太阳能电池生产工艺原理课件.ppt

1、气候变暖、南极空洞、生态失衡、环境恶化气候变暖、南极空洞、生态失衡、环境恶化过度排放的废水、废气、废渣让过度排放的废水、废气、废渣让我们的地球不堪重负。全球变暖是一个毋庸置疑的事实，而且正在加速变暖。研我们的地球不堪重负。全球变暖是一个毋庸置疑的事实，而且正在加速变暖。研究发现，全球平均温度已升高究发现，全球平均温度已升高0.30.6摄氏度，其中摄氏度，其中11个最暖的年份发生在个最暖的年份发生在80年年代中期以后。全球变暖已经带来冰川消退、海平面上升、荒漠化等等非常严重的代中期以后。全球变暖已经带来冰川消退、海平面上升、荒漠化等等非常严重的后果，还给生态和农业带来严重影响。后果，还给生态和农

2、业带来严重影响。漫画：明天我们去哪里？漫画：明天我们去哪里？正电极正电极铝背场铝背场负电极主栅线负电极主栅线负电极子栅线负电极子栅线航航 天天 技技 术术远距离工业应用边远地区居民 引言 太阳能辐射 太阳电池的设计和制造 太阳电池结构和工作过程 太阳电池的电性能 太阳电池 将太阳光能直接转换为电能的 半导体器件 种类种类 硅太阳电池硅太阳电池 1)Si太阳电池太阳电池 1)单晶硅片单晶硅片 2)GaAs太阳电池太阳电池(砷化镓）砷化镓）2)多晶硅片多晶硅片 3)染料敏化电池染料敏化电池 3)非晶硅薄膜非晶硅薄膜 4)Cu2S电池电池 4)多晶硅薄膜多晶硅薄膜1、太阳辐射能的来源、太阳辐射能的来

3、源电磁辐射电磁辐射 大气大气质量质量太阳光线通过大气层的路程对到达地球太阳光线通过大气层的路程对到达地球 表面的太阳辐射的影响表面的太阳辐射的影响 AM0地球大气层外的太阳辐射地球大气层外的太阳辐射 AM1穿过穿过1个大气层的太阳辐射（太阳入射角为个大气层的太阳辐射（太阳入射角为0）AM1.5太阳入射角为太阳入射角为 48的太阳辐射的太阳辐射 AM0AM1.5JunctionScell-吸收光子，产生电子空穴对吸收光子，产生电子空穴对-电子空穴对被内建电场分离，在电子空穴对被内建电场分离，在PN结两端产生电势结两端产生电势-将将PN结用导线连接，形成电流结用导线连接，形成电流-在太阳电池两端连

4、接负载，实现了将光能向电能的在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的 转换转换 硅材料体电阻 金属电极电阻金属与硅的接触电阻（Rsh）边缘漏电边缘漏电 体内杂质和微观缺陷体内杂质和微观缺陷 PN结局部短路结局部短路 电流温度系数：0.1%电压温度系数：-0.4%（-2.3mV/)曲线125曲线235 12 12曲线11个太阳曲线20.5个太阳Isc,Uoc,Eff,FF,Rs,Rsh,Isc：电池面积、光强、温度Voc:光强、温度FF：串联电阻、并联电阻 光强：1000W/m2光谱分布：AM1.5电池温度：25 光生载流子的收集几率光生载流子的收集几率 结深结深 电极设计（使电阻损耗最小）

5、电极设计（使电阻损耗最小）减反射膜的厚度和折射率减反射膜的厚度和折射率QE vs.Wavelength0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.0030040050060070080090010001100Wavelength(nm)Wavelength(nm)EQE&IQE(0-1)EQE&IQE(0-1)EQEIQE短路电流短路电流减反射膜、基区扩散长度、减反射膜、基区扩散长度、结的质量、损伤层结的质量、损伤层开路电压开路电压边缘腐蚀不够、边缘腐蚀不够、PN结不良结不良填充因子填充因子方块电阻、欧姆接触方块电阻、欧姆接触 103103()单晶单晶1

6、25125()单晶单晶125125()多晶多晶150150()多晶多晶156156()单晶单晶156156()多晶多晶在整个晶体内，原子都是周期性的规则排列，称之为单晶。由许多取向不同的单晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多晶。装片制绒化学清洗扩散刻蚀装片制绒化学清洗扩散刻蚀去磷硅玻璃去磷硅玻璃PECVDPECVD丝网印刷丝网印刷烧结分类检测包装烧结分类检测包装制绒清洗甩干扩散刻蚀和去磷硅玻璃刻蚀和去磷硅玻璃PECVD丝网印刷背电极丝网印刷背电场丝网印刷正面电极分类检测包装原始硅片原始硅片制绒清洗和甩干扩散刻蚀和去磷硅玻璃刻蚀和去磷硅玻璃PECVD丝网印刷背电极丝网印刷正电极分类检测包装丝网印刷

