多晶硅太阳电池的吸杂实验研究

　第21卷第6期2001年11月 云南师范大学学报Jou rnal of Yunnan N o rm al U n iversity V o l .21N o.6N ov .2001　

多晶硅太阳电池的吸杂实验研究

Ξ

王书荣,陈庭金,刘祖明,魏晋云,胡志华,廖　华,李迎军

(云南师范大学太阳能研究所,云南昆明650092)

摘　要:　文章简述了采用浓磷扩散吸杂,铝吸杂以及磷——铝共同吸杂等方法,对多晶硅进行了大量的实验研究结果表明,上述方法对我们实验所用的多晶硅材料做太阳电池,其电学特性没有显著的改善。

关　键　词:　磷、铝吸杂;多晶硅太阳电池;电学性能

中图分类号:　TM 914.41 文献标识码:　A 文章编号:　1007-9793(2001)06-43-02

用多晶硅作基体材料制太阳电池,可降低电池成本。但由于多晶硅存在大量的微缺陷和较多的铁、铜、镍、锰、钛等金属杂质,而这些微缺陷和金属杂质在硅禁带中引入了一些深能级,并成为光生少数载流子的复合中心,从而减少了少数载流子的寿命,严重影响了太阳电池的光电转换效率。

为了提高太阳电池的光电转换效率,必须尽可能提高少数载流子的寿命,增加少数载流子的扩散长度。磷吸收有助于消除杂质,特别是重金属杂质,结果提高了少数载流子的长波响应[1]。多晶硅片通过长时间的高温(850℃-900℃)磷扩散吸杂后,整个基片内的少数载流子的扩散长度得到很大的提高[2],另外,铝跟磷一样也能对多晶硅产生吸杂效应,从而提高多晶硅基片的质量[3]。再者,磷和铝同时吸杂,也能产生很好的结果[2]。

我们分别用上述吸杂方法对国外某公司生产的多晶硅片进行了大量的吸杂实验研究,结果对最后制作的太阳电池的电学性能并没有带来任何明显的提高。通过原子吸收方法测知该材料的杂质含量如下表所示:[2]

(单位:百万分之一)

A l Fe N i M n Cu T i 1

1.2

0.07

0.03

0.011

<0.01

1　实验过程

方案一:事先未做任何吸杂处理,直接按下述

工艺对多晶硅片制作太阳电池,即:清洗→扩散制结→做铝背场→制作上、下电极→去周边→退火→蒸镀减反射膜→测试。

　表1方案一的多晶硅太阳电池的电学性能:(2×4c m 2)　T ab .1Perfo rm ance param eters of the po lycrystalline

silicon so lar cells w ith m ethod 1编号V oc (mV )

J sc (mA c m 2)

FF (%)Γ(%)

1a 57428.76911.361b 56927.37010.871c

567

27.6

71

11.11

方案二:先对多晶硅片进行高温浓磷扩散吸

杂,扩散温度为900℃。时间分别为30、60、90、120、180分钟。吸杂后,用酸腐蚀液进行表面腐蚀,然后再按方案一所用的工艺制作太阳电池。结果如表2:

　表2方案二的多晶硅太阳电池的电学特性(2×4c m 2)　T ab .2Perfo rm ance param eters of the po lycrystalline

silicon so lar cells w ith m ethod 4

编号

V oc (mV )J sc (mA c m 2)FF (%)Γ(%)

2a (30m in )57328.16911.12b (60m in )56827.47111.052c (90m in )57027.27010.852d (120m in )56727.67111.112e (180m in )

569

27.33

70

10.87

Ξ收稿日期:2001-05-16

作者简介:王书荣(1968-),男,云南省陆良县人,讲师,主要从事晶体硅太阳电池的研究.

方案三:对多晶硅片前后表面分别蒸镀上一层铝,然后在900℃进行30分钟的热处理吸杂,吸杂后,用磷酸进行清洗,然后再按方案一所用的工艺制作太阳电池。结果如表3:

　表3方案三的多晶硅太阳电池的电学特性(2×4c m 2)　T ab .3Perfo rm ance param eters of the po lycrystalline

silicon so lar cells w ith m ethod 3编号V oc (mV )

j J sc (mA )FF (%)Γ(%)

3a 57227.57011.013b 57027.86910.933c

568

27.6

71

11.13

方案四:先在多晶硅背面蒸镀一层铝,然后在900℃进行浓磷扩散60分钟以便进行磷铝共同扩散吸杂。吸杂后,用酸腐蚀液进行腐蚀,然后用上述相同工艺制作多晶硅太阳电池,测试结果如下表4:

