附著在硅片表面。 （2）、帶正電的金屬離子得到電子后面附著（尤如“電鍍”）到硅片表面。1、用 H2O2作強氧化劑，使“電鍍”附著到硅表面的金屬離子氧化成金屬，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。  2、用無害的小直徑強正離子（如H+），一般用HCL作為H+的來源，替代吸附在硅片表面的金屬離子，使其溶解于清洗液中，從而清除金屬離子。  3、用大量去離子水進行

3、超聲波清洗，以排除溶液中的金屬離子。    由于SC-1是H2O2和NH4OH的堿性溶液，通過H2O2的強氧化和NH4OH的溶解作用，使有機物沾污變成水溶性化合物，隨去離子水的沖洗而被排除；同時溶液具有強氧化性和絡合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其變成高價離子，然后進一步與堿作用，生成可溶性絡合物而隨去離子水的沖洗而被去除。因此用SC-1液清洗拋光片既能去除有機沾污，亦能去除某些金屬沾污。在使用SC-1液時結合使用兆聲波來清洗可獲得更好的清洗效果。     另外SC-2是H2O2和HCL

4、的酸性溶液，具有極強的氧化性和絡合性，能與氧化以前的金屬作用生成鹽隨去離子水沖洗而被去除。被氧化的金屬離子與CL-作用生成的可溶性絡合物亦隨去離子水沖洗而被去除。3.太陽能電池片制作工藝流程圖具體的制作工藝說明（1） 切片：采用多線切割，將硅棒切割成正方形的硅片。（2） 清洗：用常規(guī)的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或堿）溶液將硅片表面切割損傷層除去3050um。（3） 制備絨面：用堿溶液對硅片進行各向異性腐蝕在硅片表面制備絨面。（4） 磷擴散：采用涂布源（或液態(tài)源，或固態(tài)氮化磷片狀源）進行擴散，制成PN結，結深一般為0.30.5um。（5） 周邊刻蝕：擴散時在硅片周邊表面形成的擴散層，會使電池上

5、下電極短路，用掩蔽濕法腐蝕或等離子干法腐蝕去除周邊擴散層。（6） 去除背面PN結。常用濕法腐蝕或磨片法除去背面PN結。（7） 制作上下電極：用真空蒸鍍、化學鍍鎳或鋁漿印刷燒結等工藝。先制作下電極，然后制作上電極。鋁漿印刷是大量采用的工藝方法。（8） 制作減反射膜：為了減少入反射損失，要在硅片表面上覆蓋一層減反射膜。制作減反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3 ，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工藝方法可用真空鍍膜法、離子鍍膜法，濺射法、印刷法、PECVD法或噴涂法等。（9） 燒結：將電池芯片燒結于鎳或銅的底板上。（10）測試分檔：按規(guī)定參數(shù)規(guī)范，測試分類。生產電池片

6、的工藝比較復雜，一般要經過硅片檢測、表面制絨、擴散制結、去磷硅玻璃、等離子刻蝕、鍍減反射膜、絲網(wǎng)印刷、快速燒結和檢測分裝等主要步驟。本文介紹的是晶硅太陽能電池片生產的一般工藝與設備。 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(shù)進行在線測量，這些參數(shù)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(tǒng)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(shù)；微裂紋檢測模塊用來檢測硅片的內部

7、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定位置，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，可用的堿有氫氧化鈉，氫氧化鉀、氫氧化鋰和乙二胺等。大多使用廉價的濃度約為1%的

8、氫氧化鈉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丙醇等作為絡合劑，以加快硅的腐蝕。制備絨面前，硅片須先進行初步表面腐蝕，用堿性或酸性腐蝕液蝕去約2025m，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(xiàn)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下載部分、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(tài)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

9、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結是太陽電池生產最基本也是最關鍵的工序。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氫氟酸溶液中浸泡，使其產生化學反應生成可溶性的絡和物六氟硅酸，以去除

10、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(tǒng)、機械臂、電氣控制系統(tǒng)和自動配酸系統(tǒng)等部分組成，主要動力源有氫氟酸、氮氣、壓縮空氣、純水，熱排風和廢水。氫氟酸能夠溶解二氧化硅是因為氫氟酸與二氧化硅反應生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。若氫氟酸過量，反應生成的四氟化硅會進一步與氫氟酸反應生成可溶性的絡和物六氟硅酸。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

11、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(qū)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(tài)下，反應氣體CF4的母體分子在射頻功率的激發(fā)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(fā)生化學反應，并形成揮發(fā)性的反應生成物脫離被刻蝕物質表面，被真空系統(tǒng)抽出腔體。六、鍍減反射膜拋光硅表面的反射率為3

