太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)制造工藝一覽

太陽(yáng)能電池片的生產(chǎn)工藝流程分為硅片檢測——表面制絨——擴散制結——去磷硅玻璃——等離子刻蝕——鍍減反射膜——絲網(wǎng)印刷——快速燒結等。具體介紹如下：

一、硅片檢測

硅片是太陽(yáng)能電池片的載體，硅片質(zhì)量的好壞直接決定了太陽(yáng)能電池片轉換效率的高低，因此需要對來(lái)料硅片進(jìn)行檢測。該工序主要用來(lái)對硅片的一些技術(shù)參數進(jìn)行在線(xiàn)測量，這些參數主要包括硅片表面不平整度、少子壽命、電阻率、P/N型和微裂紋等。該組設備分自動(dòng)上下料、硅片傳輸、系統整合部分和四個(gè)檢測模塊。其中，光伏硅片檢測儀對硅片表面不平整度進(jìn)行檢測,同時(shí)檢測硅片的尺寸和對角線(xiàn)等外觀(guān)參數；微裂紋檢測模塊用來(lái)檢測硅片的內部微裂紋；另外還有兩個(gè)檢測模組，其中一個(gè)在線(xiàn)測試模組主要測試硅片體電阻率和硅片類(lèi)型，另一個(gè)模塊用于檢測硅片的少子壽命。在進(jìn)行少子壽命和電阻率檢測之前，需要先對硅片的對角線(xiàn)、微裂紋進(jìn)行檢測，并自動(dòng)剔除破損硅片。硅片檢測設備能夠自動(dòng)裝片和卸片，并且能夠將不合格品放到固定位置，從而提高檢測精度和效率。

二、表面制絨

單晶硅絨面的制備是利用硅的各向異性腐蝕，在每平方厘米硅表面形成幾百萬(wàn)個(gè)四面方錐體也即金字塔結構。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉換效率。硅的各向異性腐蝕液通常用熱的堿性溶液，可用的堿有氫氧化鈉，氫氧化鉀、氫氧化鋰和乙二胺等。大多使用廉價(jià)的濃度約為1%的氫氧化鈉稀溶液來(lái)制備絨面硅，腐蝕溫度為70-85℃。為了獲得均勻的絨面，還應在溶液中酌量添加醇類(lèi)如乙醇和異丙醇等作為絡(luò )合劑，以加快硅的腐蝕。制備絨面前，硅片須先進(jìn)行初步表面腐蝕，用堿性或酸性腐蝕液蝕去約20～25μm，在腐蝕絨面后，進(jìn)行一般的化學(xué)清洗。經(jīng)過(guò)表面準備的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，應盡快擴散制結。

三、擴散制結

太陽(yáng)能電池需要一個(gè)大面積的PN結以實(shí)現光能到電能的轉換，而擴散爐即為制造太陽(yáng)能電池PN結的專(zhuān)用設備。管式擴散爐主要由石英舟的上下載部分、廢氣室、爐體部分和氣柜部分等四大部分組成。擴散一般用三氯氧磷液態(tài)源作為擴散源。把P型硅片放在管式擴散爐的石英容器內，在850---900攝氏度高溫下使用氮氣將三氯氧磷帶入石英容器，通過(guò)三氯氧磷和硅片進(jìn)行反應，得到磷原子。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，磷原子從四周進(jìn)入硅片的表面層，并且通過(guò)硅原子之間的空隙向硅片內部滲透擴散，形成了N型半導體和P型半導體的交界面，也就是PN結。這種方法制出的PN結均勻性好,方塊電阻的不均勻性小于百分之十,少子壽命可大于10ms。制造PN結是太陽(yáng)電池生產(chǎn)最基本也是最關(guān)鍵的工序。因為正是PN結的形成，才使電子和空穴在流動(dòng)后不再回到原處，這樣就形成了電流，用導線(xiàn)將電流引出，就是直流電。

四、去磷硅玻璃

該工藝用于太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)制造過(guò)程中，通過(guò)化學(xué)腐蝕法也即把硅片放在氫氟酸溶液中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應生成可溶性的絡(luò )和物六氟硅酸，以去除擴散制結后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃。在擴散過(guò)程中，POCL3與O2反應生成P2O5淀積在硅片表面。P2O5與Si反應又生成SiO2和磷原子，這樣就在硅片表面形成一層含有磷元素的SiO2，稱(chēng)之為磷硅玻璃。去磷硅玻璃的設備一般由本體、清洗槽、伺服驅動(dòng)系統、機械臂、電氣控制系統和自動(dòng)配酸系統等部分組成，主要動(dòng)力源有氫氟酸、氮氣、壓縮空氣、純水，熱排風(fēng)和廢水。氫氟酸能夠溶解二氧化硅是因為氫氟酸與二氧化硅反應生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。若氫氟酸過(guò)量，反應生成的四氟化硅會(huì )進(jìn)一步與氫氟酸反應生成可溶性的絡(luò )和物六氟硅酸。

