1、电池片原理及工艺培训,培训大纲,1.电池片生产工序：A：制绒；B：扩散；C：刻蚀；D：清洗；E：PECVD；F：印刷和烧结；G：测试分选；,一：制绒,制绒目的 消除表面硅片表面有机沾污和金属杂质(杂质颗粒沾污、金属离子有机胶、脱酸等) 去除硅片表面的机械损伤层 在硅片表面形成表面织构，增加太阳光的吸收减少反射（漫反射）,绒面不仅仅是制作金字塔或腐蚀坑洞，也是改善表面态的有效手段，绒面制作不好表面态难以补偿，悬挂键大幅度增加，少子寿命复合严重，Isc的提高几乎不可能。,硅片表面沾污主要包括：有机杂质沾污颗粒沾污金属离子沾污,硅片表面预处理,单晶硅,多晶硅,硅锭线切割,硅片表面损伤层的去除,表面损
2、伤层的危害表面损伤层如果去除不净，将会导致残余缺陷、残余缺陷在后续高温处理过程中向材料深处继续延伸、切割过程中导致的杂质未能完全去除，这些都会增加硅片的表面复合速率，严重影响电池片的效率。 损伤层的去除方法就目前线切割技术来说，一般硅片表面的损伤层厚度（双面）保持在10um，通过硅片的减薄量来衡量。对于单晶硅片，通常采用粗抛或细抛的方法来消除。，但由于现在市场上的硅片普遍较薄所以，粗抛的方法一般不会采用。我们目前单晶制绒的工艺，制绒前的高温稀碱超声就是细抛。对于多晶硅片，通常都会在制绒的同时已经对损伤层进行了去除，单晶有时候也是采用这样的方法的。,硅片表面损伤层的去除,硅片表面的织构化,单晶,
3、单晶硅片的绒面金相显微镜图片,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（就是我们所说的金字 塔）密布的表面形貌 ，就称为表面 织构化。,依靠表面金字塔形的方锥结构,对光进行多次反射,不 仅减少了反射损失,而且改变了光在硅中的前进方向, 延长了光程,增加了光生载流子的产量；曲折的绒面 又增加了p-n结面积,从而增加对光生载流子的收集 率；并改善了电池的红光响应。,入射光,反射光,2/3,硅片表面的织构化,多晶,多晶硅片的绒面金相显微镜图片,多晶硅制绒是损伤层的去除和制 绒面同时进行的。控制的主要参数是 减薄量。为保证损伤层的去除干
4、净， 减薄必须要够，但不能过大。,制绒工序常见问题,表面问题我们可以称硅片表面为电池片的脸，脸洗不好，是最容易 被察觉的。常见的问题有：单晶：雨点，白斑，发白，发亮，流水印等多晶：一般不存在什么表面的问题，主要集中多 晶体单晶面的问题上。绒面问题单晶：金字塔尺寸大小不均，过大，过小等多晶：减薄不够导致损伤层去除不净，腐蚀坑过 深过窄，减薄过大导致腐蚀坑过大，大的不规则腐蚀坑洞较多，绒面一致性差等。,基本解决方法,表面问题的解决 绒面问题的解决 不同厂家硅片（国内外）的工艺处理的解决 关键因素的控制,讨论话题！,二：扩散,扩散基本概念 原子或离子迁移的微观过程以及由此引起的宏观现象。 从扩散的微
5、观机制分为： 1.置换扩散 2.间隙扩散,置换扩散,间隙扩散,半导体材料特性,P型半导体（受主掺杂）-接受自由电子,N型半导体（施主掺杂）-提供自由电子,扩散的应用,半导体掺杂 固溶体的形成 离子晶体的导电 固相反应 相变 烧结 材料表面处理,太阳电池中的磷扩散,三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 喷涂磷酸水溶液后链式扩散 丝网印刷磷浆料后链式扩散目前采用的是第一种方法。,扩散的目的,扩散的目的形成P-N结（高质量的）,下午9时49分,CSI-Quality department Shan Xiaohong,20,扩散示意图,磷扩散基本原理,POCl3热分解的反应式为：4 POCl3 + 3O2
6、 2P2O5 + 6Cl2 POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散，反应式如前所示：2P2O5 + 5Si 5SiO2 + 4P,TCA清洗原理,三氯乙烷（C2H3Cl3）高温氧化分解，产生的氯分子与重金属原子化合后被气体带走，达到清洗石英管道的目的。其反应式为：C2H3Cl3 + O2 Cl2 + H2O + CO2,POCl3的特性,POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源 无色透明液体，具有刺激性气味。如果纯度不高则呈红黄色。 比重为1.67，熔点2，沸点107，在潮湿空气中发烟。 P