　表4用方案四制作的太阳能电池的电学特性(2×4c m 2)

　T ab .4Perfo rm ance param eters of the po lycrystalline

silicon so lar cells w ith m ethod 4编号V oc (mV )

J sc (mA c m 2)

FF (%)Γ(%)

4a 57027.57011.004b 56828.756911.264c

575

27.3

71

11.14

2　结果与讨论

国外的一些实验表明,在850℃扩散磷吸杂,效果不太理想,也许是只产生了少量的吸杂场

所[1]。故在我们所进行的实验中,把温度提高到了900℃,而且分别采用了不同的扩散时间及吸杂方法。但从上述四个表中的实验结果可知,预先的浓磷扩散吸杂,铝吸杂,以及磷铝共同吸杂,均未有改善最终所制成的多晶硅太阳电池的电学特性,即开路电压、短路电流及填充因子。

当然,也许是不同的多晶硅材料吸杂所产生的效果不同。对于热交换所生长的多晶硅片,吸杂确实产生了很好的效果[4]。我们所用的多晶硅片,由浙江大学硅材料国家重点实验室用红外方法测

知,其中氧的浓度低于1×1016 c m 3

,由此知该多晶硅片中含氧量较低。

3　结论

通过大量的实验可知,磷铝扩散吸杂对我们

所用的多晶硅片,最终制成的太阳电池的电学特性没有带来明显的改善,有关吸杂的机制将有待于进一步的研究。参　考　文　献:

[1]　H .po itevin ,et al ,p roc ,8thE .PV SC 1988,pp 620-623.

[2]　K .M athfoud .et al ,So lar Energy M aterials and

So lar Cells 46(1997)123-131.[3]　S .N arayanan ,S .R W enhan and M .A .green IEEE ,

T ran sacti on on E lectron D evices ,V o l ,37pp .382-384,1990

[4]　S .N arasi m ha and A jeet Rohatgi ,IEEE ,T van sacti on

on E lectron D evices ,V o l ,45N o ,8(1998)pp 1776

-1783.

Gertti ng stud ies on polycysta ll i ne sil icom solar cells

W ANG S hu 2rong ,　CHEN T ing 2jin ,　L I U Zu 2m ing W EI J ing 2yun ,　HU Zhi 2hua ,　L I A O Hua ,　L I Ying 2jun

(So lar Energy R eseach In stitu te ,Yunnan N o rm al U n iversity ,Kunm ing 650092)

ABSTRACT It is described that the techno logies of heavy p ho sp ho ru s diffu si on gettering ,alum inum

and p ho sp ho ru s alum inum co -gettering are u sed to fab ricate po lycrystalline silicon so lar cells .A s a resu lt ,the electric p erfo rm ance of the po lycrystalline silicon so lar cell is no t i m p roved .KEY WORD S p ho sp ho ru s alum inum ;co -gettering ;po lycrystalline silicon so lar cell ;electric p erfo rm ance

?44?云南师范大学学报(自然科学版) 第21卷

多晶硅太阳能电池

摘要 在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源短缺并造成环境污染的形势下，可持续发展战略普遍被世界各国接受。光伏能源以其具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿命以及免维护性等其它常规能源所不具备的优点，被认为是二十一世纪最重要的新能源。 由于不可再生能源的减少和环境污染的双重压力，使得光伏产业迅猛发展；太阳电池的发展也日新月异。太阳能电池的发展历程，详细介绍了多晶硅太阳能电池的各种工艺，多晶硅太阳能电池的结构、特点，以及多晶硅的制备方法，并展望了多晶硅太阳能电池的研究趋势。 关键词：多晶硅太阳能电池发展趋势

目录 绪言 (3) 一.太阳能电池概述 (4) 1.1太阳能电池简介 (4) 1.2太阳能电池原理 (4) 1.3太阳能电池材料 (5) 二.多晶硅太阳电池的制造 (6) 三.多晶硅生产工艺分析 (7) 3.1不同硅原子种类太阳能电池商业化的比较 (7) 3.2多晶硅太阳能电池生产工艺分析 (8) 3.3多晶硅太阳能电池影响因素分析 (8) 四.多晶硅电池应用前景分析 (9) 参考文献 (10)

