晶硅太陽能電池常規工藝簡介北京七星華創電子股份有限公司微電子設備分公司常規晶硅電池工藝流程電池片生產流程——剖面圖制絨P型襯底擴散刻蝕+

去PSGn+發射極P型襯底PECVD鍍膜氮化硅減反層P型襯底燒結氮化硅減反層n+發射極背電場

鋁背接觸P型襯底背面銀電極正銀柵線金屬電極印刷背面銀電極正銀柵線P型襯底鋁背接觸P型襯底清洗制絨（texture）目的1、清洗表面油污及金屬雜質；2、去除表面損傷層；3、形成表面織構化，減少光反射。硅片機械損傷層（4~10微米）硅表面損傷層去除單晶硅絨面減反射示意圖單晶制絨原理：Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2

總反應方程式為：<100>面晶體硅在堿性溶液中由于各向異性腐蝕，形成金字塔結構：單晶硅槽式制絨設備單晶制絨工藝流程圖多晶硅片在HF-HNO3溶液中，由于反應的不均勻形成大小不等的腐蝕坑；反應如下：

Si+2HNO3+6HF=H2[SiF6]+2HNO2+2H2O

3Si+4HNO3+18HF=3H2[SiF6]+4NO+8H2O3Si+2HNO3+18HF=3H2[SiF6]+2NO+4H2O+3H2

5Si+6HNO3+30HF=5H2[SiF6]+2NO2+4NO+10H2O+3H2多晶硅片制絨原理多晶硅絨面形貌圖多晶硅制絨工藝流程刻蝕/制絨干燥漂洗堿洗漂洗酸洗漂洗干燥在線式式制絨絨設備備——在線式式制（（RENA）在線式式制絨絨內部部結構構（Schmid）制絨工工序檢檢驗內內容減薄量量反射率率外觀均均勻性性硅片制制絨前前后的的反射射率對對比擴散制制結（（diffusion）在P型硅襯襯底擴擴散N型雜質質，在在襯底底表層層形成成PN結。一般硅硅太陽陽能電電池中中襯底底雜質質為硼硼（B），擴擴散雜雜質為為磷（（P）為什么么有一一面沒沒有結結？擴散制制結基基礎（（diffusion）制結過過程是是在一一塊半導體體基體材材料上上生成成導電電類型型不同同的半導體體層。制結方方法有有熱擴擴散，，離子子注入入，外外延，，激光光及高高頻電電注入入法等等。擴散是是物質質分子子或原原子運運動引引起的的一種種自然然現象象，熱熱擴散散制p—n結法為為用加加熱方方法使使V族雜質質摻入入P型或ⅢⅢ族雜雜質摻摻入N型硅而制成成。硅太太陽電電池中中最常常用的的V族雜質質元素素為磷磷，ⅢⅢ族雜雜質元元素為為硼。。制結方方法為為使磷磷元素素在擴擴散進進硼摻摻雜的的半導導體，，在兩兩種摻摻雜的的半導導體交交界處處形成成PN結。P型半導導體（（P指positive，帶正正電的的）：：由單單晶硅硅通過過特殊殊工藝藝摻入入少量量的三三價元元素組組成，，會在在半導導體內內部形形成帶帶正電電的空穴；N型半導導體（（N指negative，帶負負電的的）：：由單單晶硅硅通過過特殊殊工藝藝摻入入少量量的五五價元元素組組成，，會在在半導導體內內部形形成帶帶負電電的自自由電電子。。PN結（PNjunction）N型P型空間電荷區（P-N結）電子空穴P型硅片N型在N型和P型半導導體的的交界界面處處存在在有電電子和和空穴穴濃度度梯度度，N區中的的電子子就向向P區滲透透擴散散，擴擴散的的結果果是N型區域域中鄰鄰近P型區域域一邊邊的薄薄層內內有一一部分分電子子擴散散到N型中去去了。。由于于這個個薄層層失去去了一一些電電子，，在N區就形形成帶帶正電電荷的的區域域。同同樣，，P型區域域中鄰鄰近N型區域域一邊邊的薄薄層內內有一一部分分空穴穴擴散散到N型區域域一邊邊去了了。由由于這這個薄薄層失失去了了一空空穴，，在P區就形形成了了帶負負電荷荷的區區域。。這樣樣在N型區和和P型區交交界面面的兩兩側形形成了了帶正正、負負電荷荷的區區域，，叫做做空間間電荷荷區，，也叫叫PN結。太陽能能電池池擴散散方法法擴散工工藝的的摻雜雜源各各不相相同，，基本本的擴擴散有有:固態源源：磷紙，，硼紙紙，磷磷酸二二氫銨銨(結晶狀狀),用于管管式擴擴散。。