PERC电磁技术简述与晶硅电池的发展历程

一、PERC电池技术简述：

PERC电池与之前的选择性发射极电池有什么区别?为什么大家都不太坚持选择性发射极电池而更加关注PERC电池?

因为选择性发射极电池主要是提高了短波段吸收能力，但是反映在组件上，由于EVA本身吸收的也是紫外光的短波段，所以它在组件方面没有体现出明显优势，选择性发射极技术就被淘汰了。

而PERC电池主要是表现在近红外、红外波段的吸收，而这方面EVA是不会吸收的，所以PERC技术就全面体现出从电池到组件转换效率的提升。

二、HIT电池技术简述：

HIT电池是异质结电池的一种，其特点是再发射极和背面高浓度掺杂层与基片之间添加了一层本征非晶硅层。HIT电池是单结晶硅和非晶型硅的混合太阳电池，制造工艺温度低、钝化效果好，具有很好的发展前景。现在人们有些习惯于用HIT表示异质结电池。

三、IBC电池技术简述：

IBC电池也是采用N型单晶硅片生产，目前实验室最高效率可达到25%，量产平均效率23%。从图8

可以看到，IBC电池正面没有栅线，所有的栅线全部集中在后面。它最大的特点是制程比较复杂，目前有十六七道的制程工艺，成本比较高昂，限制了该技术的发展。目前工业界着重开发低成本IBC技术。

IBC电池的应用示例：阳光动力2号采用高效N型IBC单晶电池覆盖机翼，转换效率23%，完全依靠太阳能电力完成环球飞行。

四、晶硅电池发展历程

1839年，法国科学家贝克雷尔发现液体的光生伏特效应。

1917年，波兰科学家切克劳斯基发明CZ技术，后经改良发展成为太阳能用单晶硅的主要制备方法。

1941年，奥尔在硅材料上发现了光伏效应。

1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池。

1955-1975年，由于单晶电池成本较高，产业界不断致力于降低晶体制造成本，并提出铸锭单晶工艺。

1976年，铸锭单晶技术失败，德国瓦克公司率先将铸锭多晶用于太阳能电池生产，牺牲晶体品质以降低发电成本。

2005-2010年，多晶电池技术基于相对便宜的成本快速扩大份额。

2013年，松下HIT单晶电池转换效率达到25.6%，突破了光伏产业界最高理论效率极限，人们再次评估各种技术的性能和成本区间。

2013-2015年，连续快速拉晶技术和金刚线切片技术的导入使得单晶组件成本与多晶组件成本差距缩小到3%以内，采用单晶组件与采用多晶组件的电站单位投资成本持平。

预计到2016年，随着PERC等高效技术的应用，单晶组件与多晶组件成本将达到一致。

太阳能电池片生产工艺常用化学品及其应用

太阳能电池片生产工艺常用化学品及其应用 一般来说，半导体工艺是将原始半导体材料转变为有用的器件的一个过程，太阳能电池工艺就是其中的一种，这些工艺都要使用化学药品。 1．常用化学药品 太阳能电池工艺常用化学药品有：乙醇（C2H5OH）、氢氧化钠（NaOH）、盐酸（HCl）、氢氟酸(HF)、异丙醇（IPA）、硅酸钠（Na2SiO3）、氟化铵（NH4F）、三氯氧磷（POCl3）、氧气（O2）、氮气（N2）、三氯乙烷（C2H3Cl3）、四氟化碳（CF4）、氨气（NH3）和硅烷（SiH4），光气等。 2．电池片生产工艺过程中各化学品的应用及反应方程式： 2.1一次清洗工艺 2.1.1去除硅片损伤层： Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2 ↑ 28 80 122 4 对125*125的单晶硅片来说，假设硅片表面每边去除10um，两边共去除20um，则每片去处的硅的重量为：△g=12.5*12.5*0.002*2.33 = 0.728g。（硅的密度为2.33g/cm3） 设每片消耗的NaOH为X克，生成的硅酸钠和氢气分别为Y和Z克，根据化学方程式有： 28 ：80 = 0.728 ：ＸＸ= 2.08g 28 ：122 = 0.728 ：Y Y=3.172g 28 ：4 = 0.728 ：Z Z= 0.104g 2.1.2制绒面： Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2 ↑ 28 80 122 4 由于在制绒面的过程中，产生氢气得很容易附着在硅片表面，从而造成绒面的不连续性，所以要在溶液中加入异丙醇作为消泡剂以助氢气释放。另外在绒面制备开始阶段，为了防止硅片腐蚀太快，有可能引起点腐蚀，容易形成抛光腐蚀，所以要在开始阶段加入少量的硅酸钠以减缓对硅片的腐蚀。 2.1.3 HF酸去除SiO2层 在前序的清洗过程中硅片表面不可避免的形成了一层很薄的SiO2层，用HF酸把这层SiO2去除掉。 SiO2 + 6 HF = H2[SiF6] + 2 H2O 2.1.4HCl酸去除一些金属离子，盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与Pt 2+、Au 3+、Ag +、Cu+、Cd 2+、Hg 2+等金属离子形成可溶于水的络合物。 2.2扩散工艺 2.2.1扩散过程中磷硅玻璃的形成： Si + O2＝SiO2 5POCl3＝3 PCl5 + P2O5（600℃） 三氯氧磷分解时的副产物PCl5，不容易分解的，对硅片有腐蚀作用，但是在有氧气的条件下，可发生以下反应： ４PCl5 + 5O2＝2 P2O5 + 10Cl2↑(高温条件下) 磷硅玻璃的主要组成：小部分P2O5，其他是２SiO2·P2O5或SiO2·P2O5。这三种成分分散在二氧化硅中。 在较高温度的时候，P2O5作为磷源和Si反应生成磷，反应如下：