五、等離子刻蝕

由于在擴散過(guò)程中，即使采用背靠背擴散，硅片的所有表面包括邊緣都將不可避免地擴散上磷。PN結的正面所收集到的光生電子會(huì )沿著(zhù)邊緣擴散有磷的區域流到PN結的背面，而造成短路。因此，必須對太陽(yáng)能電池周邊的摻雜硅進(jìn)行刻蝕，以去除電池邊緣的PN結。通常采用等離子刻蝕技術(shù)完成這一工藝。等離子刻蝕是在低壓狀態(tài)下，反應氣體CF4的母體分子在射頻功率的激發(fā)下，產(chǎn)生電離并形成等離子體。等離子體是由帶電的電子和離子組成，反應腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉變成離子外，還能吸收能量并形成大量的活性基團?；钚苑磻鶊F由于擴散或者在電場(chǎng)作用下到達SiO2表面，在那里與被刻蝕材料表面發(fā)生化學(xué)反應，并形成揮發(fā)性的反應生成物脫離被刻蝕物質(zhì)表面，被真空系統抽出腔體。

六、鍍減反射膜

拋光硅表面的反射率為35%,為了減少表面反射,提高電池的轉換效率,需要沉積一層氮化硅減反射膜?，F在工業(yè)生產(chǎn)中常采用PECVD設備制備減反射膜。PECVD即等離子增強型化學(xué)氣相沉積。它的技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升溫到預定的溫度，然后通入適量的反應氣體SiH4和NH3，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應和等離子體反應，在樣品表面形成固態(tài)薄膜即氮化硅薄膜。一般情況下，使用這種等離子增強型化學(xué)氣相沉積的方法沉積的薄膜厚度在70nm左右。這樣厚度的薄膜具有光學(xué)的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大為減少，電池的短路電流和輸出就有很大增加，效率也有相當的提高。

七、絲網(wǎng)印刷

太陽(yáng)電池經(jīng)過(guò)制絨、擴散及PECVD等工序后，已經(jīng)制成PN結，可以在光照下產(chǎn)生電流，為了將產(chǎn)生的電流導出，需要在電池表面上制作正、負兩個(gè)電極。制造電極的方法很多，而絲網(wǎng)印刷是目前制作太陽(yáng)電池電極最普遍的一種生產(chǎn)工藝。絲網(wǎng)印刷是采用壓印的方式將預定的圖形印刷在基板上，該設備由電池背面銀鋁漿印刷、電池背面鋁漿印刷和電池正面銀漿印刷三部分組成。其工作原理為：利用絲網(wǎng)圖形部分網(wǎng)孔透過(guò)漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定壓力，同時(shí)朝絲網(wǎng)另一端移動(dòng)。油墨在移動(dòng)中被刮刀從圖形部分的網(wǎng)孔中擠壓到基片上。由于漿料的粘性作用使印跡固著(zhù)在一定范圍內，印刷中刮板始終與絲網(wǎng)印版和基片呈線(xiàn)性接觸，接觸線(xiàn)隨刮刀移動(dòng)而移動(dòng)，從而完成印刷行程

八、快速燒結

經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)印刷后的硅片，不能直接使用，需經(jīng)燒結爐快速燒結，將有機樹(shù)脂粘合劑燃燒掉，剩下幾乎純粹的、由于玻璃質(zhì)作用而密合在硅片上的銀電極。當銀電極和晶體硅在溫度達到共晶溫度時(shí)，晶體硅原子以一定的比例融入到熔融的銀電極材料中去，從而形成上下電極的歐姆接觸，提高電池片的開(kāi)路電壓和填充因子兩個(gè)關(guān)鍵參數，使其具有電阻特性，以提高電池片的轉換效率。燒結爐分為預燒結、燒結、降溫冷卻三個(gè)階段。預燒結階段目的是使漿料中的高分子粘合劑分解、燃燒掉，此階段溫度慢慢上升；燒結階段中燒結體內完成各種物理化學(xué)反應，形成電阻膜結構，使其真正具有電阻特性，該階段溫度達到峰值；降溫冷卻階段，玻璃冷卻硬化并凝固，使電阻膜結構固定地粘附于基片上。

九、外圍設備

在電池片生產(chǎn)過(guò)程中，還需要供電、動(dòng)力、給水、排水、暖通、真空、特汽等外圍設施。消防和環(huán)保設備對于保證安全和持續發(fā)展也顯得尤為重要。一條年產(chǎn)50MW能力的太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)線(xiàn)，僅工藝和動(dòng)力設備用電功率就在1800KW左右。工藝純水的用量在每小時(shí)15噸左右，水質(zhì)要求達到中國電子級水GB/T11446.1-1997中EW-1級技術(shù)標準。工藝冷卻水用量也在每小時(shí)15噸左右，水質(zhì)中微粒粒徑不宜大于10微米，供水溫度宜在15-20℃。真空排氣量在300M3/H左右。同時(shí)，還需要大約氮氣儲罐20立方米，氧氣儲罐10立方米?？紤]到特殊氣體如硅烷的安全因素，還需要單獨設置一個(gè)特氣間，以絕對保證生產(chǎn)安全。另外，硅烷燃燒塔、污水處理站等也是電池片生產(chǎn)的必備設施。