绪言 鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加, 世界上许多国家掀起了开发和利用新能源的热潮。在新能源中, 特别引人瞩目的是不断地倾注于地球的永久性能源——太阳能。太阳能是一种干净、清洁、无污染、取之不尽用之不竭的自然能源,将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础, 世界各国都很重视。 利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标，从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。多晶硅，这种原本主要用作电子芯片领域的原材料，在中国成为各地争上的产业,虽然在2008年曾因金融危机的影响，但是作为一种新型的产业其具有极强的生命力。中国电子材料行业协会给国家发改委的一份行业报告显示，到2009年6月底，我国已有19家企业多晶硅项目投产，产能规模达到3万吨/年，另有10多家企业在建，扩建多晶硅项目，总规划产能预计到2010年将超过10万吨。而2008年我国多晶硅的总需求量才17000吨。这些产能若全能兑现，将超过全球需求量的2倍以上。

多晶硅太阳能电池制备工艺(论文)

XINYU UNIVERSITY 毕业设计（论文） （2013届） 题目多晶硅太阳能电池制备工艺 二级学院新能源科学与工程学院 专业光伏材料加工及其应用 班级 10级光伏材料（一）班 学号 1003020138 学生姓名纪涛 指导教师胡耐根

目录 摘要 (1) Abstract (2) 第 1 章绪论 (3) 第 2 章多晶硅太阳电池制备工艺 (5) 2.1 一次清洗工序 (5) 2.1.1 一次清洗工序的原理 (5) 2.1.2 一次清洗工序的工艺参数 (5) 2.2 扩散工序 (6) 2.2.1 扩散原理 (6) 2.2.2 扩散工艺 (7) 2.3 湿法刻蚀的工序及其原理 (8) 2.4 等离子体增强化学气相沉积工序 (10) 2.4.1 等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜的原理 (10) 2.5 丝网印刷工序及其工作原理 (11) 2.6 测试分选工序及太阳能测试仪的原理 (13) 2.7 小结 (15) 第 3 章多晶硅太阳能电池行业展望 (16) 参考文献(References) (17) 致谢 (18)

多晶硅太阳能电池制备工艺 摘要 长期以来随着能源危机的日益突出，传统能源已不能满足能源结构的需求，然而光伏发电技术被认为是解决能源衰竭和环境危机的主要途径。而多晶硅太阳能电池份额占据光伏市场的绝大部分，并呈现逐年上升趋势，有极大的发展潜力。 本文在阐明了国内外光伏市场以及光伏技术发展趋势的基础上，对多晶硅太阳能电池的结构及其特性简述，同时对其制备工艺：一次清洗→扩散→湿法刻蚀去背结→PECVD(等离子体增强化学气相沉积)→丝网印刷→烧结→测试分选做简要介绍。 关键词：多晶硅太阳能电池；光伏技术；光伏工艺；

单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池地工作原理及区别1

单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池 的工作原理及区别 硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。其中基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN＋结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。 当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。 太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5－10％（随N＋区厚度而变），PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5 ％左右。电池基体域

产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成部分。 2.单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就在硅片上形成PN结。然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，至此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流，最后用框架和封装材料进行封装。用户根据系统设计，可

2019年多晶硅太阳能电池片企业发展战略和经营计划

2019年多晶硅太阳能电池片企业发展战略和经营计划 2019年4月

目录 一、行业发展趋势 (3) 1、宏观经济层面 (3) 2、行业环境层面 (3) 二、公司发展战略 (4) 三、公司经营计划 (5) 1、强化内控管理 (5) 2、加快技改进程 (5) 3、稳定现有客户资源，拓展优质新客户 (5) 4、推进品牌战略，提升企业形象 (6) 四、风险因素 (6) 1、客户集中风险 (6) 2、委外加工模式的风险 (6) 3、产品价格波动的风险 (7) 4、产业政策变动风险 (7) 5、竞争加剧的风险 (8) 6、资金压力及融资风险 (9)

一、行业发展趋势 1、宏观经济层面 根据《国家应对气候变化规划（2014-2020年）》，我国规划到2020年非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右；根据《中美气候变化联合声明》，中国计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值且将努力早日达峰，并计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。国家对于未来中长期的能源规划非常清晰。 现阶段，各项非化石能源对应的2020年和2030年发电量目标总和低于《中美气候变化联合声明》中的要求，考虑到风电和光伏的建设周期相对较短，因此用于填补发电量缺口的可能性较大。与风电相比，光伏发电更清洁，更有优势。以2020年为例，非化石能源发电量测算缺口659亿千瓦时，如果全部用光伏填补缺口相当于光伏并网从 100GW增加到155GW。由此可见，光伏发电的发展空间仍相当可观，电站运营的未来发展十分有前景。 2、行业环境层面 国内光伏电站运营商的竞争处于“一超多强”的格局，央企国电投独占鳌头，其后国企、民企群雄并起。由于电站运营属于资本密集型行业，进入壁垒较高，企业不但需要有雄厚的资金实力，还需要有持续的项目开发能力，因此大型国企的竞争优势较强。但民营企业依靠自身灵活多变的机制，强大的执行力，以及通过资本市场融资平台，