电池片工艺流程

电池片工艺流程 一、电池片工艺流程: 制绒(IＮTEＸ）---扩散(DIFF)－－--后清洗（刻边／去ＰＳG)-－－--镀减反射膜（PＥCVD)---－--丝网、烧结(ＰRＩNTER)---－-测试、分选(TESTＥR+SＯRTER)------包装(PACKＩNG) 二、各工序工艺介绍: （一）前清洗 1.RＥＮＡ前清洗工序的目的： （1) 去除硅片表面的机械损伤层(来自硅棒切割的物理损伤) （2) 清除表面油污(利用HＦ)和金属杂质(利用HCｌ) （3)形成起伏不平的绒面,利用陷光原理,增加对太阳光的吸收，在某种程度上增加了PN结面积,提高短路电流(Isｃ），最终提高电池光电转换效率。 ２、前清洗工艺步骤: 制绒?碱洗?酸洗？吹干 Etch bａth:刻蚀槽,用于制绒。所用溶液为HF＋HNO3，作用： (１)．去除硅片表面的机械损伤层; (2).形成无规则绒面。 Aｌkaｌine Rinse：碱洗槽。所用溶液为KOH,作用: (１)．对形成的多孔硅表面进行清洗; (2).中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液。 Aｃidic Riｎsｅ:酸洗槽。所用溶液为HCｌ+HF,作用: (1).中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液; （２）.HF可去除硅片表面氧化层(SiO2）,形成疏水表面，便于吹干; (3）．HCl中的Cl-有携带金属离子的能力,可以用于去除硅片 1/１3页 表面金属离子。 3. 酸制绒工艺涉及的反应方程式: HNＯ3＋Si=SiO２+NＯx?+H2O SｉO2+ ４HF＝SｉF４+2Ｈ2O SｉF4＋２ＨF=H２［SiF6] Si+2KOH＋H2O ?Ｋ２SiO３＋2H２ ４.前清洗工序工艺要求 (1)片子表面5Ｓ控制 不容许用手摸片子的表片,要勤换手套，避免扩散后出现脏片。 （2)称重 a.每批片子的腐蚀深度都要检测,不允许编造数据,搞混批次等。 b．要求每批测量4片。 c.放测量片时,把握均衡原则。如第一批放在1.3.5.7道,下一批则放在２.4.6.8道,便于检测设备稳定性以及溶液的均匀性。 (3)刻蚀槽液面的注意事项： 正常情况下液面均处于绿色，如果一旦在流片过程中颜色改变,立即通知工艺人员。 （4)产线上没有充足的片源时，工艺要求: a.停机1小时以上,要将刻蚀槽的药液排到ｔank，减少药液的挥发。 b.停机15分钟以上要用水枪冲洗碱槽喷淋及风刀,以防酸碱形成的结晶盐堵塞喷淋口及风刀。 ｃ.停机１h以上，要跑假片,至少一批（40０片)且要在生产前半小时用水枪冲洗风

