太阳能光伏技术概论 课件 第4--6章 晶硅电池的发电原理与工艺流程、光伏组件、光伏系统设计.pptx

第一节晶硅电池生产工艺流程与电池结构第二节晶硅电池工业化生产工艺流程

第一节晶硅电池生产工艺流程与电池结构

一、晶体硅生产工艺流程简介制作太阳能电池的工艺不尽相同，可以简单分为实验室高效晶硅太阳能电池工艺和工业生产晶硅太阳能电池工艺。相对于实验室高效晶硅太阳能电池工艺，工业生产晶硅太阳能电池工艺步骤简化，工艺简单，成本低廉，虽然制成的太阳能电池效率相对较低，但是适合商业化大规模生产。晶硅太阳能电池生产的典型工艺流程如图4-1所示。晶硅太阳能电池的制作主要分为七个步骤：(1)将硅片进行清洗、制绒，在制绒的过程中去除硅片表面的损伤层。(2)通过扩散在硅片上形成与基底导电类型相反的掺杂层，构成PN结。(3)通过刻蚀去除扩散工序中在硅片边缘形成的短路区域。(4)进行二次清洗，去除扩散工序中在硅片表面形成的磷硅玻璃。(5)在硅片的受光面上制作减反射膜。(6)制作电极，形成电能输出的正、负电极引线。(7)在经过最后一道丝网印刷后对硅片进行快速烧结，实现表面金属化。

在完成太阳能电池的制作工序之后，需要对太阳能电池进行评价，一方面要对太阳能电池进行测试分选，为了保证产品质量的一致性，通常要对每个电池进行测试，并按电流和功率大小进行分类，根据电池效率进行分档；另一方面对太阳能电池进行外观检验，根据外观再次进行分档。最后将太阳能电池封存入库。二、晶硅太阳能电池的结构晶硅太阳能电池的基底是P型或者N型。P型单晶硅太阳能电池的典型结构见图4-2。在P型晶体硅片前表面存在绒面结构，又称表面织构化，这是为了减弱反射效果，更好地吸收和利用太阳光线。单晶硅太阳能电池的绒面结构是金字塔形的；多晶硅太阳能电池的绒面结构则是由腐蚀坑构成的。在绒面结构内表面有一层N型半导体层，P型基底和N型半导体层间形成了PN结；在绒面结构外表面是减反射层，在减反射层上是呈梳齿状的电极，作为正面负电极引线；在晶体硅片背表面有另外一层P型半导体层，该层的杂质浓度比基底高很多，两者之间形成PP+?结(又称为背面场)，可以减少少数载流子在背面复合的概率；在PP+?结表面有金属接触层，作为背面正电极引线。

N型单晶硅太阳能电池的典型结构见图4-3，其结构和P型单晶硅太阳能电池类似，只是将P型和N型进行了置换，因为导电类型发生了置换，所以此时的正面电极为负电极，背面电极为正电极。

第二节晶硅电池工业化生产工艺流程

晶硅电池工业化生产工艺流程如下：1．清洗清洗的目的是去除硅片表面的机械损伤层，并对硅片的表面进行凹凸面处理，增加光在太阳能电池片表面的折射次数，利于太阳能电池片对光的吸收，以达到电池片对太阳能价值的最大利用。另外，清洗中还要清除硅片表面硅酸钠、氧化物、油污以及金属离子杂质。清洗工序中要使用各种化学清洗剂，其中，HF用以去除硅片表面氧化层，其化学反应式为SiO2?+?6HF?=H2SiF6+2H2O。HCl用以去除硅片表面金属杂质。盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能溶解硅片表面沾污的杂质，如铝、镁等活泼金属及其他氧化物，但不能溶解铜、银、金等不活泼的金属以及二氧化硅等难溶物质。此外，还有一些常用的化学清洗剂，如高纯水、硫酸、王水、硝酸、酸性和碱性过氧化氢溶液、高纯中性洗涤剂等。安全提示：HCl、HF都是强腐蚀性的化学药品，其固体颗粒、溶液、蒸汽会伤害到人的皮肤、眼睛、呼吸道，所以操作人员要按照规定穿戴防护服、防护面具、防护眼镜、长袖胶皮手套。一旦有化学试剂沾染上了人的身体，马上用纯水冲洗30分钟，然后送医院就医。

2．制绒制绒的目的是在硅片的外表面形成绒面结构，以减少光反射，提高短路电流(Isc)，最终提高电池的光电转换效率。(1)单晶硅制绒的原理。对于单晶硅片，利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶体取向上具有不同腐蚀速率的各向异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成角锥体密布的表面形貌，称为表面织构化，如图4-4所示，单晶硅绒面结构可降低反射率。其反应式为(2)多晶硅制绒的原理。由于多晶硅基底的各向异性，无序织构化过程在多晶硅表面并不是很有效。这是由于多晶硅的表面是多重取向的。因此利用酸溶液对硅片的各向同性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成腐蚀坑的表面形貌，如图4-5所示。其反应式为

3．扩散扩散的目的是在P型晶体硅上进行N型扩散，形成PN结。PN结是半导体器件工作的“心脏”。1)扩散方法(1)三氯氧磷(POCl3)液态源扩散。(2)喷涂磷酸水溶液后链式扩散。(3)丝网印刷磷浆料后链式扩散。2)?POCl3扩散原理(1)?POCl3在高温下(600℃)分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷(P2O5)，其反应式如下：(2)生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅(SiO2)和磷原子，其反应式为(3)由上面的反应式可以看出，POC