7、背电场观察绒面观察绒面检验硅片尺寸检验硅片尺寸能发现生产过程中的各种问题，并及时向上级汇报，争取在第一时间内解决问题。能发现生产过程中的各种问题，并及时向上级汇报，争取在第一时间内解决问题。与组员团结协作，空闲时帮助其他组员完成工作，共创有意义的工作环境。与组员团结协作，空闲时帮助其他组员完成工作，共创有意义的工作环境。制绒须知：制绒须知：了解清洗间使用的各种原辅料的特性（包括：硅片、了解清洗间使用的各种原辅料的特性（包括：硅片、HF酸、酸、HCL酸、铬酸、铬酸、酒精、硅酸钠），做到能正确辨别、正确使用。酸、酒精、硅酸钠），做到能正确辨别、正确使用。懂得各种溶液的配备及生产过程中的正确防护。懂

8、得各种溶液的配备及生产过程中的正确防护。保证送入扩散间的硅片与相应的流程卡一一对应，而且数据准确。保证送入扩散间的硅片与相应的流程卡一一对应，而且数据准确。懂得各懂得各操作记录操作记录及及工序流程卡工序流程卡的正确填写，确保生产过程中的统的正确填写，确保生产过程中的统计准确。计准确。制绒步骤：制绒步骤：佩带防护眼镜、口罩、手套花篮准备将硅片防入花篮机器上料佩带防护眼镜、口罩、手套花篮准备将硅片防入花篮机器上料开始制绒制绒分钟开启制绒槽盖抽检一片目视制绒效果（有开始制绒制绒分钟开启制绒槽盖抽检一片目视制绒效果（有无白斑）将硅片放入槽中关闭槽盖放入水槽抽检一片氮气枪吹干无白斑）将硅片放入槽中关闭槽

9、盖放入水槽抽检一片氮气枪吹干电子显微镜观察绒面将硅片放入水槽开启制绒槽化学品加液关电子显微镜观察绒面将硅片放入水槽开启制绒槽化学品加液关闭制绒槽盖制绒完毕填写表单闭制绒槽盖制绒完毕填写表单单晶制绒：用碱腐蚀单晶制绒：用碱腐蚀多晶制绒：用酸腐蚀多晶制绒：用酸腐蚀 硅的各向异性腐蚀，在不同的晶向上的腐蚀速度硅的各向异性腐蚀，在不同的晶向上的腐蚀速度不一致，在不一致，在100面上的腐蚀速率与面上的腐蚀速率与111面上的腐蚀面上的腐蚀速率速率R111的比值的比值 R100：R111在一定的弱碱溶在一定的弱碱溶液中可以达到液中可以达到500 反应方程式：反应方程式：2NaOH+Si+H2O=Na2SiO

10、3+2H2 HCL去除硅片表面的去除硅片表面的金属离子金属离子 HF去除硅片表面的去除硅片表面的 氧化物氧化物2222HNaCLNaHCLOHSiFHSiOHF262226 单晶原始形貌（单晶原始形貌（500倍）倍）单晶绒面单晶绒面（500倍倍）单晶绒面（单晶绒面（SEM）多晶绒面（多晶绒面（SEM）在在P型半导体表面掺杂五价磷元素型半导体表面掺杂五价磷元素在硅片表面形成在硅片表面形成PN结结外层：磷硅玻璃中间：N型半导体硅P型半导体硅P型硅N型硅磷硅玻璃(PSG)扩散的目的：形成扩散的目的：形成PN结结电位电位差计差计单单晶晶硅硅1 2 3 4 PSiOSiOPCLOPOPCLOPPCLPO

11、CLCCC2800228002552560035255懂得石英管、SIC桨及其它石英器件的拆卸、清洗和安装。懂得石英管清洗机的使用及相应清洗液的配备。懂得在手动及自动状态下对扩散舟及扩散管进行TCA和饱和。懂得装片、卸片的正确方法，并确保扩散舟及钝化舟的正确使用。懂得四探针测试仪的正确使用及方块电阻的正确测量懂得生产过程中方块电阻的正确控制，确保方块电阻处于要求范围。扩散操作重点扩散原理及检测扩散原理及检测刻蚀目的：去除边缘去除边缘PN结，防止上下短路结，防止上下短路等离子体刻蚀原理：等离子体刻蚀原理：等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激

12、活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性反应物而被去除。位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性反应物而被去除。这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。刻蚀方法：刻蚀方法：干法刻蚀：干法刻蚀 ：湿法刻蚀：湿法刻蚀P型半导体硅P型硅N型硅磷硅玻璃(PSG)检验操作及判断：检验操作及判断：确认万用表工作正常，量程置于确认万用表工作正常，量程置于200mV。冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相连。冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相连。如