晶体硅太阳能电池

晶体硅太阳能电池 专业班级：机械设计制造及其自动化13秋姓名：张正红 学号： 1334001250324 报告时间： 2015年12月

晶体硅太阳能电池 摘要：人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力，能源己经成为越来越值得关注的社会与环境问题。人们开始急切地寻找其他的能源物质，而光能、风能、海洋能以及生物质能这些可再生能源无疑越来越受到人们的关注。光伏技术也便随之形成并快速地发展了起来，因此近年来，光伏市场也得到了快速发展并取得可喜的成就。本文主要就晶体硅太阳能电池发电原理及关键材料进行介绍，并对晶体硅太阳能电池及其关键材料的市场发展方向进行了展望。 关键词：太阳能电池；工作原理；晶体硅；特点；发展趋势 前言 “开发太阳能，造福全人类”人类这一美好的愿景随着硅材料技术、半导体工业装备制造技术以及光伏电池关键制造工艺技术的不断获得突破而离我们的现实生活越来越近！近20年来，光伏科学家与光伏电池制造工艺技术人员的研究成果已经使太阳能光伏发电成本从最初的几美元/KWh减少到低于20美分/KWh。而这一趋势通过研发更新的工艺技术、开发更先进的配套装备、更廉价的光伏电子材料以及新型高效太阳能电池结构，太阳能光伏（PV）发电成本将会进一步降低，到本世纪中叶将降至4美分/KWh，优于传统的发电费用。 大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。通过降低峰瓦电池的硅材料成本，通过提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本，通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本，通过合理的机制建立优秀的技术团队、避免人才的不合理流动、充分保证技术上的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在！ 一、晶体硅太阳能电池工作原理 太阳能电池是一种把光能转换成电能的能量转换器，太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。

高效晶硅太阳能电池生产的前沿技术介绍

高效晶硅太阳能电池生产的前沿技术介绍系列之 ————SE电池技术 序言： 太阳能电池产品能够普及的关键是低成本发电。当光伏发电成本与传统能源持平甚至低于传统能源的时候，太阳能电池产品将不依赖于政府的补贴，得以在民众中普及推广。低成本的实现途径包括光电转化效率提高、生产成本下降及组件寿命提升三方面。提高太阳能电池光电转换效率一直是光伏行业工艺研发人员的工作重点，近年来发展起来的高效晶硅太阳能电池前沿技术包括：SE选择性发射电极技术、MWT技术、EWT 技术、HIT技术、表面钝化技术、IBC技术、LBSF技术、黑硅技术、双面电池技术、二次印刷技术等。虽然，到目前为止，上述太阳能电池前沿技术的生产成本还很难与常规电池工艺匹敌，无法实现大批量生产。但是，低成本光伏产品的爆炸式发展将依赖于太阳能电池新工艺技术的革新。因此，我计划对目前世界范围内研发的高效晶硅太阳能电池前沿技术进行一个系列介绍，以便于我司技术人员了解晶硅太阳能电池行业的技术动态，拓展思维方式。本期将首先介绍SE选择性发射电极技术。 一、SE电池技术介绍 SE电池技术即选择性发射极（SE-selectiveemiter）技术，即在金属栅线（电极）与硅片接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂。这样的结构可降低扩散层复合，由此可提高光线的短波响应，同时减少前金属电极与硅的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，从而提高转换效率。其电池结构示意图如图1所示： 图1：SE电池与传统电池结构比较 二、SE结构电池的优点 1、降低串联电阻，提高填充因子 在丝网印刷工艺下，前栅接触电阻、体电阻和扩散层薄层电阻对串联电阻贡献最大。根据金属-半导体接触电阻理论，接触电阻与金属势垒（barrierheight）和表面掺杂浓度（Nb）有关，势垒越低，掺杂浓度越高，接触电阻越小。 2、减少载流子Auger复合，提高表面钝化效果 当杂质浓度大于1017cm-3时，Auger复合是半导体中主要的复合机制，而Auger复合速率与杂质浓度的平方成反比关系，所以SE的浅扩散可以有效减少载流子在扩散层横向流动时的Auger，提高载流子收集效率。

光伏组件生产工艺流程

光伏组件生产工艺流程： A、工艺流程： 1、电池检测—— 2、正面焊接—检验— 3、背面串接—检验— 4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）—— 5、层压—— 6、去毛边（去边、清洗）—— 7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）—— 8、焊接接线盒—— 9、高压测试——10、组件测试—外观检验—11、包装入库； B、工艺简介： 1、电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。 2、正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连。(我们公司采用的是手工焊接) 3、背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）

焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。 4、层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。 5、组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150℃。 6、修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。

电池片生产工艺流程汇总

电池片生产工艺流程 一、制绒 a.目的 在硅片的表面形成坑凹状表面，减少电池片的反射的太阳光，增加二次反射的面积。一般情况下，用碱处理是为了得到金字塔状绒面； 用酸处理是为了得到虫孔状绒面。不管是哪种绒面，都可以提高硅片的陷光作用。 b.流程 1.常规条件下，硅与单纯的HF、HNO3（硅表面会被钝化，二氧化硅与HNO3不反应）认为是不反应的。但在两种混合酸的体系中，硅则可以与溶液进行持续的反应。 硅的氧化 硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是亚硝酸将硅氧化） Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O (慢反应 3Si+4HNO3=3SiO2+4NO+2H2O (慢反应 二氧化氮、一氧化氮与水反应，生成亚硝酸，亚硝酸很快地将硅氧化成二氧化硅。 2NO2+H2O=HNO2+HNO3 (快反应 Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O (快反应（第一步的主反应）

4HNO3+NO+H2O=6HNO2(快反应 只要有少量的二氧化氮生成，就会和水反应变成亚硝酸，只要少量的一氧化氮生成，就会和硝酸、水反应很快地生成亚硝酸，亚硝酸会很快的将硅氧化，生成一氧化氮，一氧化氮又与硝酸、水反应，这样一系列化学反应最终的结果是造成硅的表面被快速氧化，硝酸被还原成氮氧化物。 二氧化硅的溶解 SiO2+4HF=SiF4+2H2O(四氟化硅是气体 SiF4+2HF=H2SiF6 总反应 SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O 最终反应掉的硅以氟硅酸的形式进入溶液。 2.清水冲洗 3.硅片经过碱液腐蚀（氢氧化钠/氢氧化钾），腐蚀掉硅片经酸液腐蚀后的多孔硅 4.硅片经HF、HCl冲洗，中和碱液，如不清洗硅片表面残留的碱液，在烘干后硅片的表面会有结晶 5.水冲洗表面，洗掉酸液 c.注意

电池片生产工艺简介

培训资料 前道 一制绒工艺 制绒目的 1.消除表面硅片有机物和金属杂质。 2.去处硅片表面机械损伤层。 3.在硅片表面形成表面组织，增加太阳光的吸收减少反射。 工艺流程 来料，开盒，检查，装片，称重，配液加液，制绒，甩干，制绒后称重，绒面检查，流出。单晶制绒 基本原理 1#超声 去除有机物和表面机械损伤层。 目前采用柠檬酸超声，和双氧水与氨水混合超声。

3#4#5#6#制绒 利用NaOH溶液对单晶硅片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面。当各向异性因子（（100）面与（111）面单晶硅腐蚀速率之比）=10时，可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。绒面具有受光面积大，反射率低的特点。可以提高单晶硅太阳能电池的短路电流，从而提高太阳能电池的光转换效率。 化学反应方程式：Si+2NaOH+H2O=Nasio3+2H2↑ 影响因素 1.温度 温度过高，首先就是IPA不好控制，温度一高，IPA的挥发很快，气泡印就会随之出现，这样就大大减少了PN结的有效面积，反应加剧,还会出现片子的漂浮，造成碎片率的增加。可控程度：调节机器的设置，可以很好的调节温度。 2.时间 金字塔随时间的变化：金字塔逐渐冒出来；表面上基本被小金字塔覆盖，少数开始成长；金字塔密布的绒面已经形成，只是大小不均匀，反射率也降到比较低的情况；金字塔向外扩张兼并，体积逐渐膨胀，尺寸趋于均等，反射率略有下降。 可控程度：调节设备参数，可以精确的调节时间。 3.IPA 1.协助氢气的释放。 2.减弱NaOH溶液对硅片的腐蚀力度，调节各向因子。纯NaOH溶液在高温下对原子排列比较稀疏的100晶面和比较致密的111晶面破坏比较大，各个晶面被腐蚀而消融，IPA明显减弱NaOH的腐蚀强度，增加了腐蚀的各向异性，有利于金字塔的成形。乙醇含量过高，碱溶液对硅溶液腐蚀能力变得很弱，各向异性因子又趋于1。 可控程度：根据首次配液的含量，及每次大约消耗的量，来补充一定量的液体，控制精度不高。 4.NaOH 形成金字塔绒面。NaOH浓度越高，金字塔体积越小，反应初期，金字塔成核密度近似不受NaOH浓度影响，碱溶液的腐蚀性随NaOH浓度变化比较显著，浓度高的NaOH溶液与硅反映的速度加快，再反应一段时间后，金字塔体积更大。NaOH浓度超过一定界限时，各向异性因子变小，绒面会越来越差，类似于抛光。 可控程度：与IPA类似，控制精度不高。 5.Na2SiO3 SI和NaOH反应生产的Na2SiO3和加入的Na2SiO3能起到缓冲剂的作用，使反应不至于很剧烈,变的平缓。Na2SiO3使反应有了更多的起点，生长出的金字塔更均匀，更小一点Na2SiO3多的时候要及时的排掉，Na2SiO3导热性差，会影响反应,溶液的粘稠度也增加，容易形成水纹、花蓝印和表面斑点。 可控程度：很难控制。 4#酸洗 HCL去除硅片表面的金属杂质 盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与多种金属离子形成可溶与水的络合物。 6#酸洗 HF去除硅片表面氧化层，SiO2+6HF=H2[siF6]+2H2O。 控制点 1．减薄量 定义：硅片制绒前后的前后重量差。 控制范围