多晶硅太阳能电池生产工艺.docx

太阳能电池光电转换原理主要是利用太阳光射入太阳能电池后产生电子电洞对，利用P-N 接面的电场将电子电洞对分离,利用上下电极将这些电子电洞引出，从而产生电流。整个生产流程以多晶硅切片为原料，制成多晶硅太阳能电池芯片。处理工艺主要有多晶硅切片清洗、磷扩散、氧化层去除、抗反射膜沉积、电极网印、烧结、镭射切割、测试分类包装等。 生产工艺主要分为以下过程： ⑴ 表面处理（多晶硅片清洗、制绒） 与单晶硅绒面制备采用碱液和异丙醇腐蚀工艺不同，多晶硅绒面制备采用氢氟酸和硝酸配成的腐蚀液对多晶硅体表面进行腐蚀。一定浓度的强酸液对硅表面进行晶体的各相异性腐蚀，使得硅表面成为无数个小“金字塔”组成的凹凸表面，也就是所谓的“绒面”，以增加了光的反射吸收，提高电池的短路电流和转换效率。从电镜的检测结果看，小“金字塔”的底边平均约为10um 。主要反应式为： 32234HNO 4NO +3SiO +2H O Si +???→↑氢氟酸 2262SiO 62H O HF H SiF +→+ 这个过程在硅片表面形成一层均匀的反射层（制绒），作为制备P-N 结衬底。处理后对硅片进行碱洗、酸洗、纯水洗，此过程在封闭的酸蚀刻机中进行。碱洗是为了清洗掉硅片未完全反应的表面腐蚀层，因为混酸中HF 比例不能太高，否则腐蚀速度会比较慢，其反应式为：2232SiO +2KOH K SiO +H O →。之后再经过酸洗中和表面的碱液，使表面的杂质清理干净，形成纯净的绒面多晶硅片。 酸蚀刻机内设置了一定数量的清洗槽，各股废液及废水均能单独收集。此过程中的废酸液（L 1，主要成分为废硝酸、氢氟酸和H 2SiF 6）、废碱液（L 2，主要成分为废KOH 、K 2SiO 3）、废酸液（L 3，主要成分为废氢氟酸以及盐酸）均能单独收集，酸碱洗后均由少量纯水洗涤，纯水预洗废液（S 1、S 2、S 3）和两级纯水漂洗废水（W 1），收集后排入厂区污水预处理设施，处理达标后通过专管接入清流县市政污水管网。 此过程中使用的硝酸、氢氟酸均有一定的挥发性，产生的酸性废气（G 1-1、G 1-2），经设备出气口进管道收集系统，经厂房顶的碱水喷淋系统处理达标后排放。G 1-2与后序PECVD 工序产生的G 5（硅烃、氨气）合并收集后经过两级水吸收处理后经排气筒排放。

多晶硅太阳能电池工艺

多晶硅太阳能电池制作工艺概述 [ 雁舞白沙发表于 2005-10-16 18:11:00 ] 孙铁囤陈东崔容强袁哓 上海交通大学应用物理系太阳能所上海空间电源研究所 摘要大规模开发和利用光伏太阳能发电, 提高电池的光电转换效率和降低生产成本是其核心所在，由于近十年人们对太阳电池理论认识的进一步深入、生产工艺的改进、IC技术的渗入和新电池结构的出现，电池的转换效率得到较大的提高，大规模生产上，多晶硅电池的转换效率已接近单晶硅电池，在非晶硅电池稳定性问题未取得较大进展时，多晶硅电池受到人们的关注，其世界产量已接近单晶硅，本文对目前多晶硅太阳电池的工艺发展分别从实验室工艺和规模化生产两个方面作了比较系统的描述。 1 绪论 众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标，从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为；[1]可供应太阳电池的头尾料愈来愈少；[2] 对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；[3]多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；[4]由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米，高度达到15微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过14％。据报道，目前在50～60微米多晶硅衬底上制作的电池效率超过16％。利用机械刻槽、丝网印刷技术在100平方厘米多晶上效率超过17％，无机械刻槽在同样面积上效率达到16％，采用埋栅结构，机械刻槽在130平方厘米的多晶上电池效率达到15.8％。 下面从两个方面对多晶硅电池的工艺技术进行讨论。 2. 实验室高效电池工艺

