单晶硅太阳电池工艺.ppt

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1、P型单晶硅太阳电池型单晶硅太阳电池工艺工艺joe2目录Test wafersTexturingCleaning before diffusionDiffusionEdge isolation and remove PSGPECVD Screen printing and firingSE solar cells introducejoe3来料检验n 现在有的电池生产公司会有这道生产工序，因为优质硅片在市场上常常处于“有价无市”的状态，缺货严重，许多硅片制造商经常会用硅棒的“头尾料”来以次充好，卖给下游电池制造商，所以加上这道工序用来检验硅片的质量。n 此道工序主要检验硅片的厚度、少子寿命、表面

2、平整度、是否有微裂纹、电阻率、表面油污等，同时具有插片功能，可将硅片插入25片一盒的晶片盒中。我所知的设备供应商是韩国的fortix公司。这种设备插片速度不是很快，所以平时也只是用来做抽查检验，大部分硅片还是手工插入晶片盒流入下一工序。joe4texturing显微镜下的绒面结构图joe5 国内一般采用深圳捷佳创in-line制绒机。我所见的该厂家的制绒机有单槽产200、300和400片三种，制绒槽的材料有PVC树脂和不锈钢两种。工艺条件视硅片表面质量而定，以200片一槽不锈钢材质的设备为例，硅片表面油污较少易于制出绒面，碱浓度可在0.8-1.2%之间，醇添加6-10升即可，硅酸钠500克。反

3、应时间18-25分钟，反应温度80-82度。若表面较脏，工艺的变数就很大了，反应时间一般是延长至40分钟，同时加大碱浓度，甚至在制绒前采用高浓度碱液腐蚀的“粗抛”工艺。由于受原材料影响较大，所以制绒工艺很不稳定，需要很有经验的工艺人员在场控制。制绒工艺所用的化学辅料现在普遍是NaOH,异丙醇和硅酸钠。有个别公司不用硅酸钠。texturingjoe6扩散前清洗n制绒后会进行扩散制结，在扩散前要进行酸洗，洗去硅片表面附着的金属离子。主要采用盐酸溶液，清洗机一般采用捷佳创和北京七星华创的。清洗作业还要用到HF溶液，洗去硅片表面上的薄氧化层。硅片经过两种酸液的清洗顺序没有严格要求，一般是先经过HCl，

4、再经过HF。joe7diffusionjoe8diffusion 扩散的主要目的是制作PN结，在掺硼的P型硅片上用三氯氧磷进行扩散。三氯氧磷（磷源）呈液态，放在扩散炉后面，一般源温为18-25度，通过载气N2传进扩散炉体。三氯氧磷与氧气在炉内反应生成磷扩散进硅片表面下0.3-0.5um，同时通保护N2，调节气流，保证扩散结的均匀性。目前大多数厂商采用中电48所和北京七星华创的国产扩散炉，国产炉扩散的均匀性不好，气流量大，炉口密封性不好，常有绿色的偏磷酸生成。国外Centrotherm公司生产的扩散炉也有少数公司采用，效果很好，缺点是编辑新扩散工艺不方便，要求工艺人员会计算机编程语言才能编写工艺

5、程序。以下是我编写的一个扩散工艺recipe,采用了小气流量扩散工艺。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左图为四探针测方阻，右

6、图为少子寿命测试仪joe10Edge isolation and remove PSGn 扩散后，我们只希望硅片上面存在PN结，可是扩散后的硅片在侧面也存在PN结，侧面的N型区是不需要的，因为它是导致成品电池反向漏电的一个原因，所以要去掉侧边的N型区。过去采用的办法是等离子刻蚀，将硅片上下表面用夹具挡住，只留出侧边放入等离子刻蚀机进行干刻，刻蚀气体为CF4和O2,比例10:1即可。刻蚀后，用冷热探针接触硅片边缘，显示“P”即可，或用万用表的触笔测试边缘，电阻大于5000欧亦可。现今一些大公司引进了德国的RENA湿法刻蚀设备，使硅片在滚轮上漂浮通过硝酸、硫酸、氢氟酸的混合溶液，利用“虹吸原理”使

7、硅片边缘吸入酸液腐蚀掉N型区，同时硅片背面的绒面结构被腐蚀平整。大规模生产后证明，湿法刻蚀相对于干法刻蚀，将电池效率提高了0.15-0.2%。n 等离子刻蚀后会进行去“磷硅玻璃”清洗，因为扩散后，硅片表面会生长一层含磷的二氧化硅层，称为“磷硅玻璃”。清洗溶液为HF溶液，浓度在5%左右。RENA设备整合了去磷硅玻璃这一步，边缘腐蚀后，硅片会漂到HF溶液中。n 这里顺便提一下，国外的公司进行边缘刻蚀采用了激光刻蚀，用激光将硅片边缘切除达到去N型区的目的，这一步在做成成品电池后进行，激光器加在了烧结炉和Berger测试仪之间（后面会提及）。国内也尝试过这种办法，但是激光刻蚀国内公司使用总是不稳定，所

