單晶硅太陽電池工藝

1、P型單晶硅太陽電池型單晶硅太陽電池工藝工藝joe2目錄Test wafersTexturingCleaning before diffusionDiffusionEdge isolation and remove PSGPECVD Screen printing and firingSE solar cells introducejoe3來料檢驗(yàn)n 現(xiàn)在有的電池生產(chǎn)公司會(huì)有這道生產(chǎn)工序，因?yàn)閮?yōu)質(zhì)硅片在市場(chǎng)上常常處于“有價(jià)無市”的狀態(tài)，缺貨嚴(yán)重，許多硅片制造商經(jīng)常會(huì)用硅棒的“頭尾料”來以次充好，賣給下游電池制造商，所以加上這道工序用來檢驗(yàn)硅片的質(zhì)量。n 此道工序主要檢驗(yàn)硅片的厚度、少子壽命、表面

2、平整度、是否有微裂紋、電阻率、表面油污等，同時(shí)具有插片功能，可將硅片插入25片一盒的晶片盒中。我所知的設(shè)備供應(yīng)商是韓國的fortix公司。這種設(shè)備插片速度不是很快，所以平時(shí)也只是用來做抽查檢驗(yàn)，大部分硅片還是手工插入晶片盒流入下一工序。joe4texturing顯微鏡下的絨面結(jié)構(gòu)圖joe5 國內(nèi)一般采用深圳捷佳創(chuàng)in-line制絨機(jī)。我所見的該廠家的制絨機(jī)有單槽產(chǎn)200、300和400片三種，制絨槽的材料有PVC樹脂和不銹鋼兩種。工藝條件視硅片表面質(zhì)量而定，以200片一槽不銹鋼材質(zhì)的設(shè)備為例，硅片表面油污較少易于制出絨面，堿濃度可在0.8-1.2%之間，醇添加6-10升即可，硅酸鈉500克。反

3、應(yīng)時(shí)間18-25分鐘，反應(yīng)溫度80-82度。若表面較臟，工藝的變數(shù)就很大了，反應(yīng)時(shí)間一般是延長(zhǎng)至40分鐘，同時(shí)加大堿濃度，甚至在制絨前采用高濃度堿液腐蝕的“粗拋”工藝。由于受原材料影響較大，所以制絨工藝很不穩(wěn)定，需要很有經(jīng)驗(yàn)的工藝人員在場(chǎng)控制。制絨工藝所用的化學(xué)輔料現(xiàn)在普遍是NaOH,異丙醇和硅酸鈉。有個(gè)別公司不用硅酸鈉。texturingjoe6擴(kuò)散前清洗n制絨后會(huì)進(jìn)行擴(kuò)散制結(jié)，在擴(kuò)散前要進(jìn)行酸洗，洗去硅片表面附著的金屬離子。主要采用鹽酸溶液，清洗機(jī)一般采用捷佳創(chuàng)和北京七星華創(chuàng)的。清洗作業(yè)還要用到HF溶液，洗去硅片表面上的薄氧化層。硅片經(jīng)過兩種酸液的清洗順序沒有嚴(yán)格要求，一般是先經(jīng)過HCl，

4、再經(jīng)過HF。joe7diffusionjoe8diffusion 擴(kuò)散的主要目的是制作PN結(jié)，在摻硼的P型硅片上用三氯氧磷進(jìn)行擴(kuò)散。三氯氧磷（磷源）呈液態(tài)，放在擴(kuò)散爐后面，一般源溫為18-25度，通過載氣N2傳進(jìn)擴(kuò)散爐體。三氯氧磷與氧氣在爐內(nèi)反應(yīng)生成磷擴(kuò)散進(jìn)硅片表面下0.3-0.5um，同時(shí)通保護(hù)N2，調(diào)節(jié)氣流，保證擴(kuò)散結(jié)的均勻性。 目前大多數(shù)廠商采用中電48所和北京七星華創(chuàng)的國產(chǎn)擴(kuò)散爐，國產(chǎn)爐擴(kuò)散的均勻性不好，氣流量大，爐口密封性不好，常有綠色的偏磷酸生成。國外Centrotherm公司生產(chǎn)的擴(kuò)散爐也有少數(shù)公司采用，效果很好，缺點(diǎn)是編輯新擴(kuò)散工藝不方便，要求工藝人員會(huì)計(jì)算機(jī)編程語言才能編寫工

