太阳能电池片基本流程

太阳能电池(电池片)生产工艺 (2009-07-19 11:35:28) 转载 标签： 杂谈       生产电池片的工艺比较复杂，一般要经过硅片检测、面制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀、镀减反射膜、丝网印刷、快速烧结和检测分装等主要步骤。本文介绍的是晶硅太阳能电池片生产的一般工艺与设备。 一、硅片检测 硅片是太阳能电池片的载体，硅片质量的好坏直接决定了太阳能电池片转换效率的高低，因此需要对来料硅片进行检测。该工序主要用来对硅片的一些技术参数进行在线测量，这些参数主要包括硅片表面不平整度、少子寿命、电阻率、P/N型和微裂纹等。该组设备分自动上下料、硅片传输、系统整合部分和四个检测模块。其中，光伏硅片检测仪对硅片表面不平整度进行检测,同时检测硅片的尺寸和对角线等外观参数；微裂纹检测模块用来检测硅片的内部微裂纹；另外还有两个检测模组，其中一个在线测试模组主要测试硅片体电阻率和硅片类型，另一个模块用于检测硅片的少子寿命。在进行少子寿命和电阻率检测之前，需要先对硅片的对角线、微裂纹进行检测，并自动剔除破损硅片。硅片检测设备能够自动装片和卸片，并且能够将不合格品放到固定位置，从而提高检测精度和效率。 二、表面制绒 单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方锥体也即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。大多使用廉价的浓度约为1%的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀温度为70-85℃。为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量添加醇类如乙醇和异丙醇等作为络合剂，以加快硅的腐蚀。制备绒面前，硅片须先进行初步表面腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约20～25μm，在腐蚀绒面后，进行一般的化学清洗。经过表面准备的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结。 三、扩散制结 太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光能到电能的转换，而扩散炉即为制造太阳能电池PN结的专用设备。管式扩散炉主要由石英舟的上下载部分、废气室、炉体部分和气柜部分等四大部分组成。扩散一般用三氯氧磷液态源作为扩散源。把P型硅片放在管式扩散炉的石英容器内，在850---900摄氏度高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过三氯氧磷和硅片进行反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，也就是PN结。这种方法制出的PN结均匀性好,方块电阻的不均匀性小于百分之十,少子寿命可大于10ms。制造PN结是太阳电池生产最基本也是最关键的工序。因为正是PN结的形成，才使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样就形成了电流，用导线将电流引出，就是直流电。 四、去磷硅玻璃 该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀法也即把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层磷硅玻璃。在扩散过程中，POCL3与O2反应生成P2O5淀积在硅片表面。P2O5与Si反应又生成SiO2和磷原子，这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。去磷硅玻璃的设备一般由本体、清洗槽、伺服驱动系统、机械臂、电气控制系统和自动配酸系统等部分组成，主要动力源有氢氟酸、氮气、压缩空气、纯水，热排风和废水。氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸与二氧化硅反应生成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。 