多晶硅太阳能电池制作工艺概述

多晶硅太阳能制作工艺概述 摘要大规模开发和利用光伏太阳能发电, 提高电池的光电转换效率和降低生产成本是其核心所 在，由于近十年人们对太阳电池理论认识的进一步深入、生产工艺的改进、IC技术的渗入和新电池 结构的出现，电池的转换效率得到较大的提高，大规模生产上，多晶硅电池的转换效率已接近单晶 硅电池，在非晶硅电池稳定性问题未取得较大进展时，多晶硅电池受到人们的关注，其世界产量已 接近单晶硅，本文对目前多晶硅太阳电池的工艺发展分别从实验室工艺和规模化生产两个方面作了 比较系统的描述。 1 绪论 众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能 发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本应该是 我们追求的最大目标，从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带 状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。从工业化发展来看，重心已由 单晶向多晶方向发展，主要原因为；[1]可供应太阳电池的头尾料愈来愈少；[2] 对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；[3]多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒 的尺寸达到厘米级；[4]由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网 印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米，高度达到15微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的 生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多 晶硅片上作出的电池转换效率超过14％。据报道，目前在50～60微米多晶硅衬底上制作的电池效 率超过16％。利用机械刻槽、丝网印刷技术在100平方厘米多晶上效率超过17％，无机械刻槽在同 样面积上效率达到16％，采用埋栅结构，机械刻槽在130平方厘米的多晶上电池效率达到15.8％。

太阳能电池发展历史独家收集

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太阳能电池的发展历史 太阳能光伏发电最核心的器件——太阳电池。 从1839年法国科学家E. Becquerel发现液体的光生伏特效应（简称光伏现象）算起，太阳能电池已经经过了160多年的漫长的发展历史。从总的发展来看，基础研究和技术进步都起到了积极推进的作用。对太阳电池的实际应用起到决定性作用的是美国贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功，在太阳电池发展史上起到里程碑的作用。至今为止，太阳能电池的基本结构和机理没有发生改变。 太阳电池后来的发展主要是薄膜电池的研发，如非晶硅太阳电池、CIS太阳电池、CdTe太阳电池和纳米燃料敏化太阳电池等，此外主要的是生产技术的进步，如丝网印刷、多晶硅太阳电池生产工艺的成功开发，特别是氮化硅薄膜的减反射和钝化技术的建立以及生产工艺的高度自动化等。 回顾历史有利于了解光伏技术的发展历程，按时间的发展顺序，将于太阳电池发展有关的历史事件汇总如下： 1893年法国实验物理学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应，简称为光伏效应。 1877年W.G.Adams和R.E.Day研究了硒（Se）的光伏效应，并制作第一片硒太阳能电池。 1883年美国发明家CharlesFritts描述了第一块硒太阳能电池的原理。 1904年Hallwachs发现铜与氧化亚铜（Cu/Cu2O）结合在一起具有光敏特性；德国物理学家爱因斯坦（AlbertEinstein）发表关于光电效应的论文。 1918年波兰科学家Czochralski发展生长单晶硅的提拉法工艺。

半导体(电子)及太阳能电池材料多晶硅

半导体(电子)及太阳能电池材料的多晶硅 一、概要 1、从锗到硅 锗：融点960℃用石英或炭的容器来熔化。 硅：融点1420℃炭和石英反应生成。（沸点：2355℃） 最初半导体的产生从生产使用方便的锗材料开始的，随着技术进步，开始使用了特别显著性质的硅（从1965年的硅的生产量超过了锗的生产量），用于太阳能电池就从这时开始的。 2、硅的特性 半导体：导体、绝缘物的中间导电物。 导电：有P型与N型。根据温度有所变化，P型N型的结合。（P 型：空穴；N型：电子） 常温下，本征半导体硅的电导率是230000Ω·cm，1100℃时为0.01Ω·cm.纯度为9个9时为100Ω·cm，10个9时为1000Ω·cm。所含杂质越多，导电性越好。 3、高纯度多晶硅的技术变化 进入1950年开始工业性生产（美国Du-pont）日本是从进入1960年代，6个厂家开始生产，以后开始摸索新的尝试。 现状TCS 为原材料，用西门子法为主流MONO 硅烷的西门子法或FBR法也实用。 开始做的是块状，现在做的是棒状。 4、多晶硅生产厂家的变化的现状 当初有过各电子器具厂家自己制造多晶硅、单晶硅、硅片素子（Device）的时期。后来此行业渐渐开始专业化，垄断化，现在只剩8家。 硅的循环（市场需求量）：一般4．5年为一个周期，多晶硅厂家来说10年间（有过2次周期），这期间有设新厂的，也有倒闭的，但总的来说厂家的数目没变。 中国目前可能有30家正在发展。 5、今后的展望 从来是主要用于半导体（电子），太阳能级只是利用多晶硅的等外品，或是废料就可。今后的潮流是太阳能级别的多晶硅的需要更加伸展，新加入此行业也随着增多，一部分多晶硅厂家转为生产太阳能级别的专业厂家。 太阳能级别的多晶硅的新的制造法也有很多种提案正在往实用化方面试验中。