5、藝程序。 以下是我編寫的一個(gè)擴(kuò)散工藝recipe,采用了小氣流量擴(kuò)散工藝。 step Time Temperature N2 flow O2 flow source gas 1 loading 152 stability 860 10slm3 oxidation 8min 860 15slm 2slm4 first diffusion 15min 860 18 1 0.8slm5 drive in 10 860 18 0.56 second diffusion 10 860 18 1 0.87 cool down 至810 258 unload 15 joe9diffusion左圖為四探針測(cè)方

6、阻，右圖為少子壽命測(cè)試儀joe10Edge isolation and remove PSGn 擴(kuò)散后，我們只希望硅片上面存在PN結(jié)，可是擴(kuò)散后的硅片在側(cè)面也存在PN結(jié)，側(cè)面的N型區(qū)是不需要的，因?yàn)樗菍?dǎo)致成品電池反向漏電的一個(gè)原因，所以要去掉側(cè)邊的N型區(qū)。過去采用的辦法是等離子刻蝕，將硅片上下表面用夾具擋住，只留出側(cè)邊放入等離子刻蝕機(jī)進(jìn)行干刻，刻蝕氣體為CF4和O2,比例10:1即可?？涛g后，用冷熱探針接觸硅片邊緣，顯示“P”即可，或用萬用表的觸筆測(cè)試邊緣，電阻大于5000歐亦可。現(xiàn)今一些大公司引進(jìn)了德國的RENA濕法刻蝕設(shè)備，使硅片在滾輪上漂浮通過硝酸、硫酸、氫氟酸的混合溶液，利用“虹吸原

7、理”使硅片邊緣吸入酸液腐蝕掉N型區(qū)，同時(shí)硅片背面的絨面結(jié)構(gòu)被腐蝕平整。大規(guī)模生產(chǎn)后證明，濕法刻蝕相對(duì)于干法刻蝕，將電池效率提高了0.15-0.2%。n 等離子刻蝕后會(huì)進(jìn)行去“磷硅玻璃”清洗，因?yàn)閿U(kuò)散后，硅片表面會(huì)生長(zhǎng)一層含磷的二氧化硅層，稱為“磷硅玻璃”。清洗溶液為HF溶液，濃度在5%左右。RENA設(shè)備整合了去磷硅玻璃這一步，邊緣腐蝕后，硅片會(huì)漂到HF溶液中。n 這里順便提一下，國外的公司進(jìn)行邊緣刻蝕采用了激光刻蝕，用激光將硅片邊緣切除達(dá)到去N型區(qū)的目的，這一步在做成成品電池后進(jìn)行，激光器加在了燒結(jié)爐和Berger測(cè)試儀之間（后面會(huì)提及）。國內(nèi)也嘗試過這種辦法，但是激光刻蝕國內(nèi)公司使用總是不穩(wěn)

8、定，所以很少有公司添加了這種設(shè)備，擁有這種設(shè)備的公司一般只是在等離子刻蝕不完全時(shí)加上激光刻蝕，防止反向漏電大現(xiàn)象。joe11Edge isolation and remove PSGjoe12PECVD鍍膜的原理相信大家都很清楚，單晶硅電池鍍膜的主要作用是減反射和鈍化硅片表面懸掛鍵。國內(nèi)廠商所用的鍍膜設(shè)備主要有兩種，Roth&Rau公司的板式鍍膜機(jī)和Centrotherm的管式鍍膜機(jī)。此外，中電48所采用自主制造的管式鍍膜機(jī)，南京中電采用了ATON 的PVD鍍膜。后面附上了板式PECVD設(shè)備的一些圖片，很遺憾沒有管式設(shè)備的全貌圖,右邊小角是管式設(shè)備鍍膜裝硅片所用的石墨舟。商業(yè)化生產(chǎn)單晶