絲網印印刷磷磷漿料料后(鏈式)擴散液態源源：POCL3，BBr3，用于于管式式擴散散。噴涂磷磷酸二二氫銨銨水溶溶液后后(鏈式)擴散。。其中POCl3液態源源擴散散方法法具有有生產產效率率較高高，得得到PN結均勻勻、平平整和和擴散散層表表面良良好等等優點點，這這對于于制作作具有有大面面積結結的太太陽電電池是是非常常重要要的。。因此此目前前國內內使用用最多多的是是POCl3液態源源擴散散法。。熱擴散散反應應POCl3在高溫溫下（（>600℃℃）分解解生成成五氯氯化磷磷（PCl5）和五五氧化化二磷磷（P2O5），其其反應應式如下下：生成的的P2O5在擴散散溫度度下與與硅反反應，，生成成二氧氧化硅硅（SiO2）和磷磷原子子，其其反應應式如如下：：POCl3熱分解解時，，如果果沒有有外來來的氧氧（O2）參與與其分分解是是不充分分的，生生成的的PCl5是不易易分解的的，并并且對對硅有有腐蝕蝕作用用，破破壞硅硅片的的表面面狀態態。在有外來來O2存在的的情況況下，，PCl5會進一一步分分解成成P2O5并放出出氯氣氣（Cl2）其反反應式式如下：生成的P2O5又進一一步與與硅作作用，，生成成SiO2和磷原原子，，由此可可見在在磷擴擴散時時，為了促促使POCl3充分的的分解解和避避免PCl5對硅片片表面面的腐腐蝕作作用，，必須須在通通氮氣氣的同同時通通入一定定流量的的氧氣氣。。在有氧氣氣的存存在時時，POCl3熱分解解的反反應式式為：：POCl3分解產產生的的P2O5淀積在在硅片片表面面，P2O5與硅反反應生生成SiO2和磷原子并并在硅硅片表表面形形成一一層磷磷-硅玻璃璃，然然后磷磷原子子再向向硅中中進行行擴散散。。擴散設設備及及擴散散間設設備操操作擴散管管路原原理圖圖擴散基基本步步驟擴散工工序檢檢測內內容方塊電電阻（（四探探針測測試儀儀）少子壽壽命（（semilabWT1000)方塊電電阻的的意義義及測測量擴散層層的薄薄層電電阻也也稱方方塊電電阻，，即表表面為為正方方形的的半導導體薄薄層在在電流流方向向（電電流方方向平平行于于正方方形的的邊））所呈呈現的的電阻阻。用用Rs和R□表示，，sheetresistance。一般般用四四探針針法測測量。。Rs=ρ/t(其中ρ為塊材材的電電阻率率,t為塊材材厚度度）方方塊電電阻的的大小直直接反反映了了擴散散入硅硅內部部的凈凈雜質質總量量對于太太陽能能電池池擴散散工藝藝，可可以認認為硅硅片周周圍的的雜質質濃度度是恒恒定的的，不不隨時時間而而改變變，硅硅片的的表面面濃度度Ns保持不不變。。雜質質在硅硅中的的分布布近似似為余誤差差分布布。高濃度度磷原原子分分布示示意圖圖刻蝕去去邊或或腐蝕蝕去背背結擴散過過程中中，在在硅片片的周周邊表表面也也形成成了擴擴散層層。周周邊擴擴散層層使電電池的的上下下電極極形成成短路路環，，必須須將它它除去去。周周邊上上存在在任何何微小小的局局部短短路都都會使使電池池并聯聯電阻阻下降降，以以至成成為廢廢品。。去邊的的方法法有干法刻刻蝕和和濕法法腐蝕兩種刻蝕原原理干法刻刻蝕原原理：：等離離子體體刻蝕蝕是采用高頻頻輝光放電電反應，使使反應氣體體激活成活活性粒子，，如原子或或游離基，，這些活性性粒子擴散散到需刻蝕蝕的部位，，在那里與與被刻蝕材材料進行反反應，形成成揮發性生生成物而被被去除。它它的優勢在于快快速的刻蝕蝕速率同時時可獲得良良好的物理理形貌。濕法腐蝕原原理：在硝酸、氫氫氟酸、硫酸組成的腐蝕蝕液中腐蝕蝕３０秒鐘鐘左右，去除硅片片背面結及及周邊結部部分，一般般使用的設設備為在線線式腐蝕設設備。等離子刻蝕蝕機去磷硅玻璃璃硅片在經過過等離子體體刻蝕后，，在前表面面尚存在一一層磷硅玻璃璃層（PSG層，含磷的二氧化化硅），PSG層具有親水水性，易潮潮解，必須須在PECVD鍍膜之前去去掉。去PSG在HF溶液中進行行，反應如如下：SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2OP型襯底為什么只有有一面消失失？