太阳能电池基础知识及制造工艺.ppt

Basic knowledge of solar cell Outline 太阳能电池 太阳能电池分类 晶体硅电池的工艺 电池效率总结 太阳能电池产业链 太阳能电池结构 太阳能电池分为单晶电池和多晶电池，但是它们的结构基本一样，都有以下部分组成 太阳能电池分类 现有的太阳能电池可以分成以下几类： 太阳能电池分类 晶体硅太阳能电池工艺简介 晶体硅电池工艺分为单晶硅电池工艺和多晶硅电池工艺，它们大体上相同，最大的不同在于第一步的清洗制绒，工艺步骤如下： 1 硅片清洗制绒 目的：清洗是为了除去沾污在硅片上的各种杂质，包括油脂、金属离子、尘埃等；表面刻蚀制绒(SDE, texture)是为了除去硅片表面的切割损伤层，同时得到合理的粗糙表面，减小光在表面的反射，增加光尤其是长波长光在硅片内传输路径，获得适合扩散制p-n结要求的硅表面。 1硅片清洗制绒 清洗后硅片质量监控：腐蚀量计算、反射率、少子寿命的测试。硅片要求表面光亮，无肉眼可见沾物，无崩边、缺角、穿孔等可视缺陷，即为合格品。 1 硅片清洗制绒 2 扩散制p-n结 目的：在P型硅片的表面扩散(diffusion)进一薄层磷，以形成0.3-0.6微米左右深的浅p-n结， p-n结形成后，能在硅片内产生电场，当光照射到硅片上被吸收产生电子-空穴对时，电场能将电子-空穴对分开，产生电流。 2 扩散制p-n结 扩散后硅片的监控：测试方块电阻R□ (sheet resistance)， R□可理解为在硅片上正方形薄膜两端之间的电阻，他与薄膜的电阻率和厚度有关，与薄膜的尺寸无关。通过的R□测试，可以近似比较磷扩散的平均深度。扩散后的硅片要求表面光亮且无肉眼可见沾物，无崩边、缺角、孔洞等可视缺陷才视为合格品。 2 扩散制p-n结 3 周边刻蚀 目的：扩散过程中，硅片的外围表面导电类型都变成了n型。此工序就是利用等离子体刻蚀机刻蚀(etching)硅片边缘，以使前表面与背表面的n型层隔断，防止电池做出来以后正负极出现短路。如图所示： 3 周边刻蚀 边缘刻蚀的监控：边缘电阻测试 参与反应的气体除了去除边缘n型硅外，还能去除硅片表面的n型硅，所以刻蚀操作时一定要压紧硅片，不能使硅片间留有间隙。 4 氢氟酸清洗 目的：硅片在扩散的过程中表面生成了氧化硅(SiO2)，它和磷的氧化物形成磷硅玻璃(PSG:phosphatesilicate glass),玻璃层的存在会在电极印刷过程中，影响到金属电极和硅片的接触，降低电池的转换效率，同时玻璃层还有多种金属离子杂质，会降低少子寿命，因此引入HF清洗工艺。 5 PECVD镀膜 PECVD定义：等离子体增强型化学气相沉积，英文Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition缩写 5 PECVD镀膜 薄膜的其他功能：这层薄膜主要由蓝色的氮化硅组成，除了前面所说的减反射(anti-reflection)作用外，还能起到钝化(passivation)的效果。同时，致密的氮化硅能阻挡钠离子扩散，不透潮气，具有极低的氧化速率，还可防止划伤。 5 PECVD镀膜 单体硅PECVD镀膜后效果图 6 印刷烧结 目的：通过丝网印刷(screen printing) 在太阳能电池的两面制作金属电极、正面收集电子，背面电极利于焊接以及组件(module)的制成，是硅片制成电池的重要环节。烧结(firing)则是为了将作为电极的粘稠浆料烘干，同时完成金属与硅片的合金化，便于电极收集电子。 6 印刷烧结 6 印刷烧结 6 印刷烧结 印刷设备：45所，Baccini，Asys，DEK-J 烧结设备：Despatch，BTU，Centrotherm 7 测试分选 目的：绘制I-V曲线图，测试出电池的各项电性能参数(包括电池效率)，把电参数相近的分为一类(通常为效率相近)，同一类电池片按照不同颜色分选包装。 7 测试分选 7 测试分选 开路电压Voc：open circuit voltage 短路电流Isc：short circuit current 填充因子FF：filling factor 最大功率Pm：maximum power 转换效率Eff：conversion efficiency 电池效率总结 综合世界上目前各个厂家生产的太阳能电池，平均效率差异较大，原材料不同引起的效率差别也很明显。 Q A 6N以上高纯多晶硅 单晶硅棒 多晶硅锭 物理化学 处理 高温熔融 单晶硅片 多晶硅片 组件 系统 单晶电池 多晶电池 铝硅形成背面 硅基体 扩散层 蓝色氮化硅 绒面 表面主栅线 表面细栅线 晶体硅 单晶硅：无锡尚德(Suntech)、南京