7、OCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发。升温下与水接触会反应释放出腐蚀有毒易燃气体。,注意事项：,扩散应保持清洁干燥，环境内有水汽就会使管内P2O5与水反应生成偏磷酸（HPO3），使管道内出现白色沉积物和粘滞液体。 无论TCA还是扩散都一定要通氧气。,工艺调整,48所扩散炉以调整温度为主。 Tempress扩散炉以调整温度流量为主。 根据电阻率的大小进行微调。,扩散的影响因素,温度 时间 浓度 晶体缺陷 第三组元,三：刻蚀,刻蚀的目的 由于在扩散过程中，即使采用背靠背的单面扩散方式，硅片的所有表面（包括边缘）都将不可避免地扩散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到
8、PN结的背面，而造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。 经过刻蚀工序，硅片边缘的带有的磷将会被去除干净，避免PN结短路造成并联电阻降低。,刻蚀原理,等离子体的定义： 随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、液体和气体。它们统称为物质的三态。 如果温度升高到10e4K甚至10e5K，分子间和原子间的运动十分剧烈，彼此间已难以束缚，原子中的电子因具有相当大的动能而摆脱原子核对它的束缚，成为自由电子，原子失去电子变成带正电的离子。这样，物质就变成了一团由电子和带正电的的离子组成的混合物 。这种混合物叫等离子体。它可以称为物质的第四态。,等离子刻蚀的机理,通常的刻蚀方法包括干法刻蚀和湿法刻蚀。 我们
9、目前使用的刻蚀工艺就是干法刻蚀，其工作机理为：使用等离子体进行刻蚀。采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或各种游离基，这些活性粒子扩散到硅片边缘，在那里与硅进行反应，形成挥发性生成物四氟化硅而被去除。,等离子刻蚀所用的气体主要为CF4、O2、N2，CF4主要是提供一些游离的中性基团或离子如CF4、CF3、CF2、CF、C、F或它们的混合气体，这些粒子在电场的作用下轰击硅片刻蚀部位，并发生反应。 O2的作用主要是提高刻蚀的速度；N2的目的主要是起到稀释CF4、调节反应压力、带走反应气体和尾气的作用。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌。,等离子刻蚀的机理,四：清洗
10、,扩散后清洗又称去PSG工序。扩散过程中，POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面， P2O5与Si反应生成SiO2和磷原子，这一含有磷原子的二氧化硅层称之为磷硅玻璃。此工序的目的就是将这一层物质去除干净。,基本原理,主要是利用氢氟酸能够与二氧化硅反应的特性。氢氟酸的酸性虽然很弱，但是它具有很强的腐蚀性和挥发性。更重要的一点是能够与二氧化硅反应，所以，在半导体的清洗和腐蚀的工艺中，经常被用到。其反应式为：SiO2+4HFSiF4+2H2O但是如果HF过量，则SiF4会和HF继续反应，总的反应式为：SiO2+6HFH2SiF6+2H2O,五：PECVD,PECVD的基本概念PECVD：Plas
11、ma Enhanced Chemical Vapour Deposition(等离子增强化学气相沉积)PECVD法是一种射频辉光放电的物理过程和化学反应相结合的技术。,PECVD的起源与发展,1965年Stirling 和 Swann发明PECVD技术。 1981年应用到太阳电池行业。 目前设备状况分为两类：平板式和管式。 按反应方式分:分为直接式（direct）和间接式(remote)，这两种都属于平板式。,直接式PECVD设备,间接式PECVD设备,SiNx的作用,减反射的作用 钝化作用 屏蔽金属杂质的作用,减反射作用,光照射在硅片表面时，因为反射会使光损失约三分之一。如果在硅表面有一层或
12、多层合适的薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少 ，这种膜称为太阳电池的减反射膜（ARC，antireflection coating）。,钝化作用,太阳能级硅单晶和多晶硅材料存在着大量的杂质和缺陷，这些杂质和缺陷在晶体硅中引入深能级，显著降低硅中的少数载流子寿命，从而影响太阳电池的短路电流和电池的转换效率。 PECVD沉积氮化硅薄膜钝化太阳电池的作用从原理看实际上是薄膜中富含的氢对衬底硅中的杂质和缺陷的钝化。,氢能够进入硅晶体中，钝化硅中的杂质和缺陷的电活性，降低电池表面复合速率，增加少子寿命，进而提高开路电压和短路电流 。 氢原子与缺陷或晶界处的悬挂键结合，从而一定程度上消除了晶界
