太陽能電池培訓(xùn)資料

1、太陽能電池培訓(xùn)資料太陽能電池培訓(xùn)資料太陽能電池的基本原理太陽能電池的基本原理太陽能電池主要依靠P-N結(jié)的光生伏打效應(yīng)來工作,而當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體緊密結(jié)合連成一塊時,P型半導(dǎo)體中的空穴向N型半導(dǎo)體的方向擴(kuò)散運(yùn)動,而N型半導(dǎo)體的電子向P型半導(dǎo)體的方向擴(kuò)散運(yùn)動, 如下圖所示:其中P型半導(dǎo)體中的空穴和N型半導(dǎo)體中的電子均稱為多子, P型半導(dǎo)體中的電子和N型半導(dǎo)體中的空穴均稱為少子,在擴(kuò)散運(yùn)動的同時在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的中央形成了一個由N區(qū)指向P區(qū)的電場稱為內(nèi)建電場,在內(nèi)建電場的影響下.將產(chǎn)生孔穴向右而電子向左的飄移運(yùn)動,當(dāng)漂移運(yùn)動和擴(kuò)散運(yùn)動達(dá)到平衡的時候就形成了P-N結(jié).太陽能電池的基本原理

2、太陽能電池的基本原理如右圖所示,當(dāng)處于開路的情況下,當(dāng)光生電流和正向電流相等的時候,P-N結(jié)兩端將建立起穩(wěn)定的電勢差Voc(P區(qū)為正,N區(qū)為負(fù)),如果與外電路接通,只要光生電流不停止,就會有源源不斷的電流通過電路,P-N結(jié)起到了一個電源的作用.這就是太陽能電池的工作原理。太陽能電池的基本性質(zhì)太陽能電池的基本性質(zhì)光電轉(zhuǎn)換效率%評估太陽能電池好壞的重要因素。 =（1000* Isc* Uoc*FF)/S。 目前：實(shí)驗(yàn)室24%,產(chǎn)業(yè)化18%。單體電池電壓U:0.4-0.6V由材料本身的摻雜程度來決定。填充因子FF%：評估太陽能電池負(fù)載能力的重要因素。FF=(Im*Um)/(Isc*Uoc) 其中:

3、Isc-短路電流， Uoc-開路電壓 ， Im-最佳工作電流， Um-最佳工作電壓。標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)與環(huán)境溫度：地面光強(qiáng)AM1.5,1000W/m2,t=25。溫度對電池片性能的影響：功率會隨著溫度的升高而降低。例如：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，AM1.5光強(qiáng)，t=25 ,某電池片的輸出功率為2.43W,如果電池片溫度升高時，電池片的輸出功率將小于2.43W。晶體硅太陽能電池生產(chǎn)的工藝流程晶體硅太陽能電池生產(chǎn)的工藝流程Texturing制絨Diffusion擴(kuò)散Edge etch去邊結(jié)Anti-reflective coating制做減反射膜Printing&sintering制作上下電極及燒結(jié)Cell testi

4、ng& sorting 電池片測試分選Solar Cell Manufacturing電池的生產(chǎn)工藝流程電池的生產(chǎn)工藝流程Cleaning process去PSG硅片表面化學(xué)腐蝕處理硅片表面化學(xué)腐蝕處理- -制絨制絨目的目的：去除硅片表面的雜質(zhì)殘留，制做能夠減少表面太陽光反射的陷光結(jié)構(gòu)。 原理原理 ： 單晶：晶：利用單晶硅的各向異性，采用化腐工藝在硅片上制作的絨面，以減少入射光反射、提高短路電流和轉(zhuǎn)換效率。 采用兩步法制作絨面，先用高濃度堿液、較高溫度下進(jìn)行短時間“粗拋”，再在低濃度、低溫度下進(jìn)行長時間“細(xì)腐”。此法所制絨面，在晶相顯微鏡下觀察，小金字塔排列規(guī)則、整齊、均勻，可使入射光的反射損

5、失降低近10。 2NaOH+H2O+Si Na2SiO3+2H2 多晶：多晶：利用硝酸的強(qiáng)氧化性和氫氟酸的絡(luò)合性，對硅進(jìn)行氧化和絡(luò)合剝離，導(dǎo)致硅表面發(fā)生各向同性非均勻性腐蝕，從而形成 類似“凹陷坑”狀的絨面。 Si + HNO3 SiO2 + NOx + H2O SiO2 + 6HF H2SiF6 + 2H2O 絨面微觀圖絨面微觀圖硅片表面化學(xué)腐蝕處理（一次清洗）硅片表面化學(xué)腐蝕處理（一次清洗） 1000X電子掃描鏡電子掃描鏡-單晶單晶5000X電子掃描鏡電子掃描鏡-多晶多晶制制PNPN結(jié)（擴(kuò)散）結(jié)（擴(kuò)散） 目的：目的：在P型硅表面上滲透入很薄的一層磷，使前表面變成N型，使 之成為一個PN結(jié)。