五、等离子刻蚀 由于在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，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PN结的背面，而造成短路。因此，必须对太阳能电池周边的掺杂硅进行刻蚀，以去除电池边缘的PN结。通常采用等离子刻蚀技术完成这一工艺。等离子刻蚀是在低压状态下，反应气体CF4的母体分子在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体。等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性反应基团由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，在那里与被刻蚀材料表面发生化学反应，并形成挥发性的反应生成物脱离被刻蚀物质表面，被真空系统抽出腔体。 六、镀减反射膜 抛光硅表面的反射率为35%,为了减少表面反射,提高电池的转换效率,需要沉积一层氮化硅减反射膜。现在工业生产中常采用PECVD设备制备减反射膜。PECVD即等离子增强型化学气相沉积。它的技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体SiH4和NH3，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜即氮化硅薄膜。一般情况下，使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在70nm左右。这样厚度的薄膜具有光学的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，电池的短路电流和输出就有很大增加，效率也有相当的提高。 七、丝网印刷 太阳电池经过制绒、扩散及PECVD等工序后，已经制成PN结，可以在光照下产生电流，为了将产生的电流导出，需要在电池表面上制作正、负两个电极。制造电极的方法很多，而丝网印刷是目前制作太阳电池电极最普遍的一种生产工艺。丝网印刷是采用压印的方式将预定的图形印刷在基板上，该设备由电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成。其工作原理为：利用丝网图形部分网孔透过浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮刀从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的粘性作用使印迹固着在一定范围内，印刷中刮板始终与丝网印版和基片呈线性接触，接触线随刮刀移动而移动，从而完成印刷行程。 八、快速烧结 经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。当银电极和晶体硅在温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形成上下电极的欧姆接触，提高电池片的开路电压和填充因子两个关键参数，使其具有电阻特性，以提高电池片的转换效率。烧结炉分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。预烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶段温度达到峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于基片上。 九、外围设备 在电池片生产过程中，还需要供电、动力、给水、排水、暖通、真空、特汽等外围设施。消防和环保设备对于保证安全和持续发展也显得尤为重要。一条年产50MW能力的太阳能电池片生产线，仅工艺和动力设备用电功率就在1800KW左右。工艺纯水的用量在每小时15吨左右，水质要求达到中国电子级水GB/T11446.1-1997中EW-1级技术。工艺冷却水用量也在每小时15吨左右，水质中微粒粒径不宜大于10微米，供水温度宜在15-20℃。真空排气量在300M3/H左右。同时，还需要大约氮气储罐20立方米，氧气储罐10立方米。考虑到特殊气体如硅烷的安全因素，还需要单独设置一个特气间，以绝对保证生产安全。另外，硅烷燃烧塔、污水处理站等也是电池片生产的必备设施。 