12、5%,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?，F(xiàn)在工業(yè)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(tài)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?shù)奶岣摺Ｆ?、絲網(wǎng)印刷

13、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(wǎng)印刷是目前制作太陽電池電極最普遍的一種生產工藝。絲網(wǎng)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(wǎng)圖形部分網(wǎng)孔透過漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定壓力，同時朝絲網(wǎng)另一端移動。油墨在移動中被刮刀從圖形部分的網(wǎng)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(wǎng)印版和基片呈線性接觸，接觸線隨刮刀移動而移動，從

14、而完成印刷行程。八、快速燒結經過絲網(wǎng)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(shù)，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?jié){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

15、化并凝固，使電阻膜結構固定地粘附于基片上。九、外圍設備在電池片生產過程中，還需要供電、動力、給水、排水、暖通、真空、特汽等外圍設施。消防和環(huán)保設備對于保證安全和持續(xù)發(fā)展也顯得尤為重要。一條年產50MW能力的太陽能電池片生產線，僅工藝和動力設備用電功率就在1800KW左右。工藝純水的用量在每小時15噸左右，水質要求達到中國電子級水GB/T11446.1-1997中EW-1級技術標準。工藝冷卻水用量也在每小時15噸左右，水質中微粒粒徑不宜大于10微米，供水溫度宜在15-20。真空排氣量在300M3/H左右。同時，還需要大約氮氣儲罐20立方米，氧氣儲罐10立方米?？紤]到特殊氣體如硅烷的安全因素，還需

16、要單獨設置一個特氣間，以絕對保證生產安全。另外，硅烷燃燒塔、污水處理站等也是電池片生產的必備設施。組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產中的關鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強了電池的抗擊強度。產品的高質量和高壽命是贏得可客戶滿意的關鍵，所以組件板的封裝質量非常重要。4.太陽能電池組件封裝工藝流程流程：1、電池檢測2、正面焊接檢驗3、背面串接檢驗4、敷設（玻璃清洗、材料切割、玻璃預處理、敷設）5、層壓6、去毛邊（去邊、清洗）7、裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）8、焊接接線盒9、高壓測試10、組件測試外觀檢驗

17、11、包裝入庫組件高效和高壽命如何保證：1、高轉換效率、高質量的電池片 ；2、高質量的原材料，例如：高的交聯(lián)度的EVA、高粘結強度的封裝劑（中性硅酮樹脂膠）、高透光率高強度的鋼化玻璃等；3、合理的封裝工藝4、員工嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L；由于太陽電池屬于高科技產品，生產過程中一些細節(jié)問題，一些不起眼問題如應該戴手套而不戴、應該均勻的涂刷試劑而潦草完事等都是影響產品質量的大敵，所以除了制定合理的制作工藝外，員工的認真和嚴謹是非常重要的。太陽電池組裝工藝簡介：工藝簡介：在這里只簡單的介紹一下工藝的作用，給大家一個感性的認識.1、        電池測試：由于

18、電池片制作條件的隨機性，生產出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應根據(jù)其性能參數(shù)進行分類；電池測試即通過測試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對其進行分類。以提高電池的利用率，做出質量合格的電池組件。2、        正面焊接：是將匯流帶焊接到電池正面（負極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，我們使用的焊接機可以將焊帶以多點的形式點焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈（利用紅外線的熱效應）。焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相連3、    &

19、#160;   背面串接：背面焊接是將36片電池串接在一起形成一個組件串，我們目前采用的工藝是手動的，電池的定位主要靠一個膜具板，上面有36個放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應，槽的位置已經設計好，不同規(guī)格的組件使用不同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極（負極）焊接到“后面電池”的背面電極（正極）上，這樣依次將36片串接在一起并在組件串的正負極焊接出引線。4、        層壓敷設：背面串接好且經過檢驗合格后，將組件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設好，準備層壓。玻

20、璃事先涂一層試劑（primer）以增加玻璃和EVA的粘接強度。敷設時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調整好電池間的距離，為層壓打好基礎。（敷設層次：由下向上：玻璃、EVA、電池、EVA、玻璃纖維、背板）。5、        組件層壓：將敷設好的電池放入層壓機內，通過抽真空將組件內的空氣抽出，然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產的關鍵一步，層壓溫度層壓時間根據(jù)EVA的性質決定。我們使用快速固化EVA時，層壓循環(huán)時間約為25分鐘。固化溫度為150。6、        修邊：層壓時EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應將其切除。7、        裝框：類似與給玻璃裝一個鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強度，進一步的密封電池組件，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連接。8、        焊接接線盒：在組件背面引線處焊接一個盒子，以利于電池與其他設備或電池間的連接。9、 &