硅太阳能电池制造基础工艺

PV意思：它是英文单词Photovoltaic简写，中文意思是“光生伏特”（简称“光伏”）。在物理学中，光生伏特效应（简称为光伏效应），是指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合不同部位之间产生电位差现象硅太阳能电池制造工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图    1、硅片切割，材料准备：    工业制作硅电池所用单晶硅材料，普通采用坩锅直拉法制太阳级单晶硅棒，原始形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片边长普通为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cmp型（掺硼）。   2、去除损伤层：   硅片在切割过程会产生大量 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面缺陷，这就会产生两个问题，一方面表面质量较差，此外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。因而要将切割损伤层去除，普通采用碱或酸腐蚀，腐蚀厚度约10um。   3、制绒：   制绒，就是把相对光滑原材料硅片表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面太阳能损失。对于单晶硅来说普通采用NaOH加醇 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 腐蚀，运用单晶硅各向异性腐蚀，在表面形成无数金字塔构造，碱液温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。对于多晶来说，普通采用酸法腐蚀。   4、扩散制结：   扩散目在于形成PN结。普遍采用磷做n型掺杂。由于固态扩散需要很高温度，因而在扩散前硅片表面干净非常重要，规定硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面碱残留和金属杂质。   5、边沿刻蚀、清洗：   扩散过程中，在硅片周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池上下电极形成短路环，必要将它除去。周边上存在任何微小局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。当前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除具有扩散层周边。   扩散后清洗目是去除扩散过程中形成磷硅玻璃。   6、沉积减反射层：  沉积减反射层目在于减少表面反射，增长折射率。广泛使用PECVD淀积SiN,由于PECVD淀积SiN时,不光是生长SiN作为减反射膜,同步生成了大量原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具备表面钝化和体钝化双重作用,可用于大批量生产。   7、丝网印刷上下电极：   电极制备是太阳电池制备过程中一种至关重要环节，它不但决定了发射区构造，并且也决定了电池串联电阻和电池表面被金属覆盖面积。，最早采用真空蒸镀或化学电镀技术，而当前普遍采用丝网印刷法，即通过特殊印刷机和模版将银浆铝浆（银铝浆）印刷在太阳电池正背面，以形成正负电极引线。   8、共烧形成金属接触：   晶体硅太阳电池要通过三次印刷金属浆料，老式工艺要用二次烧结才干形成良好带有金属电极欧姆接触，共烧工艺只需一次烧结，同步形成上下电极欧姆接触。在太阳电池丝网印刷电极制作中，普通采用链式烧结炉进行迅速烧结。   9、电池片测试：  完毕电池片通过测试分档进行归类。硅太阳电池构造示意图     当光线照射太阳电池表面时，一某些光子被硅材料吸取;光子能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结（pnjunction）两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压作用下，将会有电流流过外部电路产生一定输出功率。