太阳能电池片生产工艺

技术部电池片生产培训工艺流程清洗制绒扩散刻蚀去磷硅PECVD印刷烧结测试清洗制绒影响绒面质量因素化学清洗原理安全注意事项硅片表面处理的目的：形成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳光的吸收去除硅片表面的机械损伤层清除表面油污和金属杂质绒面腐蚀原理利用酸溶液对晶体硅在不同晶体取向上具有相同腐蚀速率的各向同性异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成类虫洞一样的绒面结构，就称为表面织构化。。绒面形成原理绒面的密度和它们的几何特征同时影响着太阳电池的陷光效率和前表面产生反射损失的最低限。尺寸一般控制在3～15微米。影响绒面质量的关键因素1.反应温度2.溶液浓度3.反应时间的长短4.槽体密封程度关键因素的分析——溶液的影响制绒液中的HF、HNO3两者浓度比例决定着溶液的腐蚀速率和绒面成情况。溶液温度恒时，保持HF的浓度不变，发现增加HNO3的浓度，硅片表面发暗，绒面细小，密集，但黑丝很多，表面复合加大。相反在溶液温度恒时，保持HNO3的浓度不变增加HF的浓度时，硅片表面发亮，绒面成气泡状，整体向抛光方向发展注意事项NaOH、HNO3、HF、HCL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。一旦有化学试剂伤害了员工的身体，马上用纯水冲洗30分钟，送医院就医。对磷扩散的认识半导体特性什么叫扩散扩散的目的扩散的方式对磷扩散的认识—半导体特性硅太阳电池生产中常用的几种元素:硅（Si）、磷（P）、硼（B）元素的原子结构模型如下：第三层4个电子第二层8个电子第一层2个电子Si+14P+15B最外层5个电子最外层3个电子siPB对磷扩散的认识—半导体特性硅晶体内的共价键硅晶体的特点是原子之间靠共有电子对连接在一起。硅原子的4个价电子和它相邻的4个原子组成4对共有电子对。这种共有电子对就称为“共价键”。对磷扩散的认识—半导体特性硼（B）是三族元素，原子的最外层有三个价电子，硼原子最外层只有三个电子参加共价键，在另一个价键上因缺少一个电子而形成一个空位，邻近价键上的价电子跑来填补这个空位，就在这个邻近价键上形成了一个新的空位，我们称这个空位叫“空穴”。对磷扩散的认识—半导体特性空键接受电子空穴P型半导体（受主掺杂）--接受自由电子对磷扩散的认识—半导体特性磷（P）是五族元素，原子的最外层有五个价电子，磷原子最外层五个电子中只有四个参加共价键，另一个不在价键上，成为自由电子，失去电子的磷原子是一个带正电的正离子，正离子处于晶格位置上，不能自由运动，它不是载流子。对磷扩散的认识—半导体特性多余电子N型半导体（施主掺杂）--提供自由电子对磷扩散的认识--什么叫扩散太阳能电池的心脏是一个PN结。PN结是不能简单地用两块不同类型（p型和n型）的半导体接触在一起就能形成的。要制造一个PN结，必须使一块完整的半导体晶体的一部分是P型区域，另一部分是N型区域。也就是在晶体内部实现P型和N型半导体的接触。对磷扩散的认识--什么叫扩散制造PN结，实质上就是想办法使受主杂质（P型），在半导体晶体内的一个区域中占优势，而使施主杂质（N型）在半导体内的另外一个区域中占优势，这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型和N型半导体的接触。对磷扩散的认识--什么叫扩散制作太阳电池的硅片是P型的，也就是说在制造硅片时，已经掺进了一定量的硼元素，使之成为P型的硅片。如果我们把这种硅片放在一个石英容器内，同时对此石英容器内加热到一定温度，并将含磷的气体通入这个石英容器内，这时施主杂质磷可从化合物中分解出来，在容器内充满着含磷的蒸汽。对磷扩散的认识--什么叫扩散在硅片周围包围着许许多多的磷的分子，因此磷原子能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。在有磷渗透的一面就形成了N型，在没有渗透的一面是原始P型的，这样就达到了在硅片内部形成了所要的PN结。----这就是所说的扩散。PN结——太阳电池的心脏扩散的目的：形成PN结太阳电池磷扩散方法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目前采用的是第一种方法。扩散装置示意图总体结构分为四大部分：控制部分推舟净化部电阻加热炉部分气源部分排风气源柜炉体柜计算机控制柜推舟机构排废口净化操作台总电源进线进气扩散装置示意图扩散炉气路系统压缩空气O2N2N2影响扩散的因素管内气体中杂质源的浓度扩散温度扩散时间POCl3简介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。POCl3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。POCl3简介POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。等离子体刻蚀等离子体的原理及应用等离子刻蚀原理等离子刻蚀过程及工艺控制检验方法及原理什么是等离子体？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。等离子体的产生等离子体刻蚀原理等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性生成物而被去除。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。（这是各向同性反应）这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。等离子体刻蚀反应首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子。