太阳电池工作原理及制造

太阳电池工作原理及制造无锡尚德太阳能电力有限公司(SuntechPowerCO.LTD）2社会使命：为地球、为未来充电，让绿色永绕人间。•气候变暖、南极空洞、生态失衡、环境恶化……过度排放的废水、废气、废渣让我们的地球不堪重负。全球变暖是一个毋庸置疑的事实，而且正在加速变暖。研究发现，全球平均温度已升高0.3～0.6摄氏度，其中11个最暖的年份发生在80年代中期以后。全球变暖已经带来冰川消退、海平面上升、荒漠化等等非常严重的后果，还给生态和农业带来严重影响。漫画：明天我们去哪里？3产品介绍:原始硅片电池片组件4硅片尺寸硅片的尺寸规格：•103×103(Ｓ)单晶•125×125(Ｓ)单晶•125×125(Ｍ)多晶•150×150(Ｍ)多晶•156×156(Ｓ)单晶•156×156(Ｍ)多晶在整个晶体内，原子都是周期性的规则排列，称之为单晶。由许多取向不同的单晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多晶。公司采购回来的硅片是Ｐ型硅。156mm156mm5P型硅片空键接受电子空穴•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，这就是“空穴”。硼原子在接受了邻近价键的价电子而成为一个带负电的负离子，它不能移动，不是载流子。因此在产生空穴的同时没有产生相应的自由电子。这种依靠空穴导电的半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。6N型硅片多余电子•多余电子要离开P原子。找有空穴的价键与其结合。电子的移动。7目录•引言•太阳电池设计和制造•太阳电池结构和工作过程•太阳能辐射•太阳电池的电性能•太阳电池质量检验和性能分析8引言●硅太阳电池：1)单晶硅片2)多晶硅片3)非晶硅薄膜4)多晶硅薄膜太阳电池种类：1)Si太阳电池2)GaAs太阳电池(砷化镓）3)染料敏化电池4)Cu2S电池•太阳电池—将太阳光能直接转换为电能的半导体器件。9硅片的制造过程Scrnprt•10电池片生产流程：装片－制绒－化学清洗－扩散－刻蚀－去磷硅玻璃－PECVD－丝网印刷－烧结－分类检测－包装装片－制绒－化学清洗（清洗区）①－扩散（扩散区）②－刻蚀－去磷硅玻璃（去PSG区）③－PECVD（PECVD区）④－丝网印刷－烧结－分类检测－包装（金属化区）⑤11清洗区（装片、制绒、化学清洗）制绒甩干检验硅片尺寸测厚度称重清洗装片观察绒面12制绒观察绒面检验硅片尺寸测厚度称重清洗装片工艺已变更工艺已变更清洗区（装片、制绒、化学清洗）CleaningArea13装片1、检验职责：懂得各确认硅片包装是否破损、确认在制品数量、确认硅片内包装是否破损及包装盒数、确认包装标签信息与配料单信息是否一致、硅片外观检测２、装片要点：带一次性手套、承载盒下面垫海绵条、将硅片捻成扇形插片、区分不良品、放置不良品、纪录表单能发现生产过程中的各种问题，并及时向上级汇报，争取在第一时间内解决问题。与组员团结协作，空闲时帮助其他组员完成工作，共创有意义的工作环境。14制绒作用与化学品作用NaOH:去除硅片表面的机械损伤层，并生长出绒面。Na2SiO3.9H2O硅酸钠：减缓NaOH与Si的反应速率。C3H8O异丙醇：产生H2，H2中带有一定的杂质。制绒作用：减少反射，增强对太阳光的吸收。单晶制绒：用碱腐蚀（NaOH)多晶制绒：用酸腐蚀(HNO3)15各种绒面的形貌•单晶原始形貌（500倍）•单晶绒面（50倍）•单晶绒面（SEM）•多晶绒面（SEM）绒面要制作成类似于金字塔形状！161、单晶硅制绒化学方程式23222322802HSiONaCOHCHCHCHOHNaOHSi影响硅片转换效率的金属铁Fe、钠Na、锰Mn、锑Ti、金、银、钨制绒化学反应方程式2、多晶硅制绒化学方程式6HF+4HNO3+Si＝H2[SiF6]+4NO2+4H2O17太阳电池制造过程-化学清洗•HCL去除硅片表面的金属离子P型半导体硅2222HNaCLNaHCLOHSiFHSiOHF26222][6•HF去除硅片表面的氧化物影响硅片转换效率的金属:铁、钠、锰、锑、金、银、钨18扩散间取片拿石英舟上桨插片进炉调参数测片取片放入下道工序传递箱19太阳电池制造过程-扩散在P型半导体表面掺杂五价元素磷。