13、果经过检验，任何一个边沿没有刻蚀合格，则这一批硅片需要重新如果经过检验，任何一个边沿没有刻蚀合格，则这一批硅片需要重新 装片，进行刻蚀。装片，进行刻蚀。OHSiFHSiOHFCOSiFOSiOCF262224224刻蚀机原理化学方程式去PSG原理化学方程式 用用HF酸把表面的磷硅玻璃去除酸把表面的磷硅玻璃去除P型半导体硅P型硅N型硅磷硅玻璃磷硅玻璃在扩散过程中发生如下反应：在扩散过程中发生如下反应：POCl3分解产生的分解产生的P2O5淀积在硅片淀积在硅片表面，表面，P2O5与与Si反应生成反应生成SiO2和磷和磷原子。原子。这样就在硅片表面形成一层含有磷这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的元

14、素的SiO2，称之为磷硅玻璃。，称之为磷硅玻璃。氢氟酸是无色透明的液体，具有较氢氟酸是无色透明的液体，具有较弱的酸性、易挥发性和很强的腐蚀弱的酸性、易挥发性和很强的腐蚀性。但氢氟酸具有一个很重要的特性。但氢氟酸具有一个很重要的特性是它能够溶解二氧化硅，因此不性是它能够溶解二氧化硅，因此不能装在玻璃瓶中。能装在玻璃瓶中。在半导体生产的清洗和腐蚀工艺中，在半导体生产的清洗和腐蚀工艺中，主要就利用氢氟酸的这一特性来除主要就利用氢氟酸的这一特性来除去硅片表面的二氧化硅层。去硅片表面的二氧化硅层。PSiOSiOP4552Cl01O2P5O4PCl25225225OHSiFHSiOHF26226 在硅片表

15、面镀上一层深蓝色的氮化硅膜在硅片表面镀上一层深蓝色的氮化硅膜 可以充分吸收太阳光，降低反射可以充分吸收太阳光，降低反射 在硅片表面有氢钝化的作用在硅片表面有氢钝化的作用氮化硅膜P型半导体硅P型硅N型硅 PECVD沉积沉积SiN 利用硅烷（利用硅烷（SiH4）与氨气（）与氨气（NH3）在等离子体中反应。）在等离子体中反应。SiH4+NH3 SiNH+3H22SiH4+N2 2SiNH+3H2PECVD：Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition 等离子增强化学气相沉积等离子增强化学气相沉积在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN膜。其还具有卓越的抗氧 化和绝

16、缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽 扩散的能力；它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢 腐蚀外，其它酸与它基本不起作用。除SiN膜外，TiO2，SiO2也可作为减反膜丝网印刷的原理丝网印刷的原理 通过刮条挤压丝网弹性变形后将浆料漏印在需印刷的材料上的一种方式通过刮条挤压丝网弹性变形后将浆料漏印在需印刷的材料上的一种方式,这是目前普遍这是目前普遍采用的一种电池工艺采用的一种电池工艺.丝网印刷的流程丝网印刷的流程 上料上料丝印第一道丝印第一道烘箱烘箱1丝印第二道丝印第二道烘箱烘箱2丝印第三道丝印第三道烧结炉烧结炉烘箱的作用烘箱的作用 先烘干硅片上的浆料，去处浆料中的有机成分。

17、先烘干硅片上的浆料，去处浆料中的有机成分。烧结炉的结构烧结炉的结构 烘干区烘干区烧结区烧结区回温区（冷却区）回温区（冷却区）烧结炉的作用烧结炉的作用 先烘干硅片上的浆料，去处浆料中的有机成分，通过高温使硅金属与浆料形成欧姆接触先烘干硅片上的浆料，去处浆料中的有机成分，通过高温使硅金属与浆料形成欧姆接触.所谓欧姆接触所谓欧姆接触:半导体材料与金属接触时没有形成整流接触半导体材料与金属接触时没有形成整流接触,欧姆接触具有线形和对欧姆接触具有线形和对称的称的VI特性，且接触时的电阻远小于材料电阻的一种接触，因此当电流通过时，良特性，且接触时的电阻远小于材料电阻的一种接触，因此当电流通过时，良好的欧姆