等離子刻蝕蝕基本步驟驟去磷硅玻璃璃清洗機刻蝕+去PSG檢測內容邊緣P-N型（冷熱探探針法）外觀（（目測測）PECVD鍍膜PECVD：PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition等離子增強強化學氣相沉積等離子體：：氣體在一一定條件下下受到高能能激發，發發生電離，，部分外層層電子脫離離原子核，，形成電子子、正離子子和中性粒粒子混合組組成的一種種形態,這種形態就就稱為等離離子態，等等離子體從從宏觀來也也是電中性性但是在局局部可以為為非電中性性。PECVD鍍膜工藝目的P型襯底氮化硅減反反層n+發射極在擴散后的的硅片上形形成一層致致密的氮化化硅（SiNx）層，進一一步降低反反射率。富H的氮化硅在在經過一定定的高溫后后（燒結過過程）能夠夠對硅體材材料形成很很好的鈍化化作用。阻擋金屬離離子和水蒸蒸汽的擴散散。形成良好的的絕緣層。。PECVD原理PECVD技術原理是是利用低溫溫等離子體體作能量源源，樣品置置于低氣壓壓下輝光放放電的陰極極上，利用用輝光放電電使樣品升升溫到預定定的溫度，，然后通入入適量的反反應氣體，，氣體經一一系列化學學反應和等等離子體反反應，在樣樣品表面形形成固態薄薄膜。PECVD方法的特點點是等離子子體中含有有大量高能能量的電子子，它們可可以提供化化學氣相沉沉積過程所所需的激活活能。電子子與氣相分分子的碰撞撞可以促進進氣體分子子的分解、、化合、激激發和電離離過程，生生成活性很很高的各種種化學基團團，能顯著著降低薄膜膜沉積的溫溫度范圍。。反應方程式式：PECVD等離子產生生方式：直接式—基片位于一一個電極上上，直接接接觸等離子子體（低頻頻放電10-500kHz或高頻13、56MHz),在射頻激發發的等離子子的腔體內內，高速運運動的電子激發反反應氣體NH3和SiH4產生等離子子，沉積在在硅片表面面。間接式—基片不接觸觸激發電極極（如2、45GHz微波激發等等離子),在微波激發等離子的的設備里，，等離子產產生在反應應腔之外，，然后由石石英管導入反應腔腔中。在這這種設備里里微波只激激發NH3，而SiH4直接進入反應腔。。間接PECVD的沉積速率率比直接的的要高很多多，這對大大規模生產產尤其重要要。直接式PECVD間接式PECVD等離子的兩兩種產生方方式比較PECVD設備結構平板式PECVD設備平板式PECVD工藝過程管式PECVD鍍膜設備管式PECVD工藝控制過過程boatheatingcassetteplasmageneratorCESARloadingmachinegassupplyN2SiH4NH3vacuumpumpscrubberExhaust管式PECVD的基本工工藝步驟驟PECVD檢測內容容膜厚、折折射率（（橢偏儀儀）反射率（（D8反射儀））外觀均勻勻性、顏顏色（目目測）制備電極極制備電極極的目的的：1、收集電電流2、引出電電流3、將單體體電池焊焊接成串串制備電極極的方法法絲網印刷刷法：在網版上上制作特特定電極極圖形，，通過刮刮刀的運運動將網網版上的的金屬漿漿料擠出出網版，，落在網網版下面面的硅片片上，形形成電極極圖形。。絲網印印刷方法法制作電電極圖形形成本低低，產量量高，是是目前規規模化生生產中普普遍采用用的一種種制備電電極的方方法?？滩勐駯艝欧ǎ河眉す饣蚧蛘邫C械械的方法法在電池池表面劃劃出電極極槽，在在電極槽槽內重摻摻之后將將不同的的金屬按按照不同同的順序序叫住的的電極槽槽內，這這種方法法制作成成本高，，但電池池效率高高，一般般用于高高效電池池的制作作。噴墨打印印法：使用氣體體帶動金金屬漿料料從特制制的噴嘴嘴噴出，，沉積到到電池表表面形成成電極，，這種方方法制備備的電極極具有較較好的高高寬比，，但目前前設備尚尚不成熟熟，規模模化應用用較少。。絲網印刷刷的原理理印刷基材材（硅片片）刮刀擠壓壓印刷油油墨，并并借助刮刮刀面和和網版網網結的阻阻攔，使使印刷油油墨呈現現出逆向向滾動狀狀態，當當油墨行行至網版版未被乳乳膠膜阻阻擋的電電極圖形形區時即即向下穿穿透網孔孔接觸印印刷基材材(硅片)，刮刀繼繼續往前前推移是是，則因因網版張張力及離離版間距距，使油油墨脫離離網版，，附著于于印刷基基材上，，達到印印刷的目目的。