光伏技术 | Al-BSF结构电池工艺流程
2024-02-04 03:46 浏览:16
2015年以前，光伏发电技术是以铝背场电池BSF为主，之后再升级，都是以BSF电池工序为基础，以最简单的BSF电池为例，电池片的制备工艺为：
硅片检测——清洗制绒——扩散制结——边缘刻蚀&去磷硅玻璃——正面沉积钝化膜&镀减反射膜——丝网印刷及烧结形成铝背场和栅线——测试分选【检测目的】：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。光伏硅片检测仪：对硅片表面不平整度、硅片的尺寸和对角线等外观参数;在线测试模组：主要测试硅片体电阻率和硅片类型、硅片的少子寿命。【清洗目的】消除硅片表面的灰尘污染、有机沾污和金属杂质，去除表面的机械损伤，减少表面复合中心。【制绒目的】利用低浓度碱溶液对硅的不同晶面的各向异性腐蚀，在硅片表面形成绒面，绒面凹凸不平可以增加二次反射，以减少电池片的反射率，改变光程及入射方式，提高了电池的短路电流(Isc)和转换效率。
【清洗制绒方法】硅的各向异性腐蚀液通常用热碱溶液，如氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。大多使用浓度约为1%的氢氧化钠稀溶液，腐蚀温度为70-85℃。此外还会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，获得均匀的绒面。工艺流程：制绒槽→水洗→碱洗→水洗 →酸洗→水洗→吹干。
【制备PN结目的】P-N 结是光伏电池的“心脏”，是太阳能电池实现光能到电能转换的关键。【制备PN结方法】BSF电池为P型硅片单面掺入磷形成PN结。POCl3是当前磷扩散用较多的选择。POCl3在大于600℃的条件下分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），PCl5对硅片表面有腐蚀作用，当有氧气O2存在时，POCl3分解产生 P2O5淀积在硅片表面。P2O5与硅反应生成 SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷硅玻璃。磷原子从四周进入硅片的表面层，通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，制得N型半导体。【刻蚀目的】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，以去除电池边缘的PN结。等离子刻蚀是在低压状态下，反应气体CF4在射频功率的激发下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，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性反应基团由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，与被刻蚀材料表面发生化学反应，并形成挥发性的反应生成物脱离被刻蚀物质表面，被真空系统抽出腔体。【去除PSG目的】在扩散过程中，POCl3与O2反应生成P2O5淀积在硅片表面，P2O5与Si反应又生成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PSG。
【去除PSG方法】通过化学腐蚀法,把硅片放在HF溶液中浸泡溶解SiO2。原理是因为HF与 SiO2反应生成易挥发的SiF4气体。若HF过量，反应生成的SiF4会进一步与HF反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层磷硅玻璃PSG。SiF4+2HF=H2[SiF6]
【镀减反膜目的】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。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射减少。【镀减反膜方法】工业生产中常采用PECVD设备制备氮化硅减反射膜。利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体SiH4和NH3，气体经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。【丝网印刷目的】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。
【烧结目的】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、由于玻璃质作用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时，晶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。【烧结方法】烧结分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。预烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶段温度达到峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于基片上。END
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