这个过程实质是：光子能量转换成电能过程1、太阳能光伏系统构成和原理     太阳能光伏系统由如下三某些构成：太阳电池组件；充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其他蓄能和辅助发电设备。太阳能光伏系统具备如下特点：   - 没有转动部件，不产生噪音；    -没有空气污染、不排放废水；    -没有燃烧过程，不需要燃料；    -维修保养简朴，维护费用低；    -运营可靠性、稳定性好；    -作为核心部件太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可达到25年以上；
-依照需要很容易扩大发电规模。    光伏系统应用非常广泛，光伏系统应用基本形式可分为两大类：独立发电系统和并网发电系统。应用重要领域重要在太空航空器、通信系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵和无电缺电地区户用供电。随着技术发展和世界经济可持续发展需要，发达国家已经开始有筹划地推广都市光伏并网发电，重要是建设户用屋顶光伏发电系统和MW级集中型大型并网发电系统等，同步在交通工具和都市照明等方面大力推广太阳能光伏系统应用。     光伏系统规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到0.3～2W太阳能庭院灯，大到MW级太阳能光伏电站，如3.75kWp家用型屋顶发电设备、敦煌10MW项目。其应用形式也各种各样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其构成构造和工作原理基本相似。图4-1是一种典型供应直流负载光伏系统示意图。其中包括了光伏系统中几种重要部件：  光伏组件方阵：由太阳电池组件（也称光伏电池组件）按照系统需求串、并联而成，在太阳光照射下将太阳能转换成电能输出，它是太阳能光伏系统核心部件。 蓄电池：将太阳电池组件产生电能储存起来，当光照局限性或晚上、或者负载需求不不大于太阳电池组件所发电量时，将储存电能释放以满足负载能量需求，它是太阳能光伏系统储能部件。当前太阳能光伏系统惯用是铅酸蓄电池，对于较高规定系统，普通采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池等。  控制器：它对蓄电池充、放电条件加以规定和控制，并按照负载电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载电能输出，是整个系统核心控制某些。随着太阳能光伏产业发展，控制器功能越来越强大，有将老式控制某些、逆变器以及监测系统集成趋势，如AES公司SPP和SMD系列控制器就集成了上述三种功能。  逆变器：在太阳能光伏供电系统中，如果具有交流负载，那么就要使用逆变器设备，将太阳电池组件产生直流电或者蓄电池释放直流电转化为负载需要交流电。太阳能光伏供电系统基本工作原理就是在太阳光照射下，将太阳电池组件产生电能通过控制器控制给蓄电池充电或者在满足负载需求状况下直接给负载供电，如果日照局限性或者在夜间则由蓄电池在控制器控制下给直流负载供电，对于具有交流负载光伏系统而言，还需要增长逆变器将直流电转换成交流电。光伏系统应用品有各种形式，但是其基本原理大同小异。对于其她类型光伏系统只是在控制机理和系统部件上依照实际需要有所不同，下面将对不同类型光伏系统进行详细地描述。     2、光伏系统分类与简介     普通将光伏系统分为独立系统、并网系统和混合系统。如果依照光伏系统应用形式、应用规模和负载类型，对光伏供电系统进行比较细致划分，可将光伏系统分为如下六种类型：小型太阳能供电系统（SmallDC）；简朴直流系统（SimpleDC）；大型太阳能供电系统（LargeDC）；交流、直流供电系统（AC/DC）；并网系统（UtilityGridConnect）；混合供电系统（Hybrid）；并网混合系统多晶硅薄膜材料同步具备单晶硅材料高迁移率及非晶硅材料可大面积、低成本制备长处。