在硅片表面形成PN结。外层：磷硅玻璃中间：N型半导体硅P型硅N型硅磷硅玻璃(PSG)P型半导体硅内层：P型半导体硅20PN结——太阳电池的心脏•扩散的目的：形成PN结21扩散装置示意图炉内石英管22四探针测量方块电阻PSiOSiOPCLOPOPCLOPPCLPOCLCCC45521052543528005222800255256003扩散原理化学方程式：•大氮：均衡管内气体•小氮：携带扩散源•扩散源：三氯氧磷•清洗源：TCA三氯乙烷{C2H3CL3}•洁净度：扩散间1万级、车间10万级•四探针测微仪{中间两根探针测电压}{外层两根探针测电流}扩散原理及检测电位差计硅单晶123423刻蚀目的：去除边缘PN结，防止上下短路湿法刻蚀的化学反应方程式:①4HNO3+3Si=3SiO2+4NO+2H2O②SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O刻蚀方法：１、干法刻蚀２、湿法刻蚀P型半导体硅P型硅N型硅磷硅玻璃(PSG)太阳电池制造过程-刻蚀24太阳电池制造过程-去磷硅玻璃（PSG）•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？PSiOSiOP4552Cl01O2P5O4PCl25225225PSGP（P）磷S（SiO2）二氧化硅G（Glass）玻璃25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。在半导体生产的清洗和腐蚀工艺中，主要就利用氢氟酸的这一特性来除去硅片表面的二氧化硅层。OHSiFHSiOHF2622][6去PSG原理及化学反应方程式P型半导体硅P型硅N型硅磷硅玻璃(PSG)26PECVDArea插片放入洁净柜石墨舟准备推入上料区取料卸片运行程序送入下道工序填写表单27太阳电池制造过程-PECVD•在硅片表面镀上一层深蓝色的氮化硅膜•可以充分吸收太阳光，降低反射•在硅片表面有氢钝化的作用氮化硅膜28PlasmaEnhanceChemicalVapourDeposition等离子增强化学气相沉积•在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN膜。其还具有卓越的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力；它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外，其它酸与它基本不起作用。除SiN膜外，TiO2、SiO2也可作为减反膜29太阳电池制造过程-PECVD•PECVD沉积SiN利用硅烷（SiH4）与氨气（NH3）在等离子体中反应。24335034H12Ni43SNHSiH℃等离子体30丝网印刷的流程上料检查承载盒上料网版印刷背电极印刷背电场印刷正面栅线印刷上料台丝网一道烘箱丝网二道丝网三道31太阳电池制造过程-丝网印刷•丝网印刷的原理通过刮条挤压网板使丝网弹性变形后将浆料漏印在需印刷的材料上的一种方式,这是目前普遍采用的一种电池工艺.•丝网印刷的流程上料—丝印第一道—烘箱1—丝印第二道—烘箱2—丝印第三道—烧结炉•烘箱的作用先烘干硅片上的浆料，去除浆料中的有机成分。•烧结炉的结构上料区—烘干区—（预、主）烧结区—回温区（冷却区）—下料区•烧结炉的作用先烘干硅片上的浆料，去除浆料中的有机成分，通过高温使硅金属与浆料形成欧姆接触.所谓欧姆接触:半导体材料与金属接触时没有形成整流接触,欧姆接触具有线形和对称的V—I特性，且接触时的电阻远小于材料电阻的一种接触，因此当电流通过时，良好的欧姆接触不会产生显著的压降和功耗。