13、的活性，降低表面的复合，从而提高电池片的效率；,屏蔽金属离子的作用,氮化硅薄膜能有效地阻止B、P、Na、As、Sb、Ge、Al、Zn等杂质的扩散，在相同条件下制得的氧化硅、氮化硅、氮氧化硅薄膜中，水汽在氮化硅薄膜中的渗透系数最小。,工艺条件对SiNx性质的影响,气体比例 功率 温度 时间 压力,六：印刷及烧结,一. 原理 1. 丝网印刷 2. 烧结 3. 测试,6.1 丝网印刷,背面电极 烘干 背面电场 烘干 正面电极,6.2 丝网印刷原理,丝网印刷五大要：网版、刮胶、浆料、印刷台及承印物。 基本原理：利用网版图文部分网孔透墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷。 印刷时在网版上加入浆料，
14、刮胶对网版施加一定压力，同时朝网版另一端移动。浆料在移动中从网孔中挤压到承印物上，由于粘性作琨而固着在一定范围之内。由于网版与承印物之间保持一定的间隙，网版通过自身的张力产生对刪胶的回弹力，使网版与承印物呈移动式线接触缌而其它部分与承印物为脱离状态，浆料与丝网发生断裂诐动，保见了印刷尺寸精度。刮胶刮过整个版面后抬起，同时网版也抬起，并通过回墨刀将浆料轻刮回初始位置，完成一个印刷行程。,6.3 烧结,原理：银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，通过烘干,有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上，这时，可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。烧结工艺是采用银硅的共晶温度，同时在几秒钟内单晶硅原
15、子溶入到金属电极材料里，之后又几乎同时冷却形成再结晶层，这个再结晶层是较完美单晶硅的晶格点阵结构，形成较好的欧姆接触。,七：测试,7.1 标准测试条件 光源辐照度：1000W/m2 ； 测试温度： 252 ； AM1.5地面太阳光谱辐照度分布。,下午9时49分,CSI-Quality department Shan Xiaohong,50,太阳光谱,7.2 太阳电池等效电路,7.3 测试参数,7.3.1开路电压在一定的温度和辐照度条件下，太阳电池在空载情况下的端电压，用Voc表示。太阳电池的开路电压与电池面积大小无关。太阳电池的开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比。,7.3.2 短路电流在一定
16、的温度和辐照条件下，太阳电池在端电压为零时的输出电流，通常用Isc来表示。Isc与太阳电池的面积大小有关，面积越大， Isc越大。Isc与入射光的辐照度成正比。,7.3.3 最大功率点在太阳电池的伏安特性曲线上对应最大功率的点，又称最佳工作点。 7.3.4 最佳工作电压太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电压。通常用Vm表示 7.3.5 最佳工作电流太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电流。通常用Im表示,7.3.6 转换效率受光照太阳电池的最大功率与入射到该太阳电池上的全部辐射功率的百分比。= Vm Im / At Pin其中Vm和Im分别为最大输出功率点的电压和电流，At为太阳电池
17、的总面积， Pin为单位面积太阳入射光的功率。,7.3.7 填充因子太阳电池的最大功率与开路电压和短路电流乘积之比，通常用FF表示： FF = ImVm/ IscVocIscVoc是太阳电池的极限输出功率ImVm是太阳电池的最大输出功率填充因子是表征太阳电池性能优劣的一个重要参数。,7.3.8 电流温度系数在规定的试验条件下，被测太阳电池温度每变化10C ，太阳电池短路电流的变化值，通常用表示。对于一般晶体硅电池 = + 0.1%/0C,7.3.9 电压温度系数在规定的试验条件下，被测太阳电池温度每变化10C ，太阳电池开路电压的变化值，通常用表示。 对于一般晶体硅电池 = - 0.38%/0CVOC(Tcell,G) = VOC(STC) (Tcell 25C),7.3.10 Rs , Rsh,Rs: Voc处的斜率 Rsh: Isc处的斜率,下午9时49分,CSI-Quality department Shan Xiaohong,60,Rs对EFF的影响,下午9时49分,CSI-Quality department Shan Xiaohong,61,Rsh对EFF的影响,外观分选,根据客户的外观等级要求对测试后的电池片进行外观分选；,THE END THANKS,