太阳能电池刻蚀机 时间：2009-5-7 12:13:46来源：中国真空信息/真空配件网/真空设备网阅读273次     太阳能电池刻蚀机主要用于对太阳能电池硅片周边扩散层进行刻蚀。它通过射频电源辉光放电，使反应气体（如SF6、CF4等）离解成活性原子，与硅片中的Si 等进行反应，达到刻蚀的目的。目前，它已成为太阳能电池和光电子领域科研和生产不可缺少的设备。 刻蚀机通过PLC完成刻蚀太阳能电池的程序控制功能，能完成除了装片和卸片以外的全部生产过程的连续动作和自动保护等功能。具有良好的人机界面，使用方便、重复性好。该机最大的特点是： 1．因钻蚀引起的硅片边缘损耗小（约1mm左右），有利于提高太阳能电池片的效率； 2．均匀性好，每批的一致性相当好； 3．刻蚀片量大，每次可以超过500片； 4．工艺过程自动控制。 阳能电池刻蚀机的配置如下： 1．平板式反应室系统1套，可放置125×125mm2以内的各种电池片500片； 2．射频电源1套，13.56 MHz，功率1000W，带正向功率和反射功率计指示， `         带自动 匹配器； 3．西门子公司的可编程序控制器PLC 1套； 4．西门子公司的触摸屏1套，用于显示和工艺操作； 5．质量流量计2个；气路2路。 高密度等离子体刻蚀机 时间：2009-5-7 12:05:59来源：中国真空信息/真空配件网/真空设备网阅读186次 高密度等离子体刻蚀机，高密度等离子体刻蚀机的基础上，研制开发的一种双室高密度等离子体刻蚀机，是一种刻蚀速率高、加工精度高、损伤小的新一代先进刻蚀机。 等离子体刻蚀机由两个腔体组成，其中一个腔体不接触大气，一直保持真空状态，更有利于腔体的保护及快速达到刻蚀所需的真空度。它由一组大功率的射频激励电源通过感应耦合在反应室内产生高密度等离子体，而由另一组功率较小的偏压电源引导离子垂直于被刻蚀物体运动，从而达到各向异性和高速低损伤刻蚀的目的。 该机采用带Load-Lock双室结构，可以在反应室不接触大气的情况下送取基片，它可以使用氯基气体进行刻蚀。基片采用氦冷却水冷控温，可在高功率下进行刻蚀，工艺范围变得宽广。涡轮分子泵及机械真空泵都采用了特殊措施，增强了抗腐蚀性。该机采用分子泵机组抽真空。因而，能避免油沾污，能在低气压下刻蚀，从而获得深亚微米图形，并能减少片子表面的聚合物淀积。 该机为实验室用机型，适用于科研和小规模生产。用Cl基气体，可刻蚀Al、GaAs、GaN等多种金属和化合物半导体薄膜材料。也可用F基气体刻蚀Si、Poly-Si、SiNx、SiO2、W、WSi、Mo、MoSi、Ta、TaSi、石英等。 该机已售往北京、上海、杭州、新加坡、苏州、西安等地的高校、科研单位及高技术公司，得到用户的一致好评。 整机性能：1． 激励电源：13.56MHz 1500W；带匹配器和功率计。1台。2． 偏压电源：500W；带匹配器和功率计。带定时器。1台。3． 真空系统：620升/秒分子泵、8升/秒机械泵各1台。带真空计。4． 反应室尺寸：Ф300mm5． 气路系统：6路进气（其中2路可作清洗）；4个质量流量计，4路显示。6． 可加工片子尺寸：4英寸片。7． 均匀性：±5%(4英寸内 刻蚀实验结果：                     磁增强反应离子刻蚀机   时间：2009-5-7 11:54:11来源：中国真空信息/真空配件网/真空设备网阅读172次 磁增强反应离子刻蚀机 磁增强反应离子刻蚀机是积我们十多年来在半导体硅、GaAs器件及集成微细加工工艺方面的研究成果和实践经验，经不断改进完善而生产的性能优良、用途广泛、刻蚀速率高、均匀性及重复性好，先进实用的产品。93年获中科院科学技术进步二等奖。现已为40多所高等院校( 包括香港科技大学等)和科研单位使用。 多功能机既可作反应离子刻蚀 ( RIE )，又可作磁增强反应离子刻蚀( MERIE )，且转换十分方便( 只需拨一下开关 )，由于有磁场的作用，它在较高真空度( < 1Pa )下亦可起辉并稳定工作，因此，它不仅可用于常规的半导体干法刻蚀，还特别适用于亚微米和边沿陡直图形的刻蚀，使用不同的气体，它可刻蚀 Si3N4、Si02、磷硅玻璃、Si、poly－Si、W、WSi、Mo、石英、铌、正、负光刻胶、聚乙酰亚胺等材料。 该机型具有六路进气入口 (其中二路用于气路清洗)，采用2或4个质量流量计 ( 用户自选) 控制气流流量，因此重复性好。可自动控时。