因而，对于多晶硅薄膜材料研究越来越引起人们关注，多晶硅薄膜制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600℃,衬底使用昂贵石英，但制备工艺较简朴。另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用便宜玻璃作衬底，因而可以大面积制作，但是制备工艺较复杂。当前制备多晶硅薄膜办法重要有如下几种：    低压化学气相沉积（LPCVD）    这是一种直接生成多晶硅办法。LPCVD是集成电路中所用多晶硅薄膜制备中普遍采用原则办法，具备生长速度快，成膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷气体通过LPCVD法直接沉积在衬底上，典型沉积参数是：硅烷压力为13.3～26.6Pa，沉积温度Td=580～630℃，生长速率5～10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃软化温度处在500～600℃，则不能采用便宜普通玻璃而必要使用昂贵石英作衬底。    LPCVD法生长多晶硅薄膜，晶粒具备择优取向，形貌呈“V”字形，内含高密度微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不够大而使其在器件应用方面受到一定限制。虽然减少硅烷压力有助于增大晶粒尺寸，但往往随着着表面粗糙度增长，对载流子迁移率与器件电学稳定性产生不利影响。    固相晶化(SPC)    所谓固相晶化，是指非晶固体发生晶化温度低于其熔融后结晶温度。这是一种间接生成多晶硅办法，先以硅烷气体作为原材料，用LPCVD办法在550℃左右沉积a-Si:H薄膜，然后将薄膜在600℃以上高温下使其熔化，再在温度稍低时候浮现晶核，随着温度减少熔融硅在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。使用这种办法，多晶硅薄膜晶粒大小依赖于薄膜厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果重要因素，在700℃如下退火温度范畴内，温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到晶粒尺寸越大；而在700℃以上，由于此时晶界移动引起了晶粒互相兼并，使得在此温度范畴内，晶粒尺寸随温度升高而增大。经大量研究表白，运用该办法制得多晶硅晶粒尺寸还与初始薄膜样品无序限度密切有关，T.Aoyama等人对初始材料沉积条件对固相晶化影响进行了研究，发现初始材料越无序，固相晶化过程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在结晶过程中晶核形成是自发，因而，SPC多晶硅薄膜晶粒晶面取向是随机。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高势垒，需要进行氢化解决来提高SPC多晶硅性能。这种技术长处是能制备大面积薄膜，晶粒尺寸不不大于直接沉积多晶硅。可进行原位掺杂，成本低，工艺简朴，易于形成生产线。由于SPC是在非晶硅熔融温度下结晶，属于高温晶化过程，温度高于600℃，普通需要1100℃左右，退火时间长达10个小时以上，不合用于玻璃基底，基底材料采用石英或单晶硅，用于制作小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。    准分子激光晶化(ELA)    激光晶化相对于固相晶化制备多晶硅来说更为抱负，其运用瞬间激光脉冲产生高能量入射到非晶硅薄膜表面，仅在薄膜表层100nm厚深度产生热能效应，使a-Si薄膜在瞬间达到1000℃左右，从而实现a-Si向p-Si转变。在此过程中，激光脉冲瞬间(15～50ns)能量被a-Si薄膜吸取并转化为相变能，因而，不会有过多热能传导到薄膜衬底，合理选取激光波长和功率，使用激光加热就可以使a-Si薄膜达到熔化温度且保证基片温度低于450℃，可以采用玻璃基板作为衬底，既实现了p-Si薄膜制备，又能满足LCD及OEL对透明衬底规定。