P型單晶硅太陽電池工藝joe2名目TestwafersTexturingCleaningbeforediffusionDiffusionEdgeisolationandremovePSGPECVDScreenprintingandfiringSEsolarcellsintroducejoe3來料檢驗現(xiàn)在有的電池生產(chǎn)公司會有這道生產(chǎn)工序，由于優(yōu)質(zhì)硅片在市場上常常處于“有價無市”的狀態(tài)，缺貨嚴峻，很多硅片制造商常常會用硅棒的“頭尾料”來以次充好，賣給下游電池制造商，所以加上這道工序用來檢驗硅片的質(zhì)量。此道工序主要檢驗硅片的厚度、少子壽命、外表平坦度、是否有微裂紋、電阻率、外表油污等，同時具有插片功能，可將硅片插入25片一盒的晶片盒中。我所知的設(shè)備供給商是韓國的fortix公司。這種設(shè)備插片速度不是很快，所以尋常也只是用來做抽查檢驗，大局部硅片還是手工插入晶片盒流入下一工序。joe4texturing其次道工序是制絨。為了提高單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率,工業(yè)生產(chǎn)中通常承受堿與醇的混合溶液對(100)晶面的單晶硅片進展各向異性腐蝕，在外表形成類似“金字塔”狀的絨面構(gòu)造〔陷光構(gòu)造〕,有效的增加了硅片對入射太陽光的吸取,從而提高光生電流。顯微鏡下的絨面構(gòu)造圖joe5國內(nèi)一般承受深圳捷佳創(chuàng)in-line制絨機。我所見的該廠家的制絨機有單槽產(chǎn)200、300和400片三種，制絨槽的材料有PVC樹脂和不銹鋼兩種。工藝條件視硅片外表質(zhì)量而定，以200片一槽不銹鋼材質(zhì)的設(shè)備為例，硅片外表油污較少易于制出絨面，堿濃度可在0.8-1.2%之間，醇添加6-10升即可，硅酸鈉500克。反響時間18-25分鐘，反響溫度80-82度。假設(shè)外表較臟，工藝的變數(shù)就很大了，反響時間一般是延長至40分鐘，同時加大堿濃度，甚至在制絨前承受高濃度堿液腐蝕的“粗拋”工藝。由于受原材料影響較大，所以制絨工藝很不穩(wěn)定，需要很有閱歷的工藝人員在場掌握。制絨工藝所用的化學(xué)輔料現(xiàn)在普遍是NaOH,異丙醇和硅酸鈉。有個別公司不用硅酸鈉。texturingjoe6集中前清洗制絨后會進展集中制結(jié)，在集中前要進展酸洗，洗去硅片外表附著的金屬離子。主要承受鹽酸溶液，清洗機一般承受捷佳創(chuàng)和北京七星華創(chuàng)的。清洗作業(yè)還要用到HF溶液，洗去硅片外表上的薄氧化層。硅片經(jīng)過兩種酸液的清洗挨次沒有嚴格要求，一般是先經(jīng)過HCl，再經(jīng)過HF。joe7diffusionjoe8diffusion集中的主要目的是制作PN結(jié)，在摻硼的P型硅片上用三氯氧磷進展集中。三氯氧磷〔磷源〕呈液態(tài)，放在集中爐后面，一般源溫為18-25度，通過載氣N2傳進集中爐體。三氯氧磷與氧氣在爐內(nèi)反響生成磷集中進硅片外表下，同時通愛護N2，調(diào)整氣流，保證集中結(jié)的均勻性。目前大多數(shù)廠商承受中電48所和北京七星華創(chuàng)的國產(chǎn)集中爐，國產(chǎn)爐集中的均勻性不好，氣流量大，爐口密封性不好，常有綠色的偏磷酸生成。國外Centrotherm公司生產(chǎn)的集中爐也有少數(shù)公司承受，效果很好，缺點是編輯新集中工藝不便利，要求工藝人員會計算機編程語言才能編寫工藝程序。以下是我編寫的一個集中工藝recipe,承受了小氣流量集中工藝。stepTimeTemperatureN2flowO2flowsourcegas1loading152stability86010slm3oxidation8min86015slm2slm4firstdiffusion15min8601810.8slm5drivein10860180.56seconddiffusion108601810.87cooldown至810258unload15joe9集中結(jié)的在線檢測手段主要有兩種，四探針測方塊電阻和測少子壽命。不同生產(chǎn)商對方塊電阻的要求不同，看重短路電流的生產(chǎn)商要求方塊電阻在45-50之間，而看重開路電壓的生產(chǎn)商會要求方塊電阻在35-40之間。diffusion左圖為四探針測方阻，右圖為少子壽命測試儀joe10EdgeisolationandremovePSG集中后，我們只希望硅片上面存在PN結(jié)，可是集中后的硅片在側(cè)面也存在PN結(jié)，側(cè)面的N型區(qū)是不需要的，由于它是導(dǎo)致成品電池反向漏電的一個緣由，所以要去掉側(cè)邊的N型區(qū)。過去承受的方法是等離子刻蝕，將硅片上下外表用夾具攔住，只留出側(cè)邊放入等離子刻蝕機進展干刻，刻蝕氣體為CF4和O2,比例10:1即可。刻蝕后，用冷熱探針接觸硅片邊緣，顯示“P”即可，或用萬用表的觸筆測試邊緣，電阻大于5000歐亦可。