另外，该机预抽真空的时间很短 (3~5分钟)，工作效率高，操作简单。 主要技术指标： 射频功率： 10-500瓦 (可调) 真空系统： 110升/秒 分子泵机组 均匀性： ±5% (4英寸内) 反应室尺寸：内径 300 mm 整机尺寸：1.06×0.7×1.32 m3     等离子增强化学气相淀积系统(PECVD)   时间：2009-5-7 11:39:34来源：中国真空信息/真空配件网/真空设备网阅读204次 等离子增强化学气相淀积系统(PECVD) PECVD（等离子增强化学气相淀积）设备是一种用于在基片上生成高质量SiNx和SiO2薄膜的专用设备。淀积温度能够较高 ( 100～600oC可调 ) ，特别适用于半导体器件和集成电路的钝化，用以提高器件和集成电路可靠性。目前，它已成为微电子和光电子领域科研和生产不可缺少的设备。 PECVD设备是一台设计先进、性能优良的机器。它不同于通常使用的简单翻盖式单室机 ( 易漏大气、淀积的薄膜质量不高 )，而是一种操作方便的双室系统，反应室中不存在漏大气的问题。因此，生成的膜质量很高、粉尘极少、均匀性好。生长的SiNx膜在氢氟酸光刻液中腐蚀极慢。这些特点已受到本行业不少专家 ( 包括曾在国外长期从事该领域工作的专家 ) 的青睐并购买使用。 PECVD设备的配置及性能如下： 一、配置： 、1 1、特别的平板式双反应室系统1套。带加温和匀气系统。 1 2、机械泵2个；分子泵1套，带控制电源。 3、射频电源一套，带正向功率和反射功率计指示，带匹配器。 4、数字定时器1只，精度1秒。 5、数字温度控制系统1套，控制精度±1度。 6、自动恒 ( 气 ) 压系统1套 ( 自选件 )。 7、质量流量计4个；气路4路 ( 可增选 )。 二、性能： 1、PECVD淀积：二氧化硅，氮化硅，类金刚石等 2、均匀性误差：≤ ± 4％ ( 4英寸内 ) 3、4英寸，兼容3英寸，2英寸及小碎片。 4、工作温度： 100～600℃ 控温精度：≤ ±1℃     专业手机镀膜设备   时间：2009-4-21 14:03:18来源：中国真空信息/真空配件网/真空设备网阅读206次     磁控溅射台   时间：2009-5-7 12:21:21来源：中国真空信息/真空配件网/真空设备网阅读158次 该磁控溅射台，是一种经长期实践检验、性能优良的科研和生产两用型设备，它可用于各种金属薄膜的淀积。 该 磁控溅射台与普通溅射台相比，它具有以下优点： (1)该机具有4个靶座，可同时溅射两种金属材料，可形成多层复合膜或实现金属共溅射，还可以非金属材料反应溅射。 (2) 基片可以烘烤，去除溅射前基片表面的潮气。基片台可以旋转，不仅可以提高均匀性，而且可以降低基片上的温度，特别适合于用剥离 (lift-off) 技术制造各种难腐蚀金属的亚微米图形 ( 如Au、Pt、Ta，超导材料等 )。(3)磁控溅射台是专门为小片实验室研究制作的，它具有4个靶，靶在上方，基片可放在下面，有利于不规则片和易碎样品的溅射。 配置及指标： 1、射频电源1000W，频率 13.56MHz。直流电源2000W，共两种电源, 功率可调。带匹配器和定时器。 2、真空室直径500mm，四个靶座。可旋转和扫描载片架。 3、本底真空度优于 3×10－4 Pa。 4、采用620升/秒分子泵及8升/秒机械泵组成的真空系统。 5、用碘钨灯加热，温度设定可控，数字显示。 6、均匀性误差：±5% (2英寸内)   双离子束刻蚀系统   时间：2009-5-7 12:36:12 来源：中国真空信息/真空配件网/真空设备网 阅读175次 离子束刻蚀系统 离子束刻蚀反应室 14.5" SS 安装在左侧的立方体 离子枪 12 cm DC 离子枪 (Veeco)，由直流电动机驱动SS快门的MPS 5001提供500 W 供电电源， 安装在反应室顶部。 真空计 主反应室: WRG D NW 25, Baratron 型 626A 0.1 Torr 6” 工作台 直径6.5" ，OFHC 铜 + 不锈钢水冷与0-90度旋转工作台组合（差动泵） 晶片装载/卸载 手动 Cu的刻蚀速率 @ 1000V/150ma 20 nm/min Si的刻蚀速率 @ 1000V/150ma 30 nm/min 刻蚀均匀性 ±5% （4“以上） 操作 全自动化，处方驱动，电脑控制及互锁,实验室观看软件。 