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硅太阳能电池的制造原理是什么

2022-09-29发布,浏览次数:62

  从硅片到成品太阳能电池的最终测试,有八个步骤可以生产太阳能电池。

  第1步:晶圆检查

  硅片是太阳能电池的载体。硅片的好坏直接决定了太阳能电池的转换效率,所以对来料硅片进行检测是很有必要的。该工艺主要用于硅片表面粗糙度、少数寿命、电阻率、P/N型和微裂纹等技术参数的在线测量。该设备由自动上下料、晶圆传输、系统集成和四个检测模块。

  晶圆检测

  其中,光伏硅片检测仪检测硅片表面粗糙度,同时检测硅片尺寸、对角线等外观参数。微裂纹检测模块用于检测硅片内部的微裂纹。此外,还有两个检测模块,一个是在线测试模块,主要测试晶圆电阻率和晶圆类型,另一个模块用于测试硅片的少数寿命。在检测少数寿命和电阻率之前,应检测硅片的对角线和微裂纹,并自动去除损坏的硅片。晶圆测试设备可自动上下料晶圆,并将不合格的产品放置在固定位置,从而提高测试精度和效率。

  第2步:纹理和清洁

  纹理

  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的硅表面上形成数百万个四棱锥结构。由于入射光在表面的多次反射和折射,增加了对光的吸收,提高了电池的短路电流和转换效率。

  硅各向异性腐蚀溶液通常是热碱性溶液。可用的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺。多数采用廉价的1%左右浓度的氢氧化钠稀溶液制备绒面硅,腐蚀温度为70-85℃。为了获得均匀的绒面,应加入乙醇、异丙醇等醇类作为络合剂,以加速硅的腐蚀。绒面制备前,硅片应进行初步表面腐蚀,用20~25微米左右的碱性或酸性腐蚀液去除。绒面被腐蚀后,应进行一般化学清洗。表面制备的硅片不宜长期存放在水中,以防污染。

  第3步:扩散

  扩散

  实现光能到电能的转换需要大面积的PN结。扩散炉是制造太阳能电池PN结的专用设备。管式扩散炉主要由石英舟上部、排气室、炉体部分和气柜部分四部分组成。一般采用三氯氧磷的液体源作为扩散源。P型硅片放置在管状扩散炉的石英容器中。将三氯氧磷在850--900摄氏度的高温下用氮气放入石英容器中。磷酰氯与硅片反应得到磷原子。经过一定时间后,磷原子从四面八方进入硅片表层,并通过硅原子之间的间隙渗入硅片,形成n型半导体和p型半导体的结,即PN交界处。该方法生产的PN结均匀性好,阻隔不均匀性小于10%,少数寿命大于10ms。制作PN结是太阳能电池生产中最基本、最关键的工艺。因为是PN结的形成,使流动中的电子和空穴不会回到原来的状态,所以形成电流,用导线引出电流,就是直流电。该工艺用于太阳能电池晶片的生产和制造。

  第4步:边缘隔离和清洁

  通过化学腐蚀,将硅片浸入氢氟酸溶液中,发生化学反应,生成可溶性络合物六氟硅酸,从而去除扩散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沉积在硅片表面。P2O5与Si反应生成SiO2和磷原子。这样,在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2,称为磷硅玻璃。

  磷硅玻璃设备一般由机体、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组成。主要动力源有氢氟酸、氮气、压缩空气、纯水、排热和废水。氢氟酸可以溶解二氧化硅,因为氢氟酸与二氧化硅反应生成挥发性四氟化硅气体。如果氢氟酸过量,反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性络合物六氟硅酸。

  边缘隔离

  由于扩散的过程,即使采用背靠背扩散,包括硅片边缘在内的所有表面都不可避免地被磷扩散。从PN结正面收集的光生电子会沿着磷区边缘流向PN结背面,造成短路。因此,必须对太阳能电池周围的掺杂硅进行蚀刻,以去除电池边缘的PN结。