多晶硅太阳能电池制作工艺概述

多晶硅太阳能电池制作工艺概述 摘要：大规模开发和利用光伏太阳能发电, 提高电池的光电转换效率和降低生产成本是其核心所在，由于近十年人们对太阳电池理论认识的进一步深入、生产工艺的改进、IC技术的渗入和新电池结构的出现，电池的转换效率得到较大的提高，大规模生产上，多晶硅电池的转换效率已接近单晶硅电池，在非晶硅电池稳定性问题未取得较大进展时，多晶硅电池受到人们的关注，其世界产量已接近单晶硅，本文对目前多晶硅太阳电池的工艺发展分别从实验室工艺和规模化生产两个方面作了比较系统的描述。 1 绪论 众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标，从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为；[1]可供应太阳电池的头尾料愈来愈少；[2] 对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；[3]多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；[4]由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米，高度达到15微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过14％。据报道，目前在50～60微米多晶硅衬底上制作的电池效率超过16％。利用机械刻槽、丝网印刷技术在100平方厘米多晶上效率超过17％，无机械刻槽在同样面积上效率达到16％，采用埋栅结构，机械刻槽在130平方厘米的多晶上电池效率达到15.8％。 下面从两个方面对多晶硅电池的工艺技术进行讨论。 2. 实验室高效电池工艺 实验室技术通常不考虑电池制作的成本和是否可以大规模化生产，仅仅研究达到最高效率的方法和途径，提供特定材料和工艺所能够达到的极限。 2.1关于光的吸收 对于光吸收主要是： （1）降低表面反射； （2）改变光在电池体内的路径； （3）采用背面反射。 对于单晶硅，应用各向异性化学腐蚀的方法可在（100）表面制作金字塔状的绒面结构，降低表面光反射。但多晶硅晶向偏离（100）面，

多晶硅太阳能电池

多晶硅太阳能电池 3.1 多晶硅太阳能电池结构及原理 图3-1 多晶硅太阳能电池结构 光伏效应产生：第一，需要在P型硅的底部表面上，制取厚度约为0.5um的N型重掺杂层利用三氯氧磷的液态源扩散工艺来获得，当N与P型层相互触碰时，就会形成pn结，从而发生光伏效应。光子将能量传递给硅原子而产生新的电子空穴对。新的电子-空穴对在内建电场的作用下电子由p区流向n区，空穴由n区流向p区，电子和空穴在pn结两侧集聚形成了电势差，当外部电路接通后，在电势差的作用下，外部电路会有电流流过，从而产生一定的输出功率。[1]多晶硅太阳能电池的发电原理如下图所示。 图3-2 多晶硅太阳能电池的p-n结发电原理 3.2 多晶硅太阳能电池的制备流程工艺 由上述多晶硅太阳能电池的组成结构和发电原理，经过历代前辈的不断完善。多晶

硅太阳能电池片的制备工艺流程如下：表面制绒→扩散→除去背结→PECVD→丝网印刷→测试。接下来向大家介绍多晶硅生产工艺的各个组成部分，以及一些在生产过程中的重要工艺参数和关于对工艺的优化。 3.2.1 一次清洗 3.2.1.1 一次清洗的原理 一次清洗工序是多晶硅太阳能电池片生产制备流程中的第一道工序，其主要目的是去除原硅片表面的脏污和机械损伤层，工序中添加特殊的制绒剂，可以有效的在硅片表面形成不规则的绒面结构（俗称制绒），不规则的绒面结构能够在太阳光照射时增强太阳能电池的陷光作用。我们知道，单晶硅太阳能电池的制绒与多晶硅不同，前者主要是依靠碱的各向异性腐蚀特性，就可以在单晶硅晶面上形成均匀、连续、细腻的正金字塔结构，从而起到良好的陷光作用。从成本预算及生产过程的复杂难度综合考虑，本文选用化学腐蚀制备多晶硅太阳能电池绒面的原理做一下简单介绍。多晶硅太阳能电池片的制绒方式与单晶硅的碱制绒相比有所区别，多晶硅采取酸制绒工艺体系主要由HNO3和HF两部分组成，溶液与多晶硅发生的反应方程式如下： SiO2 +6HF——H2(SiF6)+2H2O (3.1) 3Si+4HNO3——3SiO2+2H2O+4NO (3.2) 化学反应中，HNO3属于强氧化剂，与单质硅发生氧化反应生成SiO2，SiO2吸附在硅片表面上来阻止HNO3与硅进一步发生化学反应。SiO2与溶液中的HF在接下来继续发生化学反应，得到溶于水的络合物H2(SiF6)。所以单质硅遇到HNO3就会再次发生化学反应。随着化学反应的不断进行，硅片表面不断的受到腐蚀，最终会形成连续致密的不规则“蜂窝状”结构，见图3-3。使用此方法进行制绒，具有以下优点：（1）采用的反应装置结构简单，易操作； （2）生产过程较容易、成本低廉； （3）此法制备出的多晶硅电池片，反射率低，符合制造要求。 化学反应的过程不稳定导致该方法存在一系列缺点，容易受到各种不确定因素的影响。而设备运行中的一些参数，比如滚轮转速、溶液温度等，也都会对反应速率造成影响，最终影响硅片的制绒效果。 图3-3 多晶硅电池片经制绒后的表面放大图 3.2.1.2 一次清洗的工艺参数

