PERC SE 單晶電池工藝-培訓資料

PERCSE高效單晶電池生產(chǎn)工藝培訓2019-05-04JiaYueSOLAR2021/6/271前言-太陽能電池在整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈中的位置虛線部分為電池片在產(chǎn)業(yè)鏈中的位置JiaYueSOLAR2021/6/272PERC電池結(jié)構與工藝流程PERCSE電池結(jié)構為在正面制備選擇性發(fā)射結(jié)，背面沉積介質(zhì)膜鈍化層AlOx/SiNx，此結(jié)構可提高電池光電轉(zhuǎn)換效率。降低擴散層復合，提高光線的短波響應；減少前金屬電極與硅的接觸電阻，提高短路電流、開路電壓和填充因子；降低背表面復合速率，提升開路電壓；增強背表面長波光反射效應，提升短路電流。PERCSE電池結(jié)構ARC(SiOx+SiNx)AgAlBSF(Local)AlOxSiNxP-SiN-Si(SE)JiaYueSOLAR2021/6/273PERC電池結(jié)構與工藝流程PERC高效電池工藝流程制絨擴散刻蝕熱氧+AlOx+SiNxPECVD/ARC激光開槽選擇性發(fā)射結(jié)絲網(wǎng)印刷燒結(jié)測試分選退火TexturingDiffusionEtchingHotOxy+AlOx+SiNxPassivationPECVD/ARCLasergroovingSelectiveEmitterPrintingFiringFiringannealingJiaYueSOLAR2021/6/274PERC電池制程@制絨制絨原理：一定濃度、一定溫度條件下，堿溶液與硅片反應，各向異性腐蝕；目的：去除表面損傷層，降低表面反射率（多次光吸收）；化學反應式：Si+2KOH+H2O→K2SiO3+2H2↑絨面結(jié)構：多次光吸收原理圖表面金字塔結(jié)構JiaYueSOLAR2021/6/275P-typeSi原理Principle：Si+2KOH+H2O→K2SiO3+2H2↑PERC電池制程@制絨JiaYueSOLAR2021/6/276PERC電池制程@擴散擴散原理：采用三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴散方法，在硅片表面形成N型層；目的：形成PN結(jié)（太陽電池核心單元）；化學反應式：4POCl3+3O2→2P2O5+6Cl2↑2P2O5+5Si→5SiO2+4P↓擴散裝置示意圖JiaYueSOLAR2021/6/277PPPPPPPPPPPPPPPPPPP-typeSiPPPPPPPPPPPPPN-typeSi原理Principle：4POCl3+3O2→2P2O5+6Cl2↑2P2O5+5Si→5SiO2+4P↓800~900℃PERC電池制程@擴散JiaYueSOLAR2021/6/278①SE電池：

SE電池是選擇性擴散電池（selectiveemitter）,由中電光伏（CSUN）的趙建華博士發(fā)明。即在金屬柵線（電極）與硅片接觸部位進行重摻雜，在電極之間位置進行輕摻雜，這樣的結(jié)構可降低擴散層復合，由此可以提高光線的短波響應，同時減少前金屬電極與硅的接觸電阻，使得短路電流、開路電壓和填充因子都得到較好的改善，從而提高轉(zhuǎn)換效率。SE電池的主要特點是金屬化區(qū)域磷高濃度摻雜，光照區(qū)域磷低濃度摻雜。金屬化區(qū)域濃擴散區(qū)結(jié)深大，燒結(jié)過程中金屬等雜質(zhì)不易進入耗盡區(qū)形成深能級，反向漏電小，并聯(lián)電阻高；光照區(qū)域摻雜濃度低，短波響應好，短路電流高；橫向擴散高低結(jié)前場作用明顯，利于光生載流子收集。②激光SE電池原理：

單晶硅片制絨后進行淺結(jié)熱擴散，利用激光根據(jù)金屬化圖形將硅片擴散后形成的PSG層作為雜質(zhì)源進行摻雜處理，驅(qū)入實現(xiàn)局部重擴散。在原有的電池工藝基礎上增加激光二次擴散制作SE電池。③激光SE電池工藝關鍵點：

要提高SE電池的光譜響應及光譜響應范圍，提高電池效率，需要對電池正面無柵線區(qū)域制作淺的PN結(jié)，又需要足夠的P源以利于使用二次激光擴散。激光二次擴散的結(jié)深要與后續(xù)的正面銀電極燒結(jié)相匹配。使得正面銀電極與電池片形成歐姆接觸，且銀電極不能燒穿結(jié)區(qū)。PERC電池制程@SE(SelectiveEmitter,選擇性發(fā)射極)JiaYueSOLAR2021/6/279SE單晶PERC電池SEM形貌SE技術要點淺結(jié)擴散技術梯度摻雜SE單晶PERC電池剖面結(jié)構示意圖SiNx(PE)P型硅片(~200μm)SiO2(熱氧)淺結(jié)擴散(0.2μm)Ag電極梯度摻雜激光掃描區(qū)激光掃描區(qū)激光掃描區(qū)的SEM形貌顯示仍為完整的金字塔結(jié)構PERC電池制程@SE(SelectiveEmitter,選擇性發(fā)射極)JiaYueSOLAR2021/6/2710PERC電池制程@刻蝕刻蝕原理：實現(xiàn)硅片的單面腐蝕（對于PERC電池，背面刻蝕和拋光尤為重要）；目的：PN結(jié)邊緣隔離和背面拋光；化學反應式：3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2OSiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O背面刻蝕（含拋光）JiaYueSOLAR2021/6/2711P-typeSiN-typeSi原理Principle：