6、 POCl3在高溫下（600）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反應(yīng)式如下： 生成的P2O5在擴(kuò)散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅（SiO2）和磷原 子，其反應(yīng)式如下： 由上面反應(yīng)式可以看出，POCl3熱分解時，如果沒有外來的氧（O2）參與其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且對硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態(tài)。但在有外來O2存在的情況下，PCl5會進(jìn)一步分解成P2O5并放出氯氣（Cl2）其反應(yīng)式如下： 5253OP3PClC6005POCl 擴(kuò)散原理：擴(kuò)散原理：4P5SiO5SiO2P2522522510ClO2P2過量O5O4PCl制制PNPN結(jié)（擴(kuò)散）結(jié)（擴(kuò)

7、散） 擴(kuò)散原理：擴(kuò)散原理：生成的P2O5又進(jìn)一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見，在磷擴(kuò)散時，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮?dú)獾耐瑫r通入一定流量的氧氣 。在有氧氣的存在時，POCl3熱分解的反應(yīng)式為： POCL3+5O2 2P2O5+6CL2POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應(yīng)生成SiO2和磷原子， 并在硅片表面形成一層磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中進(jìn)行擴(kuò)散 。POCl3液態(tài)源擴(kuò)散方法具有生產(chǎn)效率較高，得到PN結(jié)均勻、平整和擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點(diǎn)，這對于制作具有大面積結(jié)的太陽電池是非常重要的。 載氣小 N2POCL3O2

8、 + 大 N2石英管擴(kuò)散裝置示意圖制制PNPN結(jié)（擴(kuò)散）結(jié)（擴(kuò)散） 擴(kuò)散原理：擴(kuò)散原理：PSG除去硅磷氣體反應(yīng)淀積O2硅氧化POCl3 O2SiO2SiO2雜質(zhì)再分布去邊結(jié)去邊結(jié)- -刻蝕刻蝕目的目的：去除硅片邊緣的去除硅片邊緣的N N型區(qū)域，將硅片內(nèi)部的型區(qū)域，將硅片內(nèi)部的N N層和層和P P層隔離開，以達(dá)到層隔離開，以達(dá)到 PN PN結(jié)的結(jié)構(gòu)要求。結(jié)的結(jié)構(gòu)要求。 原理原理 ：干法刻蝕（等離子刻蝕）：干法刻蝕（等離子刻蝕）：等離子體刻蝕是采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活等離子體刻蝕是采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴(kuò)散到需刻蝕的部位，在那里與被

9、刻蝕材料進(jìn)行成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴(kuò)散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料進(jìn)行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除。它的優(yōu)勢在于快速的刻蝕速率同時可獲得良好的物理形反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除。它的優(yōu)勢在于快速的刻蝕速率同時可獲得良好的物理形貌貌 。（這是各向同性反應(yīng)）。（這是各向同性反應(yīng)）母體分子母體分子CFCF4 4在高能量的電子的碰撞作用下分解成多種中性基團(tuán)或離子。在高能量的電子的碰撞作用下分解成多種中性基團(tuán)或離子。這些活性粒子由于擴(kuò)散或者在電場作用下到達(dá)這些活性粒子由于擴(kuò)散或者在電場作用下到達(dá)SiOSiO2 2表面，并在表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。表面，并在表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。生產(chǎn)

10、過程中，生產(chǎn)過程中，CFCF4 4中摻入中摻入O O2 2，這樣有利于提高，這樣有利于提高SiSi和和SiOSiO2 2的刻蝕速率。的刻蝕速率。 濕法刻蝕（背腐蝕）：濕法刻蝕（背腐蝕）：利用利用HF-HNO3HF-HNO3溶液，對硅片背表面和邊緣進(jìn)行高速腐蝕，以達(dá)到溶液，對硅片背表面和邊緣進(jìn)行高速腐蝕，以達(dá)到 去掉邊緣層和消除背面絨面的作用。去掉邊緣層和消除背面絨面的作用。 Si + HNO3 SiO2 + NOx + H2O Si + HNO3 SiO2 + NOx + H2O SiO2 + 6HF H2SiF6 + 2H2O SiO2 + 6HF H2SiF6 + 2H2O以及以及它們的離

