太阳能电池

太阳能电池分为晶体硅和非晶硅，其中晶体硅电池又可分为单晶电池和多晶电池；单晶硅的效率与晶体硅不同。

分类：

我国常用的太阳能晶硅电池可分为：

单晶125*125

单晶156*156

多晶156*156

单晶150*150

单晶103*103

多晶125*125

制造工艺：

太阳能电池的生产流程分为硅片检验——表面制绒和酸洗——扩散结——硅玻璃​​脱磷——等离子蚀刻和酸洗——增透膜——丝网印刷——快速烧结等，具体如下：

1. 硅片检测

硅片是太阳能电池的载体，硅片的质量直接决定太阳能电池的转换效率。因此，有必要对传入的硅片进行检查。该工艺主要用于在线测量硅片的一些技术参数，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。本组设备分为自动上下料、硅片传送部分、系统集成部分和四个检测模块。其中，光伏硅片检测仪检测硅片表面的凹凸不平，同时检测硅片的尺寸、对角线等外观参数；微裂纹检测模块用于检测硅片内部微裂纹；另外，还有两个检测模块，其中一个在线测试模块主要用于测试硅片的体电阻率和硅片的类型，另一个模块用于检测硅片的少数载流子寿命。在检测少数载流子寿命和电阻率之前，需要检测硅片的对角线和微裂纹，并自动剔除损坏的硅片。硅片检测设备可以自动装卸晶圆，并且可以将不合格的产品放置在固定位置，从而提高检测精度和效率。

2. 表面纹理

单晶硅织构的制备是利用硅的各向异性刻蚀，在每平方厘米的硅表面形成数百万个四面体金字塔，即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了对光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。硅的各向异性蚀刻溶液通常是热碱性溶液。可用的碱有氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺。绒面硅大多采用廉价的浓度为1%左右的氢氧化钠稀溶液制备，蚀刻温度为70-85℃。为了获得均匀的绒面，溶液中还应加入乙醇、异丙醇等醇类作为络合剂，以加速硅的腐蚀。在制备绒面之前，必须对硅片进行初步的表面蚀刻，用碱性或酸性蚀刻液蚀刻20-25μm左右。麂皮蚀刻完毕后，进行一般的化学清洗。表面处理过的硅片不宜长时间存放在水中，以防污染，并应尽快扩散。

3.扩散结

太阳能电池需要大面积的PN结来实现光能到电能的转换，而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下部分、废气室、炉体部分、气柜部分四部分组成。扩散一般采用三氯氧磷液源作为扩散源。将P型硅片放入管式扩散炉的石英容器中，用氮气在850-900摄氏度的高温下将三氯氧磷带入石英容器中。三氯氧磷与硅片反应得到磷。原子。经过一定时间后，磷原子从四周进入硅片表层，并通过硅原子之间的间隙渗透扩散到硅片内，形成N型半导体和P型半导体的界面。型半导体，即PN结。该方法生产的PN结均匀性好，方块电阻不均匀性小于10%，少数载流子寿命可大于10ms。PN结的制作是太阳能电池生产中最基本、最关键的工序。因为是PN结的形成，电子和空穴流动后并没有回到原来的地方，这样就形成了电流，用导线将电流引出，这就是直流电。

4、脱磷硅酸盐玻璃

该工艺用于太阳能电池的生产过程。通过化学蚀刻，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，去除扩散体系。接合后的硅片表面形成一层磷硅酸盐玻璃。在扩散过程中，POCL3 与 O2 反应形成 P2O5，沉积在硅片表面。P2O5与Si反应生成SiO2和磷原子，这样在硅片表面就形成一层含有磷元素的SiO2，称为磷硅酸盐玻璃。除磷硅酸盐玻璃设备一般由主体、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组成。主要动力源为氢氟酸、氮气、压缩空气、纯水、排热风、废水。氢氟酸溶解二氧化硅是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，即六氟硅酸。

5. 等离子蚀刻

由于在扩散过程中，即使采用背对背扩散，磷也不可避免地会扩散到硅片的所有表面，包括边缘。PN结正面收集的光生电子会沿着磷扩散到PN结背面的边缘区域流动，造成短路。因此，必须蚀刻太阳能电池周围的掺杂硅以去除电池边缘的PN结。该过程通常使用等离子蚀刻技术来完成。等离子体刻蚀是在低压状态下，反应气体CF4的母体分子被射频功率激发产生电离，形成等离子体。等离子体由带电电子和离子组成。在电子的冲击下，反应室内的气体除了转化为离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性反应基团因扩散或在电场作用下到达SiO2表面，与被刻蚀材料表面发生化学反应，形成挥发性反应产物，与被刻蚀材料表面分离。蚀刻后，由真空系统从腔体中抽出。

6、增透膜

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。在工业生产中，常采用PECVD设备来制备减反射膜。PECVD 是等离子体增强化学气相沉积。其技术原理是利用低温等离子体作为能源，将样品置于低压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电将样品加热到预定温度，然后通入适量的引入反应气体SiH4和NH3。经过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，即氮化硅薄膜。一般来说，通过这种等离子体增强化学气相沉积方法沉积的膜的厚度约为70nm。这种厚度的薄膜具有光学功能。利用薄膜干涉原理，可以大大减少光的反射，电池的短路电流和输出大大增加，效率也大大提高。

7.丝网印刷

太阳能电池经过制绒、扩散和PECVD等工艺后，形成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生产工艺。丝网印刷是通过压花的方法在承印物上印刷预定的图案。该设备由电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷、电池正面银浆印刷三部分组成。其工作原理是：利用筛网花纹的网孔穿透浆料，用刮刀对筛网的浆料部分施加一定的压力，同时向筛网的另一端移动。当刮刀移动时，油墨从图形部分的网孔中被挤压到承印物上。由于浆料的粘性作用，使印迹固定在一定范围内，印刷时刮刀始终与丝网印版及承印物呈线接触，接触线随着刮刀的移动而移动，完成印刷行程。

8.快速烧结

丝网印刷的硅片不能直接使用。需要在烧结炉中快速烧结，烧掉有机树脂粘合剂，留下几乎纯银的电极，由于玻璃的作用，紧密地粘附在硅片上。当银电极与结晶硅的温度达到共晶温度时，结晶硅原子按一定比例融入到熔融的银电极材料中，从而形成上下电极的欧姆接触，改善开路电池的电压和填充因子。关键参数是使其具有电阻特性，以提高电池的转换效率。

烧结炉分为预烧结、烧结、冷却三个阶段。预烧阶段的目的是使浆料中的聚合物粘结剂分解燃烧，此阶段温度缓慢上升；在烧结阶段，在烧结体内完成各种物理、化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻性。，该阶段温度达到峰值；在冷却降温阶段，玻璃被冷却、硬化、固化，使电阻膜结构牢固地粘附在基板上。

9. 周边设备

电池生产过程中还需要供电、动力、给水、排水、暖通、真空、特种蒸汽等周边设施。消防和环保设备对于确保安全和可持续发展也尤为重要。一条年产50MW的太阳能电池生产线，仅工艺及动力设备的耗电量约为1800KW。工艺纯水量每小时约15吨，水质要求符合中国电子级水GB/T11446.1-1997 EW-1技术标准。工艺冷却水量也为每小时15吨左右，水质中的颗粒大小不应大于10微米，供水温度为15-20℃。真空排气量约为300M3/H。同时还需要约20立方米的氮气储罐和10立方米的氧气储罐。考虑到硅烷等特种气体的安全因素，还需要设置特种气体室，绝对保证生产安全。此外，硅烷燃烧塔、污水处理站也是电池生产的必备设施。