光伏器件原理与设计(一).ppt

第三章 太阳电池基本结构 晶体硅太阳电池基本结构 薄膜硅太阳电池基本结构 化合物太阳电池基本结构 西门子CVD还原炉 西门子CVD还原多晶硅料 单晶硅制备 直拉单晶炉外部结构 直拉单晶炉内部结构 直拉单晶生长过程 直拉单晶炉 多晶硅制备 多晶硅铸锭炉 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。 扩散的原理：扩散是自然界普遍存在一种规律。所谓扩散，就是物体存在浓度不均匀时，从高浓度流动到低浓度直至平衡的一种现象。当磷沉积在硅片表面后，表面与内部存在浓度梯度，磷原子在高温驱动下穿过晶格到达其平衡位置，在硅片片面形成n型层。 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。 扩散后的多晶硅硅片 2 扩散制p-n结 扩散的分类： 链式扩散：diffusion inline 管式扩散：diffusion in tube 扩散设备主要厂家： 中国：48所 德国：Tempress、Centrotherm、Schmid 单面扩散 双面扩散 生产中采用的是POCl3液态源扩散 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： 双面扩散的周边刻蚀 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。 3 周边刻蚀 刻蚀设备 国内：等离子体刻蚀—48所，捷佳创 国外：激光刻蚀—德国Rofin 湿法刻蚀—德国RENA 刻蚀分类 干法刻蚀 湿法刻蚀 等离子体刻蚀 激光刻蚀 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。 HF酸清洗设备一般与第一道工序制绒清洗设备同步配置。常用设备厂家： 单晶硅：无锡瑞能、深圳捷佳创，48所 多晶硅：德国RENA 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 PECVD镀膜的目的：太阳光照射到硅片表面被硅片吸收透射的同时，也会有很大一部分光从该面反射掉，这就大大减少了太阳能的利用率，所以要在硅片表面接触阳光的一侧镀上一层减反射膜，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，在薄膜的两个面上反射的光，路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减少了光的反射损失，增强了吸收光的强度，提高电池效率。 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 PECVD镀膜设备 国内：48所 国外：德国 Roth Rau (inline) 德国Centrotherm (tube) 单体硅PECVD镀膜后效果图 5 PECVD镀膜 6 印刷烧结 目的：通过丝网印刷(screen printing) 在太阳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，降低串联电阻，便于电极收集电子。 6 印刷烧结 主栅线(busbar) 细栅线(finger grid) 多晶硅硅片印刷烧结后得到的电池(solar cell)示意图 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