单晶硅多晶硅非晶硅太阳能电池的区别

单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池的区别 太阳能电池最早问世的是单晶硅太阳能电池。硅是地球上极丰富的一种元素，几乎遍地都有硅的存在，可说是取之不尽，用硅来制造太阳能电池，原料可谓不缺。但是提炼它却不容易，所以人们在生产单晶硅太阳能电池的同时，又研究了多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池，至今商业规模生产的太阳能电池，还没有跳出硅的系列。其实可供制造太阳能电池的半导体材料很多，随着材料工业的发展、太阳能电池的品种将越来越多。目前已进行研究和试制的太阳能电池，除硅系列外，还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型的太阳能电池，举不胜举，以下介绍几种较常见的太阳能电池。 单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就在硅片上形成PN结。然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，至此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流，最后用框架和封装材料进行封装。用户根据系统设计，可将太阳能电池组件组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15％左右，实验室成果也有20％以上的。用于宇宙空间站的还有高达50%以上的太阳能电池板。多晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料，而制造这些材料工艺复杂，电耗很大，在太阳能电池生产总成本中己超二分之一，加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状，切片制作太阳能电池也是圆片，组成太阳能组件平面利用率低。因此，80年代以来，欧美一些国家投入了多晶硅太阳能电池的研制。目前太阳能电池使用的多晶硅材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。其工艺过程是选择电阻率为100～300欧姆?厘米的多晶块料或单晶硅头尾料，经破碎，用1：5的氢氟酸和硝酸混合液进行适当的腐蚀，然后用去离子水冲洗呈中性，并烘干。用石英坩埚装好多晶硅料，加人适量硼硅，放人浇铸炉，在真空状态中加热熔化。熔化后应保温约20分钟，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳能电池片，可提高材质利用率和方便组装。多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，其光电转换效率约12％左右，稍低于单晶硅太阳能电池，但是材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。随着技术得提高，目前多晶硅的转换效率也可以达到14%左右。 非晶硅太阳能电池 非晶硅太阳能电池是1976年有出现的新型薄膜式太阳能电池，它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人。制造非晶硅太阳能电池的方法有多种，最常见的是辉光放电法，还有反应溅射法、化学气相沉积法、电子束蒸发法和热分解硅烷法等。辉光放电法是将一石英容器抽成真空，充入氢气或氩气稀释的硅烷，