網框印刷網粘著劑刮刀印墨版膜印刷基材絲網印刷刷流程P型襯底背電極印刷烘干背電場印刷烘干正電極印刷烘干+燒結測試分選電池的正正背面電電極圖形形柵線（銀漿）背電場：鋁漿背電極：鋁漿或銀鋁漿電池片正正面電池片反反面絲網印刷刷的設備備(Baccini)絲網印刷刷檢測內內容副柵線寬寬度、高高度（晶晶相顯微微鏡）印刷濕重重（電子子天平））印刷圖形形完整性性（目測測）燒結的目目的燃盡金屬屬漿料中中的有機機成分；；燒穿絕緣緣的氮化化硅膜，，使漿料料中的金金屬和硅硅熔融合合金，形形成歐姆姆接觸；；對經過等等離子轟轟擊的硅硅片退火火，激活活摻雜的的原子，，消除晶晶格損傷傷；激活氮化化硅膜()中的氫離離子，使使之鈍化化硅片內內部晶格格缺陷。。燒結的原原理燒結可看看作是原原子從系系統中不不穩定的的高能位位置遷移移至自由由能最低低位置的的過程。。漿料中中的固體體顆粒系系統是高高度分散散的粉末末系統，，具有很很高的表表面自由由能。因因為系統統總是力力求達到到最低的的表面自自由能狀狀態，所所以在燒燒結過程程中，粉粉末系統統總的表表面自由由能必然然要降低低，這就就是燒結結的動力力學原理理。固體顆粒粒具有很很大的比比表面積積，具有有極不規規則的復復雜表面面狀態以以及在顆顆粒的制制造、、細化處處理等加加工過程程中，受受到的機機械、化化學、熱熱作用所所造成的的嚴重結結晶缺陷陷等，系系統具有有很高自自由能.燒結時，，顆粒由由接觸到到結合，，自由表表面的收收縮、空空隙的排排除、晶晶體缺陷陷的消除除等都會會使系統統的自由由能降低低，系統統轉變為為熱力學學中更穩穩定的狀狀態。這這是粉末末系統在在高溫下下能燒結結成密實實結構的的原因。。燒結的設設備——燒結爐despatch燒結爐（（centrotherm）燒結爐內內部機構構及工藝藝圖測試分選選&包裝入庫庫測試目的的：通過過模擬太太陽光對對太陽能能電池進進行參數數測試和和分析，，并將電電池片按按照電性性能和外外觀等要要求進行行分類，，包裝入入庫。標準太陽陽光功率率密度：：1kW/m2=100mW/m2，以此作作為測試試儀器的的入射光光的功率率密度即即：Pin=1kW/m2=100mW/m2測試環境境溫度：：25℃℃電池參數數的定義義短路電流流Isc：電池短路路（Uoc=0)時的電流流，即最最大電流流；開路電壓壓Uoc：電池開路路（Isc=0）時的電電壓，即即最大電電壓;最大功率率Pmax:電池在光光照下輸輸出的最最大功率率值；填充因子子FF：最大功率率/(最大電壓壓*最大電流流)=Pmax/(Isc*Uoc)轉換效率率：電池輸出出功率與與太陽光入射功功率的比比值測試分選選設備(臺達）電池片的的包裝入入庫潔凈室標標準目前世界界各國雖雖有自訂訂規格，，但普遍遍還是采采用美國國聯邦標標準209為多，今今就209D及209E和世界上上其他各各國之所所訂標準準再做更更進一步步之介紹紹與相互互比較。。美國聯邦邦標準《Fed-Sta-209E》為潔凈室室潔凈等等級，一一個歷史史階段以以來，為為世界各各國所采采用，在在規范設設計行為為方面，，發揮了了巨大的的作用，，隨著科科學技術術的發展展，它完完成了其其歷史使使命。美美國環境境科學委委員會，，于2001年11月24日正式宣宣布，由由即日起起取消并并廢除潔潔凈室的的美國聯聯邦標準準《Fed-Sta-209E》，在美國國等效使使用“ISO14644-1”潔凈室等等級的國國際標準準。在以以后的文文件中，，再出現現美國聯聯邦標準準《Fed-Sta-209E》的等級內內容的字字樣，該該文件可可視之無無效文件件，或劣劣質文件件或不合合格文件件。我我國修訂訂后的““潔凈廠廠房設計計規范GB50073-2001””，已經在在2002年開始實實行，其其中，關關于潔凈凈室潔凈凈等級，，等效采采用“ISO14644-1”潔凈室等等級的國國際標準準，實現現了與國國際接軌軌。