底面压力 6 x10-7 Torr (2 天) 5x 10-6 Torr < 20 分钟 MFC Ar 压力调节 Turbo Speed 隔离阀 6” VAT 气动阀 RIE刻蚀系统 RIE反应室 直径13” 铝制反应室，安装在右侧。 RF 工作台 8“，阳极氧化，暗区保护。 工作台冷却 水冷，无通过冷却剂到地面的直接通路。 气体分配 喷淋头 真空计 1Torr Baratron，和 BOC Edwards 宽频真空计。 底面压力 6 x10-7Torr (2 天) ~10-6 Torr < 20 分钟 MFC CHF3, CF4,O2, SF6 气线 SS 电镀抛光 气线冲洗 加工结束用N2冲洗 通气口 慢速通气口 SI刻蚀速度 400 A/min 压力调节 Turbo Speed 装载/卸载 手动，由压缩空气举起顶部， 无弯曲气线。 隔离阀 6” VAT 气动阀 RF供电 600 W AE 自动调谐 COMDEL 操作 全自动化，处方驱动，电脑控制及互锁,实验室观看软件 选项 ICP 源、静电卡盘、Load Lo         高真空除气炉   时间：2009-5-11 16:41:51来源：中国真空信息/真空配件网/真空设备网阅读140次 系统结构紧凑 , 美观大方。在全程自动化控制的前提下能够为零部件排气提供洁净的中温、高真空环境。 如图所示 :   具体技术指标 : 系统极限真空度：＜ 3 × 10-4Pa 工作真空度： 5 × 10-3 Pa 最高加热温度 :200 ℃ 最低制冷温度 :3 ℃ 工作温度 :150 ℃± 2 ℃ 温度均匀性 : ± 2 ℃ 温度超调范围 : ＜ 2 ℃ 真空室内洁净度 : 百级     各主要组成部分介绍 : 主体部分均由不锈钢材料制作而成 . 主要包括 : 真空舱体、真空泵抽气机组、自动控制系统、舱体内部加热系统、制冷系统及其它部件。 真空舱体: 外径尺寸∮ 510*490 内部结构紧凑 , 采用玻璃焊接观察窗 , 整体放气率低。 抽气系统 : 采用无油干式泵组 , 性能稳定 , 电磁阀与旁抽阀互锁 , 避免因误操作而损坏分子泵。 自动控制系统 : 能够控制一级、二级真空泵的启动与关闭，加热﹑制冷的启动与关闭。真空度﹑加热最高温度和制冷最低温度的上限与下限值。保温时间﹑舱体内各部分温度误差等参数的自主设定与控制 .     加热及保温系统 : 采用加热丝均匀缠绕内桶 ( 制冷系统 ) 壁 , 来实现均匀 , 高发热率的真空舱体内部快速加热功能 . 制冷及保温系统 : 主体采用压缩机大功率直接对真空舱体制冷并配合加热系统进行热交换从而达到均匀﹑高效﹑快速的制冷效果 .         高真空退火炉   时间：2009-5-11 16:45:02来源：中国真空信息/真空配件网/真空设备网阅读129次 主要用途：为元器件进行高真空、中温退火处理。消除因点胶、微调等过程中产生的应力。如图所示 :   设备型号：ZKL—2   主要技术指标和配置: ? 极限真空度：2×10-6 托 ? 工作真空度：5×10-5 托，达到工作真空度时间小于20分种。 ?  真空室内部尺寸：两个真空室，每室内部尺寸为 610（W）Х500     （D） Х570（H）mm ? 主真空室：两个独立的真空室，操作完全独立。可同时工作也可单独工作。 ? 器件托盘有效层数：5层。 ? 加热方式：铠装电阻丝加热，每一真空室内分部六组加热丝，并配六组热电偶，每一组加热丝均可单独工作。 ? 控温方式：PID自动调节，每一层由一独立的PID控制，每一层目标温度、最大输出功率、PID参数均可单独设定。 ?   最高加热温度：350℃ ? 工作温度：室温至260℃或320℃可调，工作时可分两阶段加热。第一阶段加热温度为180℃，可设。 ? 温度均匀性：±5℃ ? 工作方式：连续工作，可手动，可自动。 ? 操作方式：触摸屏。 ? 控制方式：PLC加温控模块（松下）     中温除气炉   时间：2009-5-11 16:51:22来源：中国真空信息/真空配件网/真空设备网阅读99次 主要技术指标： ? 有效空间：?500×500 ? 系统工作真空度：5×10-3Pa ? 系统极限真空度：3×10-4Pa ? 系统最高加热温度：150℃ ? 系统工作温度：100℃ ? 控温精度：0.1 ℃ ? 温度均匀性：±2℃，九点测温。 ? 温度超调范围：2℃ ? 真空获得部分：由分子泵、机械泵（干泵）组成。 ? 控制部分：PLC、松下温控模块、触摸屏等 ? 真空测量部分：全量程真空计 我公司可根据您的具体需求设计 , 加工 。