現(xiàn)今一些大公司引進了德國的RENA濕法刻蝕設(shè)備，使硅片在滾輪上漂移通過硝酸、硫酸、氫氟酸的混合溶液，利用“虹吸原理”使硅片邊緣吸入酸液腐蝕掉N型區(qū)，同時硅片反面的絨面構(gòu)造被腐蝕平坦。大規(guī)模生產(chǎn)后證明，濕法刻蝕相對于干法刻蝕，將電池效率提高了0.15-0.2%。等離子刻蝕后會進展去“磷硅玻璃”清洗，由于集中后，硅片外表會生長一層含磷的二氧化硅層，稱為“磷硅玻璃”。清洗溶液為HF溶液，濃度在5%左右。RENA設(shè)備整合了去磷硅玻璃這一步，邊緣腐蝕后，硅片會漂到HF溶液中。這里順便提一下，國外的公司進展邊緣刻蝕承受了激光刻蝕，用激光將硅片邊緣切除到達去N型區(qū)的目的，這一步在做成成品電池后進展，激光器加在了燒結(jié)爐和Berger測試儀之間〔后面會提及〕。國內(nèi)也嘗試過這種方法，但是激光刻蝕國內(nèi)公司使用總是不穩(wěn)定，所以很少有公司添加了這種設(shè)備，擁有這種設(shè)備的公司一般只是在等離子刻蝕不完全時加上激光刻蝕，防止反向漏電大現(xiàn)象。joe11EdgeisolationandremovePSGjoe12PECVD鍍膜的原理信任大家都很清晰，單晶硅電池鍍膜的主要作用是減反射和鈍化硅片外表懸掛鍵。國內(nèi)廠商所用的鍍膜設(shè)備主要有兩種，Roth&Rau公司的板式鍍膜機和Centrotherm的管式鍍膜機。此外，中電48所承受自主制造的管式鍍膜機，南京中電承受了ATON的PVD鍍膜。后面附上了板式PECVD設(shè)備的一些圖片，很圓滿沒有管式設(shè)備的全貌圖,右邊小角是管式設(shè)備鍍膜裝硅片所用的石墨舟。商業(yè)化生產(chǎn)單晶硅電池鍍膜主要是鍍單層氮化硅，厚度掌握在75-80nm,折射率在之間。在線檢測設(shè)備為橢偏儀。joe13PECVD板式PECVDjoe14PECVD鍍膜的工藝氣體只有硅烷和氨氣，板式鍍膜承受MWgenerator,激發(fā)頻率較大，所以氨氣用量較小，管式設(shè)備承受HF〔高頻〕generator,頻率不超過13.56MHz,氨氣難電離，所以氨氣消耗量很大。板式設(shè)備氨氣與硅烷的比例對電池的效率影響較大，以效率為17%的P型單晶硅電池為例，氨氣與硅烷的比例一般掌握在2.3：1左右，總氣流量為2500sccm,一般來說，在肯定范圍內(nèi)，硅烷量多一些，鈍化效果更好些。管式設(shè)備氨氣量消耗大致在每batch100L左右，流量為5L/min,硅烷流量450-550sccm即可。反響溫度在400-450度，功率2600-3000W，不同公司的工藝參數(shù)會有些許不同。實際的鍍膜效果來看，管式設(shè)備做出的電池效率比板式的高0.2-0.3%，多晶硅電池承受這兩種設(shè)備鍍膜，做出的電池效率差距更明顯。從QE譜圖上看，管式設(shè)備做出的電池短波響應(yīng)更高一些。joe15Screenprintingandfiring鍍膜后做金屬電極的方法很多，國內(nèi)廠商商業(yè)化生產(chǎn)大多承受AMATBaccini的絲網(wǎng)印刷設(shè)備。將金屬漿料通過不銹鋼網(wǎng)版印到硅片上，反面主要印背電極和背場，烘箱烘干后翻片，再在上外表印正電極，通過燒結(jié)工藝使正面金屬漿料穿透氮化硅膜與硅片外表形成歐姆接觸。joe16joe17joe18左圖為軟件工藝參數(shù)更改界面，常被更改的是以下四個參數(shù)。snap-off稱為絲網(wǎng)間距，down-stop稱為刮板高度，pressure是印刷壓力，printingspeed是印刷速度。修改OFFSETS框內(nèi)的X，Y，Theta值可以保證在硅片上印刷圖形的準確。絲網(wǎng)印刷設(shè)備組成局部較多，具體介紹起來特別繁瑣，如有興趣可共同爭論，這里不做更具體的介紹了。joe19firing燒結(jié)是絲網(wǎng)印刷后電池制造的最終一道工序，國內(nèi)生產(chǎn)商承受的燒結(jié)爐主要來自三個廠商，Centrotherm,BTU和Despatch.joe20firing以Centrotherm燒結(jié)爐為例，以下是它的一個典型的工藝參數(shù)配置HTO：烘干區(qū)350380400度FF：快速燒結(jié)區(qū)450500550625820840度，前四個區(qū)燒結(jié)背電極和鋁背場，后兩個區(qū)燒結(jié)正電極〔銀電極〕。傳送帶的速度為5000mm/min電池方塊電阻為47ohm/方塊快速燒結(jié)區(qū)承受紅外燈管加熱，具體樣式請見以下圖。joe21IRlampjoe22絲網(wǎng)印刷到測試整個過程具體的工藝流程如下：1.印背電極，材料為銀鋁漿或銀漿烘干2.印背電場，材料為鋁漿，燒結(jié)后會用鋁進入硅片反面，形成P+-P構(gòu)造，拉大了內(nèi)電勢，提高了開路電壓，同時兼有背部鋁吸雜的作用。烘干3.翻片，印正電極，材料為銀漿4.燒結(jié)5.Be