太阳能电池

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

分类：

国内常用的太阳能晶体硅电池可分为：

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：

太阳能电池的生产工序分为硅片检测——表面制绒及酸洗——扩散结——脱磷硅玻璃——等离子刻蚀及酸洗——减反射镀膜——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了太阳能电池的转换效率。因此，需要对来料硅片进行检测。该工序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、少数载流子寿命、电阻率、P/N类型以及微裂纹等。本组设备分为自动上下料、硅片转送、系统集成部分和四大检测模块。其中，光伏硅片检测模块用于检测硅片表面不平整度，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的微裂纹；此外，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。在进行少数载流子寿命和电阻率检测之前，需要对硅片的对角线和微裂纹进行检测，并自动剔除破损的硅片。硅片检测设备可以自动上下片，并将不合格品放置在固定位置，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，在每平方厘米的硅片表面形成数百万个四面体金字塔结构，即金字塔结构。由于入射光在表面发生多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。硅的各向异性刻蚀溶液通常为热碱性溶液，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氢氧化钠稀溶液制备，浓度约为1%，刻蚀温度为70-85℃。为了获得均匀的绒面，还应在溶液中加入乙醇、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表面刻蚀，用碱性或酸性刻蚀溶液刻蚀约20-25μm。绒面蚀刻完成后，进行一般的化学清洗，表面处理好的硅片不宜长时间存放在水中，防止污染，应尽快扩散。

3.扩散结

太阳能电池需要大面积的PN结来实现光能向电能的转换，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、排气室、炉体部分和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，在850-900摄氏度的高温下用氮气将三氯氧磷带入石英容器中，三氯氧磷与硅片发生反应，得到磷原子。经过一定时间后，磷原子从四周进入硅片表层，并通过硅原子间的空隙渗透扩散到硅片内部，形成N型半导体与P型半导体的界面，即PN结。用此方法制作的PN结均匀性好，方块电阻非均匀性小于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。因为正是在PN结的形成过程中，电子和空穴流动之后不再回到原来的位置，从而形成了电流，而这个电流通过导线引出来，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中。通过化学刻蚀，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，从而去除扩散系统。结后，硅片表面形成一层磷硅酸盐玻璃。在扩散过程中，POCL3与O2发生反应，生成P2O5沉积在硅片表面。P2O5与Si发生反应，生成SiO2和磷原子，这样在硅片表面形成了一层含有磷元素的SiO2，被称为磷硅酸盐玻璃。去除磷硅酸盐玻璃的设备一般由主机、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、热排风和废水。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，生成可溶性络合物六氟硅酸。

5.等离子蚀刻

由于在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，磷也不可避免地会扩散到硅片包括边缘在内的所有表面。在PN结正面聚集的光生电子会沿着磷扩散的边缘区域流到PN结背面，造成短路。因此，必须对太阳能电池周围的掺杂硅进行刻蚀，以去除电池边缘的PN结。该过程通常采用等离子刻蚀技术完成。等离子刻蚀是在低压状态下，反应气体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。等离子体由带电电子和离子组成。在电子的撞击下，反应腔内的气体除了转化为离子外，还能吸收能量，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，与被蚀刻材料表面发生化学反应，生成挥发性的反应产物脱离被蚀刻材料表面，由真空系统抽出腔体。

6. 防反射涂层

抛光后的硅表面反射率为35%，为了降低表面反射，提高电池转换效率，需要沉积一层氮化硅减反射膜。工业生产中常采用PECVD设备制备减反射膜。PECVD即等离子体增强化学气相沉积（PECVD），其技术原理是利用低温等离子体作为能量源，将样品置于低压辉光放电的阴极上，利用辉光放电将样品加热到预定温度，然后通入适量的反应气体SiH4和NH3，经过一系列的化学反应和等离子体反应，在样品表面形成一层固态薄膜，即氮化硅薄膜。一般来说，这种等离子体增强化学气相沉积方法沉积的薄膜厚度约为70nm，这种厚度的薄膜具备光学功能。利用薄膜干涉的原理，可以大大减少光的反射，电池的短路电流和输出量大大增加，效率也大大提高。

7.丝网印刷

太阳能电池经过制绒、扩散、PECVD等工序后，形成了PN结，在光照下可以产生电流。为了将产生的电流输出，需要在电池表面制作正负极。电极的制作方法有很多种，而丝网印刷是制作太阳能电池电极最常见的生产工艺。丝网印刷是通过压印的方式，将预定的图案印刷在基板上。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：利用丝网图案的网孔渗入浆料，用刮刀在丝网有浆料的部分施加一定的压力，同时向丝网的另一端移动。刮刀在移动的同时，将油墨从图文部分的网孔挤压到基板上。由于浆料的粘滞作用，使印迹固定在一定的范围内，印刷时刮刀始终与丝网印版及承印物保持线接触，接触线随刮刀的移动而移动，完成一次印刷行程。

8.快速烧结

丝网印刷的硅片不能直接使用，需要放入烧结炉中快速烧结，烧掉有机树脂粘结剂，留下几乎纯净的银电极，这些银电极由于玻璃的作用而紧密粘附在硅片上。当银电极与晶体硅的温度达到共晶温度时，晶体硅原子按一定比例融入熔融的银电极材料中，从而形成上下电极的欧姆接触，提高电池的开路电压和填充因子。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。预烧结阶段的目的是使浆料中的聚合物粘结剂分解、烧尽，此阶段温度上升缓慢；烧结阶段，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，此阶段温度达到峰值；冷却降温阶段，玻璃冷却硬化、固化，使电阻膜结构牢固地粘附在基片上。

9.外围设备

在电池片生产过程中，还需要配套供电、动力、给水、排水、暖通空调、真空、专汽等周边设施。消防环保设备对保障安全和可持续发展也尤为重要。对于一条年产50MW的太阳能电池片生产线，仅工艺及动力设备的耗电量就约为1800KW。工艺纯水用量约为每小时15吨，水质要求满足中国电子级水GB/T11446.1-1997中EW-1级技术标准。工艺冷却水用量也约为每小时15吨，水质中颗粒物粒径应不大于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立方米氮气储罐和10立方米氧气储罐。考虑到硅烷等特殊气体的安全因素，还需要设置专气室，以绝对保证生产安全。此外，硅烷燃烧塔、污水处理站等也是电池生产的必备设施。