晶硅太阳能电池的特点和种类

晶体硅太阳能电池的种类及特点 太阳能电池已经有30多年的发展历史。目前世界各国研制的硅太阳能电池种类繁多，；主要系列有单晶、多晶、非晶硅几种。其中单晶硅太阳能电池占50％，多晶硅电池占20％、非晶占30％。我国光伏发电发展需解决的关键问题。太阳能光伏发电发展的瓶颈 是成本高。为此，需加大研发力度，集中在降低成本和提高效率的关键技术上有所突破，主要包括：a)晶体硅电池技术。降低太阳硅材料的制备成本：开发专门用于晶体硅太阳 能电池的硅材料，是生产高效和低成本太阳电池的基本条件；同时实现硅材料国产化和 提高性能，从产业链的源头，抓好降低成本工作。提高电池／组件转换效率：高效钝化 技术，高效陷光技术，选择性发射区，背表面场，细栅或者单面技术，封装材料的最佳 折射率等高效封装技术等。光伏技术的发展以薄膜电池为方向，高效率、高稳定性、低 成本是光伏电池发展的基本原则。 单晶硅在太阳能的有效利用当中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，也是最具 活力的研究领域。而硅材料太阳能电池无疑是市场的主体，硅基(多晶硅、单晶硅)太阳 能电池占80％以上，每年全世界需消费硅材料3000t左右。生产太阳能电池用单晶硅， 虽然利润比较低，但是市场需求量大，供不应求，如果进行规模化生产，其利润仍然很 可观。目前，中国拟建和在建的太阳能电池生产线每年将需要680多吨的太阳能电池用 多晶硅和单晶硅材料，其中单晶硅400多吨，而且，需求量还以每年15％～20％的增长 率快速增长。硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池在实验室里最高的转换效率为23％，而规模生产的单晶硅太阳能电池，其效率为15％，技术也最为成熟。高性能单晶 硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成熟的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅 的电池工艺已近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂 等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率 主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳 能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制 成倒金字塔结构。通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得 的电池转化效率超过23％。单晶硅具有完整的金刚石结构。通过掺杂得到n，P型单晶硅，进而制备出p／n结、二极管及晶体管，从而使硅材料有了真正的用途。单晶硅太阳能电 池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶 硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度 降低其成本是非常困难的。 多晶硅众所周知，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 1

高效晶体硅太阳能电池介绍

高效晶体硅太阳电池简介（1） PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究 的高效电池。它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％[26]。由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。为了尽可能降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。另外，在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。 为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。这种想法早已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。后来在实验过程中发现采用液态源BBr3进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小，并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。1990年在PERC结构和工艺的基础上，J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示[27]。定域掺硼的温度为900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，2 h）。经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 μm，大大减少了横