  通常使用等离子蚀刻来完成这个过程。等离子刻蚀是反应气体CF4的母体分子在低压射频功率的激发下电离并形成等离子体的过程。等离子体是由带电的电子和离子组成,反应室中的气体在电子的作用下,除了转化为离子外,还可以吸收能量并形成大量的活性基团。活性基团因扩散或在电场作用下到达SiO2表面,与被蚀刻材料表面发生化学反应,形成挥发性反应产物,从被蚀刻材料表面逸出,从被蚀刻材料中提取出来。腔体由真空系统。

  第5步:ARC(抗反射涂层)沉积

  ARC沉积

  电镀减反射膜的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。如今,PECVD设备在工业生产中常用于制备减反射膜。PECVD是等离子体增强化学气相沉积。它的技术原理是以低温等离子体为能源,将样品放在阴极上进行低压辉光放电,利用辉光放电将样品加热到预定温度,然后通入反应气体SiH4和NH3,气体通过一系列化学反应和等离子体,在样品表面形成一层固体薄膜,就是氮化硅薄膜。通常,通过这种等离子体增强化学气相沉积方法沉积的薄膜厚度约为70nm。这种厚度的薄膜具有光学功能。利用薄膜干涉原理,可以大大减少光反射,大大提高电池的短路电流和输出,还可以提高效率。

  第6步:接触印刷

  丝网印刷太阳能电池经过制绒、扩散和PECVD等工艺制成PN结,在光照下可以产生电流。为了输出产生的电流,需要在电池表面制作正负极。制作电极的方法有很多种,丝网印刷是制作太阳能电池电极最常见的工艺。丝网印刷采用压花的方法在承印物上印刷预定的图形。

  接触印刷

  该设备由电池背面银浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成。其工作原理是:利用筛网通过尺寸筛网,用刮刀在筛网尺寸处施加一定的压力,同时向筛网的另一端移动。墨水在移动时可从图形部分的网格挤压到基材上。由于浆料的粘度,印迹固定在一定范围内。在印刷中,刮刀始终与丝网印版和承印物线接触,接触线随刮刀移动完成印刷行程。

  第7步:烧结

  硅片丝网印刷后快速烧结,不能直接使用,需要通过烧结炉进行烧结,有机树脂粘合剂燃烧,剩下的几乎是纯净的,由于玻璃的作用和硅片上的银电极接近.当银电极与晶硅在共晶温度下,晶硅原子以一定比例进入到熔化的银电极材料中,形成与欧姆接触的电极,提高电池开路电压和填充因子两个关键参数,使其电阻特性,以提高太阳能电池的转换效率。

  烧制太阳能电池

  烧结炉分为预烧、烧结和冷却三个阶段。预烧结阶段的目的是分解和燃烧浆料中的聚合物粘合剂。在烧结阶段,各种物理化学反应在烧结体内完成,形成电阻膜结构,使其真正具有电阻特性。在这个阶段,温度达到峰值。在冷却和冷却阶段,玻璃冷却、硬化和固化,使电阻膜结构牢固地粘附在基板上。

  第8步:测试和细胞分选

  现在可以组装的太阳能电池在模拟阳光条件下进行测试,然后根据其效率进行分类和分类。这是由自动测试和分类电池的太阳能电池测试设备处理的。然后,工厂工人只需从机器将电池分类到的相应效率存储库中取出电池。

  排序

  太阳能电池基本上成为一种新的原材料,然后用于太阳能光伏组件的组装。根据生产过程的顺利程度和基本的硅片材料质量,太阳能电池形式的最终结果将进一步分为不同的太阳能电池质量等级。

  周边设备及条件

  电池、电源、给水、排水、暖通、真空、专用蒸汽等周边设施的生产过程中需要外围设备。消防和环保设备对于确保安全和可持续发展也很重要。

  一条年产能50MW的太阳能电池生产线,仅工艺及动力设备耗电量约1800KW。工艺纯水量约15吨/小时,水质要求符合我国e级水GB/t11446.1-1997的ew-1技术标准。工艺冷却水消耗量约15吨/小时,水中粒径不大于10微米,供水温度15-20℃。真空放电约300M3/H。它还需要大约20立方米的氮气和10立方米的氧气。考虑到硅烷等特殊气体的安全因素,需要设置特殊气体区间,以保证生产的绝对安全。此外,硅烷燃烧塔和污水处理站也是电池生产的必要设施。

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