32太阳电池结构背电极背电场(铝背场）正面主栅线正面子栅线33•原材料的特性硅片的厂家、型号、批次、厚度、尺寸、少子寿命、对角线•丝网印刷的辅助材料刮条、浆料、胶带、封网浆、酒精、松油醇•丝网印刷表单的填写工序流程卡、电池生产记录、首检记录、浆料领用/使用记录、刮条更换记录、网板更换记录、网板使用寿命跟踪记录、台面称重记录、碎片称重记录、设备维护申请单…修补网板擦拭第三道网板擦拭第一、二道网板等太阳电池制造过程-丝网印刷34太阳电池制造过程-背电极印刷•在太阳电池背面丝网印刷印上引出电极•使用的浆料是银浆（CN-33462）•作用：易于焊接P型半导体硅背电极35太阳电池制造过程-背电场印刷•通过烧结穿透背面PN结，和P型硅形成良好的欧姆接触。•使用的浆料是铝浆（6080—15Q、15L）•作用：收集载流子背电场P型半导体硅36太阳电池制造过程-正面电极印刷•正面电极有主栅线和副栅线组成。•在太阳电池正面丝网印刷银浆（PV147），形成负电极。•作用：收集电流。副栅线主栅线P型半导体硅正面电极37分类检测流程吸片包装入库贴标识分类（分档）测试台检测数据打印标签QC检验上料检查38分类检测1．测试系统构成本系统由闪光灯、太阳能脉冲仿真器、可编程负载模拟装置、温度检测装置、光强测量电池、测试架和分检系统。示意图如下（不包括分检系统）。39２、工作原理：本系统通过模拟AM（AirMass）1.51000W/m2太阳光脉冲照射PV电池表面产生光电流，光电流流过可编程模拟负载，在负载两端产生电压，负载装置将采样到的电流、电压传送给SCLoad计算,得到IV曲线及其它指标，并根据实际光强和温度对它们进行修正。SCLoad根据测试结果，按照给定的分类规则分类，将分类结果传送给分检系统，分检系统将已分类的电池放到相应的电池盒里。3、太阳电池的电性能参数：Isc(短路电流)Uoc(开路电压)Impp(最大电流)Umpp(最大电压)Pmpp（最大功率）Rs（串联电阻）Rsh（并联电阻）FF（填充因子）EFF（转换效率）21000MWESEFFIscUocSEUmppppEFFImUocIscppUmppFFIm40分类检测测试操作界面41分检看机器注意点及保养•1检查测试仪探针是否有弯曲和折断，如有，则更换。•2清理行行走臂中所有碎片。•3当发现电池片走弯时应立即停止纠正。•4适当润滑下料缓冲盒升降电机传动螺杆。•5适当润滑三只机械手X、Y轴滑轨。注意，不要污染磁尺。42太阳能辐射1、太阳辐射能的来源—电磁辐射43大气层对太阳辐射的影响大气质量—太阳光线通过大气层的路程对到达地球表面的太阳辐射的影响AM0—地球大气层外的太阳辐射AM1—穿过1个大气层的太阳辐射（太阳入射角为0）AM1.5—太阳入射角为48°的太阳辐射44太阳辐射穿过大气层的情况AM0AM1.545Junction太阳电池的组成结构46太阳电池的工作过程—光生伏特效应-吸收光子，产生电子空穴对-电子空穴对被内建电场分离，在PN结两端产生电势-将PN结用导线连接，形成电流-在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换47太阳电池等效电路图：48串联电阻（Rs）●硅材料体电阻●金属电极电阻●金属与硅的接触电阻49并联电阻（Rsh）•边缘漏电•体内杂质和微观缺陷•PN结局部短路50温度（T）对太阳电池的影响电流温度系数：0.1%电压温度系数：-0.4%（-2.3mV/℃)曲线1—25℃曲线2—35℃1251光强（E）对太阳电池的影响12曲线1—1个太阳曲线2—0.5个太阳52太阳电池电性能参数Isc,Uoc,Eff,FFIsc：电池面积、光强、温度Uoc:光强、温度FF：串联电阻、并联电阻53电性能测试的条件温度（T）：25℃光强（E）：1000W/m2光谱分布：AM1.554太阳电池的设计•光生载流子的收集几率•结深•电极设计（使电阻损耗最小）•减反射膜的厚度和折射率55太阳电池性能和质量分析●短路电流（I