晶硅太陽陽能電池池車間潔潔凈度制絨萬級（ISOclass7）擴散前清洗、擴散千級（ISOclass6）刻蝕、去PSG萬級（ISOclass7）PECVD、絲網印刷、燒結、測試分選十萬級（ISOclass8）車間潔凈凈度測試試方法：：激光粒粒子計數數儀習題1.制作晶硅硅太陽能能電池的的主要步步驟有有哪些？？答：制絨，擴擴散，刻蝕，，去磷硅玻璃璃，鍍膜，印印刷電極，燒燒結，測試。。2.液態擴散源三三氯氧磷在有有氧氣的擴散散條件下的反反應式(不是方程式)答：3.簡述PECVD的原理的特點點，并寫出反反應式答：PECVD技術原理是利利用低溫等離離子體作能量量源，樣品置置于低氣壓下下輝光放電的的陰極上，利利用輝光放電電使樣品升溫溫到預定的溫溫度，然后通通入適量的反反應氣體，氣氣體經一系列列化學反應和和等離子體反反應，在樣品品表面形成固固態薄膜。PECVD方法的特點點是等離子子體中含有有大量高能能量的電子子，它們可可以提供化化學氣相沉沉積過程所所需的激活活能。電子子與氣相分分子的碰撞撞可以促進進氣體分子子的分解、、化合、激激發和電離離過程，生生成活性很很高的各種種化學基團團，能顯著著降低薄膜膜沉積的溫溫度范圍。。反應方程程式：4.簡述絲網印印刷的制作作流程（順順序）答：背電極印刷烘干背電場印刷烘干正電極印刷烘干+燒結測試分選5.晶硅太陽能能電池車間間潔凈度答：制絨萬級（ISOclass7）擴散前清洗、擴散千級（ISOclass6）刻蝕、去PSG萬級（ISOclass7）PECVD、絲網印刷、燒結、測試分選十萬級（ISOclass8）9、靜夜四無無鄰，荒居居舊業貧。。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中黃葉葉樹，燈下下白頭人。。。21:17:5921:17:5921:1712/28/20229:17:59PM11、以我獨獨沈久，，愧君相相見頻。。。12月-2221:17:5921:17Dec-2228-Dec-2212、故人人江海海別，，幾度度隔山山川。。。21:17:5921:17:5921:17Wednesday,December28,202213、乍見翻翻疑夢，，相悲各各問年。。。12月-2212月-2221:17:5921:17:59December28,202214、他鄉鄉生白白發，，舊國國見青青山。。。28十十二二月20229:17:59下下午21:17:5912月月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月229:17下下午午12月月-2221:17December28,202216、行動出出成果，，工作出出財富。。。2022/12/2821:17:5921:17:5928December202217、做前，能夠夠環視四周；；做時，你只只能或者最好好沿著以腳為為起點的射線線向前。。9:17:59下午9:17下下午21:17:5912月-229、沒有失敗敗，只有暫暫時停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有結結果果，，但但是是不不努努力力卻卻什什么么改改變變也也沒沒有有。。。。21:17:5921:17:5921:1712/28/20229:17:59PM11、成功功就是是日復復一日日那一一點點點小小小努力力的積積累。。。12月月-2221:17:5921:17Dec-2228-Dec-2212、世間成成事，不不求其絕絕對圓滿滿，留一一份不足足，可得得無限完完美。。。21:17:5921:17:5921:17Wednesday,December28,202213、不知香香積寺，，數里入入云峰。。。12月-2212月-2221:17:5921:17:59December28,202214、意意志志堅堅強強的的人人能能把把世世界界放放在在手