向电阻。如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。 1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。这种PERL电池取得高效的原因是[28]：（1）正面采光面为倒金字塔结构，结合背电极反射器，形成了优异的光陷阱结构；（2）在正面上蒸镀了MgF2/ZnS双层减反射膜，进一步降低了表面反射；（3）正面与背面的氧化层均采用TCA工艺（三氯乙烯工艺）生长高质量的氧化层，降低了表面复合；（4）为了和双层减反射膜很好配合，正面氧化硅层要求很薄，但是随着氧化层的减薄，电池的开路电压和短路电流又会降低。为了解决这个矛盾，相对于以前的研究，增加了“alneal”工艺，即在正面的氧化层上蒸镀铝膜，然后在370 ℃的合成气氛中退火30 min，最后用磷酸腐蚀掉这层铝膜。经过“alneal”工艺后，载流子寿命和开路电压都得到较大提高，而与正面氧化层的厚度关系不大。这种工艺的原理是，在一定温度下，铝和氧化物中OH-离子发生反应产生了原子氢，在Si/SiO2的界面处对一些悬挂键进行钝化。（5）电池的背电场通过定域掺杂形成，掺杂的温度和时间至关重要，对实现定域掺杂的接触孔的设计也非常重要，因为这关系到能否在整个背面形成背电场以及体串联电阻的大小。在这个电池中浓硼扩散区面积为30 μm×30 μm，接触孔的面积为10 μm ×10 μm，孔间距为250 μm，浓硼扩散区的面积仅占背面积的1.44%。定域扩散

太阳能晶硅电池发展历程及其关键材料技术

太阳能晶硅电池发展历程及其关键材料技术 2.1前言部分 21世纪以来，全球范围内的传统能源迅速短缺和环境污染日益严重，这两个问题成为了制约经济发展的主要问题。太阳能作为一种清洁、无污染的新能源，早已走进了人们的视野，太阳能发电及光伏产业近来受到了人们的高度重视。太阳能电池是利用光生伏特效应直接把太阳能转换成电能的一种器件。太阳能电池主要有块状太阳能电池和薄膜型太阳能电池两大类，其中硅太阳能电池又可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池等。硅太阳能电池由于其转换效率比较高、性能稳定、原材料丰富等优点成为当今光伏产业中的重要支柱。太阳能电池以硅材料为主的主要原因： 对太阳能电池材料一般的要求： 1、半导体材料的禁带不能太宽； 2、要有较高的光电转换效率： 3、材料本身对环境不造成污染； 4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。 基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。 本文就晶硅太阳能电池的发展历程及其关键材料技术展开介绍。

2.2主题部分 2.2.1太阳能电池发展历程 从发现光伏现象，太阳能电池已经有近170多年的发展历史。1839年法国人发现了光伏现象，38年后才研制出第一片硒太阳电池，仅有1%的转换效率，作为发电没能推广。1954年美国贝尔实验室的3位科学家才做出具有实用价值的单晶硅电池（4.5%），几年后迅速提升到10%，这时主要用于卫星、航天器（价格太高，每瓦要近2000美圆）。 上世纪70年代后，由于化石能源危机（石油、煤炭），再生能源被各国重视，尤其是太阳能电池，此时的工艺、材料研究得到迅速发展，从1995年以后，太阳能电池以每年35%的年增长幅度高速发展。价格也大幅度降低（2—4美圆每瓦) 最近5年是世界光伏电池快速增长几年，平均年增长速度超过40%。 2004年全球太阳能电池产量1200MW，2005年产量达到1650MW，比2004年增加38%。转换效率常规生产单晶15.5%、多晶14.5%，实验室达24.8%。 由于世界各国加大了对硅和生产工艺的研究，加上地球硅材料及其丰富，有人预计，太阳能发电21世纪中叶将占整个能源市场的20%-50%。 2.2.2太阳能晶硅电池关键材料技术 ·晶体硅太阳能电池的基本原理