9、硅電池鍍膜主要是鍍單層氮化硅，厚度控制在75-80nm,折射率在2.0-2.1之間。在線檢測(cè)設(shè)備為橢偏儀。joe13PECVD板式PECVDjoe14PECVDn 鍍膜的工藝氣體只有硅烷和氨氣，板式鍍膜采用MW generator,激發(fā)頻率較大，所以氨氣用量較小，管式設(shè)備采用HF（高頻） generator,頻率不超過13.56MHz,氨氣難電離，所以氨氣消耗量很大。板式設(shè)備氨氣與硅烷的比例對(duì)電池的效率影響較大，以效率為17%的P型單晶硅電池為例，氨氣與硅烷的比例一般控制在2.3：1左右，總氣流量為2500sccm,一般來說，在一定范圍內(nèi)，硅烷量多一些，鈍化效果更好些。管式設(shè)備氨氣量耗費(fèi)大致在

10、每batch 100L左右，流量為5L/min,硅烷流量450-550sccm即可。反應(yīng)溫度在400-450度，功率2600-3000W，不同公司的工藝參數(shù)會(huì)有些許不同。實(shí)際的鍍膜效果來看，管式設(shè)備做出的電池效率比板式的高0.2-0.3%，多晶硅電池采用這兩種設(shè)備鍍膜，做出的電池效率差距更明顯。從QE譜圖上看，管式設(shè)備做出的電池短波響應(yīng)更高一些。joe15Screen printing and firingn 鍍膜后做金屬電極的方法很多，國內(nèi)廠商商業(yè)化生產(chǎn)大多采用AMAT Baccini的絲網(wǎng)印刷設(shè)備。將金屬漿料通過不銹鋼網(wǎng)版印到硅片上，背面主要印背電極和背場(chǎng)，烘箱烘干后翻片，再在上表面印正電

11、極，通過燒結(jié)工藝使正面金屬漿料穿透氮化硅膜與硅片表面形成歐姆接觸。joe16joe17joe18n左圖為軟件工藝參數(shù)更改界面，常被更改的是以下四個(gè)參數(shù)。nsnap-off稱為絲網(wǎng)間距，down-stop稱為刮板高度，pressure是印刷壓力，printing speed是印刷速度。n修改OFFSETS框內(nèi)的X，Y，Theta值可以保證在硅片上印刷圖形的準(zhǔn)確。n 絲網(wǎng)印刷設(shè)備組成部分較多，詳細(xì)介紹起來十分繁瑣，如有興趣可共同研究，這里不做更詳細(xì)的介紹了。joe19firingn燒結(jié)是絲網(wǎng)印刷后電池制造的最后一道工序，國內(nèi)生產(chǎn)商采用的燒結(jié)爐主要來自三個(gè)廠商，Centrotherm,BTU和Des

12、patch.joe20firingn以Centrotherm燒結(jié)爐為例，以下是它的一個(gè)典型的工藝參數(shù)配置nHTO：烘干區(qū) n350 380 400度nFF：快速燒結(jié)區(qū)n450 500 550 625 820 840度，前四個(gè)區(qū)燒結(jié)背電極和鋁背場(chǎng)，后兩個(gè)區(qū)燒結(jié)正電極（銀電極）。n傳送帶的速度為5000mm/minn電池方塊電阻為47ohm/方塊n快速燒結(jié)區(qū)采用紅外燈管加熱，具體樣式請(qǐng)見下圖。joe21IR lampjoe22n絲網(wǎng)印刷到測(cè)試整個(gè)過程具體的工藝流程如下：n1.印背電極，材料為銀鋁漿或銀漿n烘干n2.印背電場(chǎng)，材料為鋁漿，燒結(jié)后會(huì)用鋁進(jìn)入硅片背面，形成P+-P結(jié)構(gòu)，拉大了內(nèi)電勢(shì)，提高了開路電壓，同時(shí)兼有背部鋁吸雜的作用。n烘干n3.翻片，印正電極，材料為銀漿n4.燒結(jié)n5.Berger測(cè)試電池片性能參數(shù)n主要參數(shù)為Isc,Voc,Eff,