11、子它們的離子CF,CF,CF,CFCF23e4去邊結(jié)去邊結(jié)- -刻蝕刻蝕去去PSGPSG清洗清洗 目的目的：去除硅片表面的P-Si玻璃層（PSG）,為加鍍減反射膜做準(zhǔn)備。 原理原理 ：利用HF和硅片表面的P-Si玻璃層反應(yīng)，并使之絡(luò)合剝離，以 達(dá)到清洗的目的。 HF + SiO2 H2SiF6 + H2O鍍減反射膜（鍍減反射膜（PECVDPECVD）目的目的：在硅片前表面均勻的鍍上一層高效的減反射膜，并對硅片進(jìn)行鈍化。在硅片前表面均勻的鍍上一層高效的減反射膜，并對硅片進(jìn)行鈍化。原理原理 ：借助微波使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子化學(xué)活借助微波使含有薄膜組成原子的氣體電

12、離，在局部形成等離子體，而等離子化學(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜?；咎卣骰咎卣?實(shí)現(xiàn)了薄膜沉積工藝的低溫化（實(shí)現(xiàn)了薄膜沉積工藝的低溫化（450450）。）。 1.1.節(jié)省能源，降低成本節(jié)省能源，降低成本 2.2.提高產(chǎn)能提高產(chǎn)能 3.3.減少了高溫導(dǎo)致的硅片中少子壽命衰減減少了高溫導(dǎo)致的硅片中少子壽命衰減 SiNxSiNx的優(yōu)點(diǎn)：的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的表面鈍化效果優(yōu)良的表面鈍化效果高效的光學(xué)減反射性能（厚度和折射率匹配）高效的光學(xué)減反射性能（厚度和折射率匹配）低溫工藝（有效降低成本）低溫工藝（有效降低成本）含氫含氫SiNx

13、:HSiNx:H可以對可以對mc-Simc-Si提供鈍化提供鈍化 鍍減反射膜（鍍減反射膜（PECVDPECVD）n0n2r1r21214/011dn減反膜對硅片反射率的影響減反膜對硅片反射率的影響4/0112021dnnnn印刷和燒結(jié)印刷和燒結(jié)目的目的：在電池上下表面各印上電極圖形，經(jīng)燒結(jié)與硅片形成歐姆接觸。 原理原理：銀漿，鋁漿印刷過的硅片，通過烘干有機(jī)溶劑完全揮發(fā)，膜層收縮成為固狀物緊密粘附在硅片上，可視為金屬電極材料層和硅片接觸在一起。當(dāng)硅片投入燒結(jié)爐共燒時，金屬材料融入到硅里面，之后又幾乎同時冷卻形成再結(jié)晶層，也就是在金屬和晶體接觸界面上生長出一層外延層，如果外延層內(nèi)雜質(zhì)成份相互合適，

14、這就獲得了歐姆接觸。印刷工藝流程：印刷工藝流程： 印刷背電極 烘干 印刷背電場 烘干 印刷正面柵線燒結(jié)工藝流程：燒結(jié)工藝流程： 印刷完硅片 烘干 升溫 降溫共晶 冷卻印刷和燒結(jié)印刷和燒結(jié)絲網(wǎng)印刷的特點(diǎn)：受絲網(wǎng)技術(shù)的限制，前表面的金屬電極不能做的很窄，從而遮擋了光在硅受絲網(wǎng)技術(shù)的限制，前表面的金屬電極不能做的很窄，從而遮擋了光在硅片內(nèi)的有效吸收。取決于硅片的電阻率，由絲網(wǎng)印刷技術(shù)生產(chǎn)的晶體硅電池的開路電壓在片內(nèi)的有效吸收。取決于硅片的電阻率，由絲網(wǎng)印刷技術(shù)生產(chǎn)的晶體硅電池的開路電壓在580620mV之間，短路電流密度在之間，短路電流密度在2833mA/cm2之間，以及填充因子在之間，以及填充因子