单晶硅太阳能电池与多晶硅太阳能电池区别和共同点

单晶硅太阳能电池与多晶硅太阳能电池区别和共同点 单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成 许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料。单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到九个9。目前，人们已经能制造出纯度为十二个9 的单晶硅。单晶硅是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。 多晶硅是制造单晶硅的原料。 单晶硅太阳能电池转化的效率更高些！ 单晶硅与多晶硅的区别在于它们的原子结构排列单晶是有序排列多晶是 无序排列主要是有它们的加工工艺决定的多晶多采用浇注法生产,就是直接 把硅料倒入埚中融化定型而单晶是采取西门子法改良直拉,直拉过程就是一个 原子结构重组的过程. 单晶硅的生产工艺流程 硅，Si,地球上含硅的东西多的很好像90%以上都是今硅的，你说的单晶硅，我 想是用来做太阳能电池片的吧，太阳能级别的硅纯度6N以上就可以了，99.9999%.我从开头说起吧，开始是石头，（石头都含硅），把石头加热，变成液态，在加热变成气态，把气体通过一个密封的大箱子，箱子里有N多的子晶加热，两头用石墨夹住的，气体通过这个箱子，子晶会把气体中的一种吸符到子晶上，子晶慢慢就变粗了，因为是气体变固体，所以很慢，一个月左右，箱子里有就很多长长的原生多晶硅，当然，还有很多的废气啊什么的，（四氯化硅）就是生产过程中产生的吧，好像现在还不能很好处理这东西，废话不多说，原生多晶有了，就开始酸洗，氢氟酸啊硝酸啊，乙酸啊什么的把原生多晶外面的东西洗干净了，就过烘房烘干，无尘检查打包，送到拉晶，拉晶就是用拉晶炉把多晶硅加热融化，在用子晶向上拉引，工人先把多晶硅放进石英锅里，（厂里为了减少成本，也会用一些洗好的电池片，碎硅片一起融）关上炉子加热，石英锅的融点是1700度， 硅的融点才1410度左右，融化了硅以后石英锅慢慢转起来，子晶从上面下降， 点到锅的中心液面点，也慢慢反方向转，锅下面同时在电加热，液面上加冷，子晶点到液面上就会出现一个光点，慢慢旋转，向上拉引，放肩，转肩，正常拉棒，收尾，一天半左右，一个单晶棒就出来了，当然还有很多是经验，我文笔不太好，说不清楚，比如放母合金，控制温度什么的，单晶棒有了就切方，单晶棒一般是做6英寸的，P型，电阻率0。5-6欧姆（一英寸等于2。4厘米左右）切掉棒子四边，做成有倒角的正方形，在切片，0。22毫米一片吧。好像就这么多了~~~~~~ 单晶硅 开放分类：化学 名称：单晶硅

太阳能电池的应用

太阳能电池的应用 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

引言1954年Bell实验室研发出第一个单晶硅太阳能电池，效率为6%。自此开启了太阳能电池的新纪元。硅系太阳能电池已从单晶，多晶硅发展到非晶硅，从块状发展到薄膜，实现第一代到第二代的的转换。 20世纪后期，各种化合物薄膜电池兴起，呈现欣欣向荣的局面。碲化镉，砷化镓，铜铟镓硒如雨后春笋般地登上舞台。 有机物薄膜电池也不甘寂寞，在沉寂了数年之后也焕发出勃勃生气。 21世纪注定是太阳能利用的新世纪。那么，在诸多太阳能电池中，究竟哪些会脱颖而出，或者说占主导地位呢 一．太阳能电池的工作原理 太阳能电池发电原理：太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N 结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的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结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。

晶体硅太阳能电池的制作过程：“硅”是我们这个星球上储藏最 丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性 后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。20世纪末，我们的生活中 处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产 业化最快的。 二．各种太阳能电池的优劣 1．单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是最早实现商业化的一种太阳能电池，商业光电转换效 率为16%～20% 。原料硅来源丰富，它的结构和生产工艺已定型, 产品已广泛 用于空间和地面。但用作太阳能电池的不是普通的硅，而是%的高纯硅。硅的 提纯工艺复杂, 电耗很大, 在太阳能电池生产总成本中己超过了1/2。另外， 目前冶炼的时候多用煤炭作为燃料，且用改良西门子法提纯硅时会产生大量的 硅氯化合物，如果处理不当，将会造成很大的污染，这种情形在中国尤其严 重。 2．多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池使用的多晶硅材料, 多半是含有大量单晶颗粒的集合体, 或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。因此成本相对单晶硅来说要小，污染也降低了，但随之而来效率也降低了，商业转换效率大概在12%～ 13% 。 3．无机薄膜太阳能电池

太阳能电池板、多晶硅、单晶硅和薄膜光伏

太阳能电池板:多晶硅、单晶硅和薄膜光伏在太阳能利用上，单晶硅和多晶硅也发挥着巨大的作用。虽然从目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，就必须提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本。从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。 从工业化发展来看，重心由单晶向多晶硅和薄膜方向发展，主要原因为； [1]可供应太阳电池的头尾料愈来愈少； [2]对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料； [3]多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级； [4]由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米，高度达到15微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过14％。据报道，目前在50～60微米多晶硅衬底上制作的电池效率超过16％。利用机械刻槽、丝网印刷技术在100平方厘米多晶上效率超过17％，无机械刻槽在同样面积上效率达到16％，采用埋栅结构，机械刻槽在130平方厘米的多晶上电池效率达到15.8％。 （1）单晶硅太阳能电池 目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。 （2）多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12％左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为