18、接触不会产生显著的压降和功耗。好的欧姆接触不会产生显著的压降和功耗。原材料的特性原材料的特性 硅片的厂家、型号、批次硅片的厂家、型号、批次、厚度、尺寸、少子寿命、对角线、厚度、尺寸、少子寿命、对角线 丝网印刷的辅助材料丝网印刷的辅助材料 刮条、浆料、胶带、封网浆、酒精、松油醇刮条、浆料、胶带、封网浆、酒精、松油醇 丝网印刷表单的填写丝网印刷表单的填写 工序流程卡、电池生产记录、首检记录、浆料领用工序流程卡、电池生产记录、首检记录、浆料领用/使用记录、使用记录、刮条更换记录、网板更换记录、网板使用寿命跟踪记录、台面刮条更换记录、网板更换记录、网板使用寿命跟踪记录、台面称重记录、碎片称重记录、设备

19、维护申请单称重记录、碎片称重记录、设备维护申请单 在太阳电池背面丝网印刷印上引出电在太阳电池背面丝网印刷印上引出电极极 使用的浆料是使用的浆料是银浆银浆 作用：易于焊接作用：易于焊接背电极 通过烧结穿透背面通过烧结穿透背面PN结，和结，和P型硅形成良好的型硅形成良好的欧姆接触。欧姆接触。使用的浆料是使用的浆料是铝浆铝浆 作用：收集载流子作用：收集载流子背电场 正面电极有主栅线和副栅线组成正面电极有主栅线和副栅线组成 在太阳电池正面丝网印刷在太阳电池正面丝网印刷银浆银浆，形成负，形成负电极电极 作用：收集电流作用：收集电流主栅线副栅线丝网印刷中的注意事项丝网印刷中的注意事项:1 保持印刷平台的清

20、洁,随时清除台面上的任何碎片和异物,防止产生碎片或损坏网版。2 及时清理行走臂和烘箱里的碎片,防止堵塞电机或产生新的碎片。3 印刷台上的贴纸要平整、干净，否则易引起碎片或报警。4 根据具体情况,及时调整印刷参数.(参数调整原则另述)。5 出现报警时应首先查看报警信息显示,然后采取相应措施。6 机器自动运行时不要打开或调用需手动状态下运行的软件功能（如摄像校正，输入输出显示控制等），否则会造成死机。安全防护事项：安全防护事项：1 严禁随意拆除机器上防护用的护盖或门锁。2 严禁两人同时操作机器，尤其在设备异常时。3 严禁将物件放在机器运动部件（如印刷平台、行走臂、烘箱托盘等）上。3 严禁在机器运行

21、时从运动的部件上取放电池片或做其它操作，需要时必须停机操作，长时间停机清理碎片或维护时应将旋钮选择在Manual(手动)模式。4 机器运行时如有异常现象，应立即停机，并通知设备维护。1测试系统构成 本系统由闪光灯、太阳能脉冲仿真器、可编程负载模拟装置、温度检测装置、光强测量电池、测试架和分检系统。示意图如下（不包括分检系统）。2工作原理：工作原理：本系统通过模拟AM（Air Mass）1.5 1000W/m2太阳光脉冲照射PV电池表面产生光电流，光电流流过可编程模拟负载，在负载两端产生电压，负载装置将采样到的电流、电压传送给SCLoad计算,得到IV曲线及其它指标，并根据实际光强和温度对它们进

22、行修正。SCLoad 根据测试结果，按照给定的分类规则分类，将分类结果传送给分检系统，分检系统将已分类的电池放到相应的电池盒里。3、岗位流程：丝印下料吸片 QC 检验 上料 行走臂 测试台 分类 下料 打印标签 包装入库4、太阳电池的电性能参数：、太阳电池的电性能参数：Isc (短路电流短路电流)Voc (开路电压开路电压)Ipm (最大电流最大电流)Vpm(最大电压最大电压)Pmax（最大功率）（最大功率）Rs（串联电阻）（串联电阻）Rsh（并联电阻）（并联电阻）FF（填充因子）（填充因子）EFF（转换效率）（转换效率）1 检查测试仪探针是否有弯曲和折断，如有，则更换。检查测试仪探针是否有弯

23、曲和折断，如有，则更换。2 清理行行走臂中所有碎片。清理行行走臂中所有碎片。3 当发现电池片走弯时应立即停止纠正。当发现电池片走弯时应立即停止纠正。4 适当润滑下料缓冲盒升降电机传动适当润滑下料缓冲盒升降电机传动螺杆。螺杆。5 适当润滑三只机械手适当润滑三只机械手X、Y轴滑轨。注意，不要污染磁轴滑轨。注意，不要污染磁尺。尺。1、太阳电池、太阳电池将光能直接转换为电能的将光能直接转换为电能的半导体器件半导体器件2、工作过程、工作过程载流子的产生、漂移和经载流子的产生、漂移和经内建电场的分离内建电场的分离3、电性能参数、电性能参数短路电流、开路电压、短路电流、开路电压、填充因子、转换效率、串联电阻、并联填充因子、转换效率、串联电阻、并联电阻电阻