3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2OSiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2OPERC電池制程@刻蝕JiaYueSOLAR2021/6/2712熱氧原理：將已形成PN結(jié)的硅片放入高溫爐中，在高溫下氧氣和硅反應生成二氧化硅層；目的：

氧原子與硅表面未飽和的硅原子結(jié)合形成SiO2薄膜，從而降低硅片表面懸掛鍵密度，很好地控制界面陷阱和固定電荷，起到對太陽能電池表面進行鈍化的目的?；瘜W反應式：Si+O2=SiO2PERC電池制程@熱氧SiO2和Si3N4堆疊鈍化效果更好，因為Si3N4與硅片附著力不好，易脫落，而SiO2與硅片的附著力和相容性均好，除鈍化外，在中間起到緩沖和中介作用；其物理和化學性質(zhì)穩(wěn)定，不易受到環(huán)境因素影響。JiaYueSOLAR2021/6/2713PERC電池制程@AlOx+SiNx沉積（MAIA）原理：PECVD沉積AlOx+SiNx薄膜；目的：制備背面鈍化介質(zhì)層；工藝流程：BMOBufferModulesOutBMO/UMBuffer-Out/UnloadModuleLM/BMILoad/Buffer-InModulePMProcessModules(1stPM:AlOx;2ndand3rdPM:SiNx)TM/BMITransfer/Buffer-InModuleBeforebacksideAfterbacksideAlOxSiNxSiNxTMA+N2O→Al2O3SiH4+NH3→S

ixNy+12H2JiaYueSOLAR2021/6/2714P-typeSiSiNxSiH4/NH3400~500℃原理Principle：TMA+N2O→Al2O3SiH4+NH3→S

ixNy+12H2PERC電池制程@AlOx+SiNx沉積JiaYueSOLARAlOx2021/6/2715PERC電池制程@PECVD/ARCPECVD/ARC原理：PECVD沉積SiNx減反射膜；目的：表面鈍化和降低反射率；太陽光能譜減反射原理n1d1=λ/4d1≈78nm（n=2.12）短波光穿透深度小，在電池表面附近被吸收；長波光穿透深度大，可注入至電池體內(nèi)及背表面SiH4+NH3→S

ixNy+12H2JiaYueSOLAR2021/6/2716PERC電池制程@激光開槽激光開槽原理：激光消融背面介質(zhì)層，形成局域背場接觸，收集電流；目的：形成局域背場接觸，收集電流；激光開槽（示例）PERC電池電流方向示意圖JiaYueSOLAR2021/6/2717絲網(wǎng)印刷是把帶有圖像或圖案的模版被附著在絲網(wǎng)上進行印刷的。當承印物直接放在帶有模版的絲網(wǎng)下面時，絲網(wǎng)印刷油墨或涂料在刮刀的擠壓下穿過絲網(wǎng)中間的網(wǎng)孔，印刷到承印物上。絲網(wǎng)上的模版把一部分絲網(wǎng)小孔封住使得顏料不能穿過絲網(wǎng)，而只有圖像部分能穿過，因此在承印物上只有圖像部位有印跡。印刷和燒結(jié)-制備金屬電極JiaYueSOLAR2021/6/2718PERC電池制程@絲網(wǎng)印刷&燒結(jié)絲網(wǎng)印刷&燒結(jié)：PERC電池需使用專用背銀和背鋁漿料，保證AlOx+SiNx疊層膜鈍化效果，以使電池性能達到最優(yōu)。下圖為激光開槽處鋁漿填充處的SEM圖，需搭配鋁漿和燒結(jié)方能實現(xiàn)卓越的填充效果。激光開槽處鋁漿填充效果由差至好JiaYueSOLAR2021/6/2719PERC電池制程@恢復爐光照下衰減加熱下光照恢復在硅材料中硼和氧同時存在時，光照和暗條件下加偏壓（注入多數(shù)載流子）都能導致衰減，在這一過程中激活了一種亞穩(wěn)態(tài)缺陷，形成了復合中心制程目的：在加熱和光照條件下，使電池片BO形成穩(wěn)定結(jié)構，從而減少光衰，處理后的電池在工作條件下理論上不再衰減；JiaYueSOLAR2021/6/2720制程目的：Purpose：(1)光電轉(zhuǎn)換效率的量測與分級。Photovoltaicconversionefficiencytestingandgrading.(2)檢測電池的外觀、顏色。Cellappearanceandcolorsorting.PERC電池制程@測試/分選EFF=（Uoc*Isc*