其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，并在表面上发生化学反应。生产过程中，CF4中掺入O2，这样有利于提高Si和SiO2的刻蚀速率。它们的离子以及CF,CF,,CF,CFCF23e4等离子体刻蚀工艺装片在待刻蚀硅片的两边，分别放置一片与硅片同样大小的塑料夹板，叠放整齐，用夹具夹紧，确保待刻蚀的硅片中间没有大的缝隙。将夹具平稳放入反应室的支架上，关好反应室的盖子。工艺参数设置负载容量（片）工作气体流量（sccm）气压（Pa）辉光功率（W）反射功率（W）CF4O2N280035080120~150600--8004以下工作阶段时间（分钟）辉光颜色预抽主抽充气辉光充气腔体内呈乳白色，腔壁处呈淡紫色1-30秒12262*可根据生产实际做相应的调整•边缘刻蚀控制短路形成途径由于在扩散过程中，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。此短路通道等效于降低并联电阻。控制方法对于不同规格的硅片，应适当的调整辉光功率和刻蚀时间使达到完全去除短路通道的效果。刻蚀工艺不当的影响LIDIshRsRedger刻蚀时间刻蚀时间不足：电池的并联电阻会下降。刻蚀时间过长：刻蚀时间越长对电池片的正反面造成损伤影响越大，时间长到一定程度损伤不可避免会延伸到正面结区，从而导致损伤区域高复合。检验操作及判断1.确认万用表工作正常，量程置于200mV。去除磷硅玻璃在扩散过程中发生如下反应：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。什么是磷硅玻璃？PSiOSiOP4552252322524526PClOPOCl磷硅玻璃的去除氢氟酸是无色透明的液体，具有较弱的酸性、易挥发性和很强的腐蚀性。但氢氟酸具有一个很重要的特性是它能够溶解二氧化硅，因此不能装在玻璃瓶中。在半导体生产清洗和腐蚀工艺中，主要就利用氢氟酸的这一特性来去除硅片表面的二氧化硅层。氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸能与二氧化硅作用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。总反应式为：O2HSiF4HFSiO242][SiFH2HFSiF624O2H][SiFH6HFSiO2622注意事项在配制氢氟酸溶液时，要穿好防护服，戴好防护手套和防毒面具。不得用手直接接触硅片和承载盒。当硅片在1号槽氢氟酸溶液中时，不得打开设备照明，防止硅片被染色。硅片在两个槽中的停留时间不得超过设定时间，防止硅片被氧化。检验标准当硅片从1号槽氢氟酸中提起时，观察其表面是否脱水，如果脱水，则表明磷硅玻璃已去除干净；如果表面还沾有水珠，则表明磷硅玻璃未被去除干净。甩干后，抽取两片硅片，在灯光下目测：表面干燥，无水迹及其它污点。SiNx:H减反射膜PECVD技术目录SiNx:H简介SiNx:H在太阳电池中的应用PECVD原理光学特性和钝化技术系统结构及安全事项SiNx:H简介正常的SiNx的Si/N之比为0.75，即Si3N4。但是PECVD沉积氮化硅的化学计量比会随工艺不同而变化，Si/N变化的范围在0.75-2左右。除了Si和N，PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子即SixNyHz或SiNx:H。SiNx:H简介物理性质和化学性质：结构致密，硬度大能抵御碱金属离子的侵蚀介电强度高耐湿性好耐一般的酸碱，除HF和热H3PO4SiNx:H简介Si/N比对SiNx薄膜性质的影响电阻率随x增加而降低折射率n随x增加而增加腐蚀速率随密度增加而降低SiNx在太阳电池中的应用自从1981年（Hezel），SiNx开始应用于晶体硅太阳电池：*减反射膜*钝化薄膜（n+发射极）SiNx在太阳电池中的应用SiNx的优点：优良的表面钝化效果高效的光学减反射性能（厚度和折射率匹配）低温工艺（有效降低成本）含氢SiNx:H可以对mc-Si提供体钝化SiNx在太阳电池中的应用PECVDPECVD=PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition即“等离子增强型化学气相沉积”，是一种化学气相沉积，其它的有HWCVD，LPCVD，MOCVD等。PECVD是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。PECVD——等离子体定义地球上，物质有三态，即：固，液，气。其共同点是由原子或分子组成，即基本单元是原子和分子，且为电中性。等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种形态，这种形态就称为等离子态，即第四态。等离子体从宏观来说也是电中性，但是在局部可以为非电中性。PECVD原理PECVD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（或另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，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。PECVD方法区别于其它CVD方法的特点在于等离子体中含有大量高能量的电子，它们可以提供化学气相沉积过程所需的激活能。电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程，生成活性很高的各种化学基团，因而显著降低CVD薄膜沉积的温度范围，使得原来需要在高温下才能进行的CVD过程得以在低温下实现。CVD各工艺条件的比较其它方法的沉积温度：APCVD—常压CVD，700-1000℃LPCVD—低压CVD，750℃，0.1mbar对比PECVD—300-450℃，0.1mbarPECVD的特点PECVD的一个基本特征是实现了薄膜沉积工艺的低温化