15、在70%75%之間。對之間。對于大面積的電池，電池表面于大面積的電池，電池表面10%-15%面積被電池表面電極遮擋了。面積被電池表面電極遮擋了。背極印刷：太陽電池是低電壓高電流的發(fā)電器件太陽電池是低電壓高電流的發(fā)電器件, 因此減少太陽電池的串連電阻是非常重要因此減少太陽電池的串連電阻是非常重要的。串連電阻由金屬電極的電阻、金屬半導(dǎo)體接觸電阻、發(fā)射區(qū)薄層電阻和基區(qū)電阻等組成。的。串連電阻由金屬電極的電阻、金屬半導(dǎo)體接觸電阻、發(fā)射區(qū)薄層電阻和基區(qū)電阻等組成。串聯(lián)電阻是影響太陽電池填充因子和短路電流進(jìn)而影響光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素之一。金屬串聯(lián)電阻是影響太陽電池填充因子和短路電流進(jìn)而影響光電轉(zhuǎn)換效率的

16、重要因素之一。金屬電極半導(dǎo)體接觸電阻是串聯(lián)電阻的重要組成部分之一。工業(yè)化生產(chǎn)的晶體硅太陽電池電極半導(dǎo)體接觸電阻是串聯(lián)電阻的重要組成部分之一。工業(yè)化生產(chǎn)的晶體硅太陽電池 , 通常通常采用絲網(wǎng)印刷燒結(jié)銀導(dǎo)體作為上電極。這種情況下采用絲網(wǎng)印刷燒結(jié)銀導(dǎo)體作為上電極。這種情況下 , 電極與晶體硅之間的接觸電阻與硅半導(dǎo)電極與晶體硅之間的接觸電阻與硅半導(dǎo)體的表面摻雜濃度、表面狀態(tài)及電極燒結(jié)溫度、時間等條件有關(guān)。如何準(zhǔn)確地測量電極接觸體的表面摻雜濃度、表面狀態(tài)及電極燒結(jié)溫度、時間等條件有關(guān)。如何準(zhǔn)確地測量電極接觸電阻是把握電極燒結(jié)工藝好壞的重要依據(jù)。電阻是把握電極燒結(jié)工藝好壞的重要依據(jù)。印刷和燒結(jié)印刷和燒結(jié)背

17、場印刷：電池鋁背場也應(yīng)用于絲網(wǎng)印刷太陽能電池制造技術(shù)。大約電池鋁背場也應(yīng)用于絲網(wǎng)印刷太陽能電池制造技術(shù)。大約20m厚的鋁漿通過絲網(wǎng)印厚的鋁漿通過絲網(wǎng)印刷方法沉積到電池的背面，在高溫?zé)Y(jié)過程中，鋁和硅形成共晶合金，如果燒結(jié)溫度高于刷方法沉積到電池的背面，在高溫?zé)Y(jié)過程中，鋁和硅形成共晶合金，如果燒結(jié)溫度高于800，鋁在硅內(nèi)的摻雜濃度會高達(dá)，鋁在硅內(nèi)的摻雜濃度會高達(dá)51018/cm3,而硅片襯底的摻雜濃度只在而硅片襯底的摻雜濃度只在21016/cm3左右，左右，從而在鋁背場和襯底之間形成高從而在鋁背場和襯底之間形成高/低結(jié)，有效地阻止了少數(shù)載流子向電池的背面擴(kuò)散，降低了電低結(jié)，有效地阻止了少數(shù)載流

18、子向電池的背面擴(kuò)散，降低了電池背表面的復(fù)合速率。鋁背場可將電池背面的復(fù)合速率降低到池背表面的復(fù)合速率。鋁背場可將電池背面的復(fù)合速率降低到200cm/s以下，此外，硅鋁合金以下，此外，硅鋁合金能對硅片進(jìn)行有效地吸雜。能對硅片進(jìn)行有效地吸雜。 存在背場的情況下，背場附近的收集幾率可以由原來的存在背場的情況下，背場附近的收集幾率可以由原來的11.8%增加到增加到29%，幾乎增加了，幾乎增加了2倍。增倍。增加的收集幾率將使得短路電流增加，在背面復(fù)合較小的情況下，有背場引起的增加十分小，幾加的收集幾率將使得短路電流增加，在背面復(fù)合較小的情況下，有背場引起的增加十分小，幾乎可以不予考慮，而在背面復(fù)合比較大而且電池不太厚的情況下，這種增加可以達(dá)到原來電流乎可以不予考慮，而在背面復(fù)合比較大而且電池不太厚的情況下，這種增加可以達(dá)到原來電流的的8%。少數(shù)載流子的壽命極低的情況下，背場的效果并不明顯，這恰好和表面復(fù)合的情形相反，。少數(shù)載流子的壽命極低的情況下，背場的效果并不明顯，這恰好和表面復(fù)合的情形相反，只有在少