其重要长处为脉冲宽度短(15～50ns)，衬底发热小。通过选取还可获得混合晶化，即多晶硅和非晶硅混合体。准分子激光退火晶化机理：激光辐射到a-Si表面，使其表面在温度到达熔点时即达到了晶化域值能量密度Ec。a-Si在激光辐射下吸取能量，激发了不平衡电子-空穴对，增长了自由电子导电能量，热电子-空穴对在热化时间内用无辐射复合途径将自己能量传给晶格，导致近表层极其迅速升温，由于非晶硅材料具备大量隙态和深能级，无辐射跃迁是重要复合过程，因而具备较高光热转换效率，若激光能量密度达到域值能量密度Ec时，即半导体加热至熔点温度，薄膜表面会熔化，熔化前沿会以约10m/s速度进一步材料内部，通过激光照射，薄膜形成一定深度融层，停止照射后，融层开始以108～1010K/s速度冷却，而固相和液相之间界面将以1～2m/s速度回到表面，冷却之后薄膜晶化为多晶，随着激光能量密度增大，晶粒尺寸增大，当非晶薄膜完全熔化时，薄膜晶化为微晶或多晶，若激光能量密度不大于域值能量密度Ec，即所吸取能量局限性以使表面温度升至熔点,则薄膜不发生晶化。普通状况下,能量密度增大，晶粒增大，薄膜迁移率相应增大，当Si膜接近所有熔化时，晶粒最大。但能量受激光器限制，不能无限增大，太大能量密度反而令迁移率下降。激光波长对晶化效果影响也很大，波长越长，激光能量注入Si膜越深，晶化效果越好。   ELA法制备多晶硅薄膜晶粒大、空间选取性好，掺杂效率高、晶内缺陷少、电学特性好、迁移率高达到400cm2/v.s，是当前综合性能最佳低温多晶硅薄膜。工艺成熟度高，已有大型生产线设备，但它也有自身缺陷，晶粒尺寸对激光功率敏感，大面积均匀性较差。重复性差、设备成本高，维护复杂。随着时间而上升，这一阶段称为升温阶段。单位时间内温度变化量是很容易控制。在升温过程结束后，温度就处在一种稳定阶段。最后，当退火炉电源关掉后，温度就随着时间而减少，这一阶段称为冷却阶段。用含氢非晶硅作为初始材料，进行退火解决。平衡温度控制在600℃以上，纳米硅晶粒能在非晶硅薄膜中形成，并且所形成纳米硅晶粒大小随着退火过程中升温快慢而变化。在升温过程中，若单位时间内温度变化量较大时(如100℃/s)，则所形成纳米硅晶粒较小(1.6～15nm)；若单位时间内温度变化量较小(如1℃/s)，则纳米硅粒较大(23～46nm)。进一步实验表白：延长退火时间和提高退火温度并不能变化所形成纳米硅晶粒大小；而在退火时，温度上升快慢直接影响着所形成纳米硅晶粒大小。为了弄清晰升温量变化快慢对所形成纳米硅大小晶粒影响，采用晶体生长中成核理论。在晶体生长中需要两步：第一步是成核，第二步是生长。也就是说，在第一步中需要足够量生长仔晶。成果显示：升温快慢影响所形成仔晶密度。若单位时间内温度变化量大,则产生仔晶密度大；反之，若单位时间内温度变化量小，则产生仔晶密度小。RTA退火时升高退火温度或延长退火时间并不能消除薄膜中非晶某些，薛清等人提出一种从非晶硅中分形生长出纳米硅生长机理：分形生长。从下到上，只要温度不太高以致相邻纳米硅岛不熔化，那么虽然提高退火温度或延长退火时间都不能完全消除其中非晶某些。    RTA退火法制备多晶硅晶粒尺寸小，晶体内部晶界密度大，材料缺陷密度高，并且属于高温退火办法，不适合于以玻璃为衬底制备多晶硅。    等离子体增强化学反映气相沉积（PECVD）    等离子体增强化学反映气相沉积（PECVD）法是运用辉光放电电子来激活化学气相沉积反映。起初，气体由于受到紫外线等高能宇宙射线辐射，总不可避免有轻微电离，存在着少量电子。在充有稀薄气体反映容器中引进激发源（例如，直流高压、射频、脉冲电源等），电子在电场加速作用下获得能量，当它和气体中中性粒子发生非弹性碰撞时，就有也许使之产生二次电子，如此重复进行碰撞及电离，成果将产生大量离子和电子。由于其中正负粒子数目相等。故称为等离子体，并以发光形式释放出多余能量，即形成“辉光”。在等离子体中，由于电子和离子质量相差悬殊，两者通过碰撞互换能量过程比较缓慢，因此在等离子体内部各种带电粒子各自达到其热力学平衡状态，于是在这样等离子体中将没有统一温度，就只有所谓电子温度和离子温度。