晶硅太阳能电池发展状况及趋势分析

晶硅太阳能电池发展状况及趋势分析 太阳能属于可再生资源，具有用之不竭、取之不尽的特点，这也推动了晶硅太阳能电池产业的快速发展。我国是晶硅太阳能电池制造大国，但在发展过程中，我国晶硅太阳能电池却遇到了一系列制约性瓶颈，对此要引起高度重视。文章对晶硅太阳能电池发展状况进行了全面和系统的研究，首先对我国晶硅太阳能电池发展状况进行了简要的回顾和分析，在此基础上对未来我国晶硅太阳能电池发展趋势进行了分析，旨在为推动我国晶硅太阳能电池发展提供一些参考。 标签：晶硅太阳能电池；发展现状；发展趋势 随着全球能源约束越来越大，能源问题已经成为制约全球经济发展的重要因素，特别是在全球都高度重视环境保护的形势下，如何开拓新的能源市场已经成为各个国家高度重视的问题，特别是加强对新能源的利用已经是大势所趋。晶硅太阳能电池是重要的新能源，而且具有绿色环保的优势，因而必须高度重视晶硅太阳能电池的发展。尽管从总体上来看，我国晶硅太阳能取得了重要的发展，但在全球市场竞争越来越激烈的情况下，我国必须大力推动晶硅太阳能电池转型发展，使其在“中国制造2025”战略方面取得重大突破，进而推动我国晶硅太阳能电池步入更加科学化的发展轨道。 1 我国晶硅太阳能电池发展现状 随着全球晶硅太阳能电池市场的不断发展壮大，全球都高度重视晶硅太阳能电池发展，特别是自2004年以来，全球晶硅太阳能电池增长率始终保持在20%以上的速度。我国是太阳能光伏电池生产大国，自1959年以来，我国在这方面不断取得新的更大的成效，我国晶硅太阳能电池组件在全球市场的占有率达到了70%左右，表明我国晶硅太阳能电池产生呈现出蓬勃发展的态势。尽管从总体上来看，我国属于晶硅太阳能电池“制造大国”，但我国还没有上升到“制造强国”的行列，还存在一些不容忽视的问题。 一是发电成本相对较高。晶硅太阳能电池的发展水平如何，最为重要的就是发电成本，只有较低的发电成本，才能使晶硅太阳能电池得到更有效的推广和利用，使其成为“清洁发电”的重要战略性举措。尽管我国不断加大晶硅太阳能电池技术创新力度，而且也取得了重要的成效，但当前我国晶硅太阳能电池发电成本仍然相对较高，远远高于普通市电价格。由于发电成本相对较高，特别是我国一些晶硅太阳能电池生产企业不注重降低成本，这也直接导致我国晶硅太阳能电池发展受到一定的影响，需要引起高度重视，并通过积极的技术创新来降低发电成本。 二是国际贸易壁垒较多。由于我国属于晶硅太阳能电池生产大国，但在出口方面却受到国际贸易壁垒的限制，导致我国晶硅太阳能电池发展受到限制。特别是2008年金融危机以来，针对我国晶硅太阳能电池的贸易壁垒越来越多，国际贸易保护主义越来越严重，比如美国的“双反”政策征收100%的关税。欧盟、印

晶硅太阳能电池片的制作过程

晶硅太阳能电池板的制作过程 1、表面制绒单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方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，进行一般的化学清洗。经过表面准备的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结。 2、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。扩散一般用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反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子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部渗透扩散，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，也就是PN结。这种方法制出的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。 3、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。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。去磷硅玻璃的设备一般由本体、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反应生成易挥发的四氟化硅气体。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的络和物六氟硅酸。 4、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，以去除电池边缘的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，反应气体CF4的母体分子在射频功率的激

太阳能电池生产工艺及关键设备

太阳能电池生产工艺及关键设备 目录 1 硅棒与硅锭铸造工艺及主要设备 (1) 1.1 硅棒铸造工艺及主要设备 (2) 1.1.1 工艺流程 (2) 1.1.2 工艺简介 (2) 1.1.3 主要设备介绍 (3) 1.2 硅锭铸造工艺及主要设备 (4) 1.2.1 工艺流程 (4) 1.2.2 工艺简介 (4) 1.2.3 主要设备介绍 (4) 2 硅片生产工艺及主要设备 (5) 2.1 工艺流程 (5) 2.2 工艺简介 (5) 2.3 主要设备介绍 (5) 2.3.1 切方机 (5) 2.3.2 多线切割机 (5) 3、电池片生产工艺及主要设备 (6) 3.1 工艺流程 (6) 3.2 工艺简介 (6) 3.3 主要设备介绍 (7) 3.3.1 清洗制绒设备 (7) 3.3.2 扩散炉 (7) 3.3.3 等离子刻蚀机 (8) 3.3.4 PECVD (8) 3.3.5 丝网印刷机 (8) 3.3.6 烧结炉 (9) 4 组件生产工艺及主要设备 (9) 4.1 工艺流程 (9) 4.2 工艺简介 (9) 4.3 主要设备介绍 (10) 4.3.1 层压机 (10) 4.3.2 太阳能电池分选仪 (10) 4.3.3 组件测试仪 (11)

