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电池片制造的生产工艺


电池片制造的生产工艺

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?#31185;?#26041;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?#35805;?#30340;化学清洗。经过表面准备的硅片都不宜在水中久存,以防?#27425;郟?#24212;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?#35805;?#29992;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?#20174;Γ?#24471;到?#33258;?#23376;。经过一定时间,?#33258;?#23376;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?#21487;?#36879;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?#22336;?#27861;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?#20174;?#29983;成可溶性的络和物六氟硅酸,?#21248;?#38500;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?#20174;?#29983;成P2O5淀积在硅片表面。P2O5与Si?#20174;?#21448;生成SiO2和?#33258;?#23376;,这样就在硅片表面形成一层含有?#33258;?#32032;的SiO2,称之为磷硅玻璃。去磷硅玻璃的设备?#35805;?#30001;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?#20174;?#29983;成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量,?#20174;?#29983;成的四氟化硅会进一?#25509;?#27682;氟酸?#20174;?#29983;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,?#21248;?#38500;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,?#20174;?#27668;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,?#20174;?#33108;体中的气体在电子的?#19981;?#19979;,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?#20174;?#22522;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?#20174;Γ?#24182;形成挥发性的?#20174;?#29983;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?#20174;?#27668;体SiH4和NH3,气体经一系列化学?#20174;?#21644;等离子体?#20174;Γ?#22312;样品表面形成固态薄膜即氮化硅薄膜。?#35805;?#24773;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?#22841;?#21360;刷在基板上,该设备由电池背面银?#20004;?#21360;刷、电池背面?#20004;?#21360;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?#22841;?#37096;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?#36824;?#20992;从?#22841;?#37096;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?#39318;?#29992;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?#20445;?#26230;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?#38181;巍?#39044;烧结?#38181;?#30446;的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉,此?#38181;?#28201;度慢慢上升?#31783;?#32467;?#38181;?#20013;烧结体内完成各种物理化学?#20174;Γ?#24418;成电阻膜结构,使其真正具有电阻特性,该?#38181;?#28201;度达到峰值;降温冷却?#38181;危?#29627;璃冷?#20174;不?#24182;凝固,使电阻膜结构固定地粘附于基片上。

九、外围设备
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?#20013;?#21457;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?#31034;?#22312;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级技术标准。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?#20445;?#36824;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。池正受到产业界重视,一些知名公司意识到它在未来能源市场中

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