8、以很少有公司添加了这种设备，拥有这种设备的公司一般只是在等离子刻蚀不完全时加上激光刻蚀，防止反向漏电大现象。joe11Edge isolation and remove PSGjoe12PECVD镀膜的原理相信大家都很清楚，单晶硅电池镀膜的主要作用是减反射和钝化硅片表面悬挂键。国内厂商所用的镀膜设备主要有两种，Roth&Rau公司的板式镀膜机和Centrotherm的管式镀膜机。此外，中电48所采用自主制造的管式镀膜机，南京中电采用了ATON 的PVD镀膜。后面附上了板式PECVD设备的一些图片，很遗憾没有管式设备的全貌图,右边小角是管式设备镀膜装硅片所用的石墨舟。商业化生产单晶硅电池镀膜主要

9、是镀单层氮化硅，厚度控制在75-80nm,折射率在2.0-2.1之间。在线检测设备为椭偏仪。joe13PECVD板式PECVDjoe14PECVDn 镀膜的工艺气体只有硅烷和氨气，板式镀膜采用MW generator,激发频率较大，所以氨气用量较小，管式设备采用HF（高频）generator,频率不超过13.56MHz,氨气难电离，所以氨气消耗量很大。板式设备氨气与硅烷的比例对电池的效率影响较大，以效率为17%的P型单晶硅电池为例，氨气与硅烷的比例一般控制在2.3：1左右，总气流量为2500sccm,一般来说，在一定范围内，硅烷量多一些，钝化效果更好些。管式设备氨气量耗费大致在每batch 1

10、00L左右，流量为5L/min,硅烷流量450-550sccm即可。反应温度在400-450度，功率2600-3000W，不同公司的工艺参数会有些许不同。实际的镀膜效果来看，管式设备做出的电池效率比板式的高0.2-0.3%，多晶硅电池采用这两种设备镀膜，做出的电池效率差距更明显。从QE谱图上看，管式设备做出的电池短波响应更高一些。joe15Screen printing and firingn 镀膜后做金属电极的方法很多，国内厂商商业化生产大多采用AMAT Baccini的丝网印刷设备。将金属浆料通过不锈钢网版印到硅片上，背面主要印背电极和背场，烘箱烘干后翻片，再在上表面印正电极，通过烧结工艺

11、使正面金属浆料穿透氮化硅膜与硅片表面形成欧姆接触。joe16joe17joe18n左图为软件工艺参数更改界面，常被更改的是以下四个参数。nsnap-off称为丝网间距，down-stop称为刮板高度，pressure是印刷压力，printing speed是印刷速度。n修改OFFSETS框内的X，Y，Theta值可以保证在硅片上印刷图形的准确。n 丝网印刷设备组成部分较多，详细介绍起来十分繁琐，如有兴趣可共同研究，这里不做更详细的介绍了。joe19firingn烧结是丝网印刷后电池制造的最后一道工序，国内生产商采用的烧结炉主要来自三个厂商，Centrotherm,BTU和Despatch.jo

12、e20firingn以Centrotherm烧结炉为例，以下是它的一个典型的工艺参数配置nHTO：烘干区 n350 380 400度nFF：快速烧结区n450 500 550 625 820 840度，前四个区烧结背电极和铝背场，后两个区烧结正电极（银电极）。n传送带的速度为5000mm/minn电池方块电阻为47ohm/方块n快速烧结区采用红外灯管加热，具体样式请见下图。joe21IR lampjoe22n丝网印刷到测试整个过程具体的工艺流程如下：n1.印背电极，材料为银铝浆或银浆n烘干n2.印背电场，材料为铝浆，烧结后会用铝进入硅片背面，形成P+-P结构，拉大了内电势，提高了开路电压，同时兼有背部铝吸杂的作用。n烘干n3.翻片，印正电极，材料为银浆n4.烧结n5.Berger测试电池片性能参数n主要参数为Isc,Voc,Eff,Pmax,Irev,Rs,Rsh,FFjoe23n 以上是P型单晶硅电池的整个工艺流程及设备的简单介绍，后道电池板组件方面我没有接触过，就不给大家介绍了。P型单晶硅电池工艺改进方面的最大突破莫过于SE（选择性发射极）电池的商业化投产，目前研制成功的工艺流程比较繁琐，我会附上商业化生产SE电池的专利说明书，里面有详细的讲解。joe24Thanks for your attention！