此时电子温度可达104℃，而分子、原子、离子温度却只有25～300℃。因此，从宏观上来看，这种等离子温度不高，但其内部电子却处在高能状态，具备较高化学活性。若受激发能量超过化学反映所需要热能激活，这时受激发电子能量（1～10eV）足以打开分子键，导致具备化学活性物质产生。因而，本来需要高温下才干进行化学反映，通过放电等离子体作用，在较低温度下甚至在常温下也可以发生。>   PECVD法沉积薄膜过程可以概括为三个阶段：   1.SiH4分解产生活性粒子Si、H、SiH2和SiH3等；   2.活性粒子在衬底表面吸附和扩散；   3.在衬底上被吸附活性分子在表面上发生反映生成Poly-Si层，并放出H2；研究表面，在等离子体辅助沉积过程中，离子、荷电集团对沉积表面轰击作用是影响结晶质量重要因素之一。克服这种影响是通过外加偏压抑制或增强。对于采用PECVD技术制备多晶体硅薄膜晶化过程,当前有两种重要观点：一种以为是活性粒子先吸附到衬底表面,再发生各种迁移、反映、解离等表面过程,从而形成晶相构造，因而,衬底表面状态对薄膜晶化起到非常重要作用；另一种以为是空间气相反映对薄膜低温晶化起到更为重要作用,即具备晶相构造颗粒一方面在空间等离子体区形成,而后再扩散到衬底表面长大成多晶膜。对于SiH4:H2气体系统,有研究表白,在高氢掺杂条件下,当用RFPECVD办法沉积多晶硅薄膜时,必要采用衬底加热到600℃以上办法,才干增进最初成长阶段晶核形成。而当衬底温度不大于300℃时,只能形成氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜。以SiH4:H2为气源沉积多晶硅温度较高，普通高于600℃，属于高温工艺，不合用于玻璃基底。当前有报道用SiC14:H2或者SiF4:H2为气源沉积多晶硅，温度较低，在300℃左右即可获得多晶硅，但用CVD法制备得多晶硅晶粒尺寸小，普通不超过50nm，晶内缺陷多，晶界多。  金属横向诱导法(MILC)   20世纪90年代初发现a-Si中加入某些金属如Al，Cu，Au，Ag，Ni等沉积在a-Si∶H上或离子注入到a-Si∶H薄膜内部，可以减少a-Si向p-Si转变相变能量，之后对Ni/a-Si:H进行退火解决以使a-Si薄膜晶化，晶化温度可低于500℃。但由于存在金属污染未能在TFT中应用。随后发现Ni横向诱导晶化可以避免孪晶产生，镍硅化合物晶格常数与单晶硅相近、低互溶性和恰当相变能量，使用镍金属诱导a-Si薄膜办法得到了横向结晶多晶硅薄膜。横向结晶多晶硅薄膜表面平滑，具备长晶粒和持续晶界特性，晶界势垒高度低于SPC多晶硅晶界势垒高度，因而，MILCTFT具备优良性能并且不必要进行氢化解决。运用金属如镍等在非晶硅薄膜表面形成诱导层，金属Ni与a-Si在界面处形成NiSi2硅化物，运用硅化物释放潜热及界面处因晶格失错而提供晶格位置，a-Si原子在界面处重结晶，形成多晶硅晶粒，NiSi2层破坏，Ni原子逐渐向a-Si层底层迁移，再形成NiSi2硅化物，如此重复直a-Si层基本上所有晶化，其诱导温度普通在500℃，持续时间在10小时左右，退火时间与薄膜厚度关于。   金属诱导非晶硅晶化法制备多晶硅薄膜具备均匀性高、成本低、相连金属掩蔽区以外非晶硅也可以被晶化、生长温度在500℃。但是MILC当前它晶化速率依然不高，并且随着热解决时间增长速率会减少。咱们采用MILC和光脉冲辐射相结合办法，实现了a-Si薄膜在低温环境下迅速横向晶化，得到高迁移率、低金属污染多晶硅带。   除了上述几种制备多晶硅薄膜重要办法外，尚有超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)、电子束蒸发等。用UHV/CVD生长多晶硅，当生长温度低于550℃时能生成高质量细颗粒多晶硅薄膜，不用再结晶解决，这是老式CVD做不到，因而该法很合用于低温多晶硅薄膜晶体管制备。此外，日立公司研究指出，多晶硅还可用电子束蒸发来实现，温度低于530℃。因而，咱们相信随着上述几种多晶硅制备办法日益成熟和新制备办法浮现，多晶硅技术发展必将跨上一种新台阶，从而推动整个半导体产业和有关行业发展.