1 硅棒与硅锭铸造工艺及主要设备 在硅锭和硅棒的制备中存在两种不同的技术路线，即多晶铸造和直拉单晶，两种生长技术相比，各有优劣。 直拉单晶棒中[C]杂质非常少，且基本无位错存在，所以制得的优质电池片最终转换效率在17%-23%之间。但由于一炉只能拉取一根硅棒，产量有限，能耗非常高，且圆形硅棒需要切除四个圆弧边才能继续使用。同时直拉单晶过程的自动化程度不高，晶棒的质量在很大程度上有赖于操作工的技能。由于坩埚和晶棒在这个拉制过程中处于旋转状态，强迫对流使得杂质和缺陷出现径向分布，极易引起氧诱导推垛层错环（OSF）和空隙或空位团的漩涡缺陷，这些因素会让单晶片质量直线下降。同时由于坩埚的原因，单晶棒中氧杂质的控制非常困难，使得单晶电池片的衰减非常厉害，影响使用寿命。 多晶铸造一次成锭16-36块，随着技术的发展该单锭所包含的块数也会随之增加，能耗也较之直拉单晶降低很多。且多晶铸造可以实现大规模全自动化的生产过程，极大减少了人力成本，且降低了误操作带来的风险。但是多晶在晶核生成阶段有很大的随机性，这就使得硅晶粒之间的边界形成各种各样的“扭折”，使位错的簇或线形式的结构缺陷成核。这些位错缺陷往往吸引硅中的杂质，并最终造成了多晶硅制成的光伏电池片中电荷载流子的快速复合，降低电池的转换效率。目前多晶硅制得的电池片转换效率16%-18%之间。 以下将对两种不同的制造工艺进行介绍： 1.1 硅棒铸造工艺及主要设备 1.1.1 工艺流程 装料与熔料——熔接——引细颈——放肩——转肩——等径生长——收尾 1.1.2 工艺简介 装料与熔料：将多晶硅料投入单晶炉中，加热使其溶化。 熔接：当硅料全部熔化后，调整加热功率以控制熔体的温度。按工艺要求调整气体的流量、压力、坩埚位置、晶转、埚转。硅料全部熔化后熔体必须有一定的稳定时间达到熔体温度和熔体的流动的稳定。装料量越大，则所需时间越长。待熔体稳定后，降下籽晶至离液面3～5mm距离，使粒晶预热，以减少籽晶与熔硅的温度差，从而减少籽晶与熔硅接触时在籽晶中产生的热应力。预热后，下降籽晶至熔体的表面，让它们充分接触，这一过程称为熔接。在熔接过程中熔硅表面的温度适当，避免籽晶熔断（温度过高）或长出多晶

高效晶体硅太阳能电池背场钝化技术

高效晶体硅太阳能电池 作者：S.W. Glunz，Fraunhofer Institute of Solar Energy System 如今的晶体硅光伏组件的成本分布主要是材料成本，特别是硅片成本。因此，采用更薄的硅片以及增加电池的转换效率引起了光伏业界的广泛兴趣。 表面钝化 电介质钝化与背表面场 所有转换效率大于20%的电池结构都具有电介质层的钝化表面。然而，目前业界的晶体硅太阳能电池的表面结构多采用的是丝网印刷和热场Al背表面场（Al-BSF）。它有两个主要的限制：由烧结工艺带来的硅片弯曲；更低的电学和光学特性。特别是，Sback、背表面再复合速率是关键的参数，但是在文献中却有着大量的数值。这使得衡量Al-BSF的潜力与电介质钝化变得很困难。 我们对不同的背表面结构并结合高效前表面结构进行了实验。这将有可能准确的确定表面的再复合速率、Sback以及内部反射率Rback。 图1表示了不同背表面结构的内部量子效率，从低质量的欧姆Al接触开始一直到PERL/LBSF背表面。有效的Sback和Rback已经从IQE和反射率测量中去除。

采用这些参数就有可能确定不同背表面结构对太阳能电池性能的影响（图2）。电介质钝化甚至比高质量的发射极和更薄的硅片带来的好处更多。 电介质层的钝化机理 良好的表面钝化有两种不同的机理：交界面状态Dit的降低；场效应钝化，即钝化层中一种载子类型与固定电荷Qf结合时的显著降低。尽管这些机理或两种机理的结合会导致较低的表面再复合速率，Seff(Δn)曲线显示了不同的特性（图3）。热生长的SiO2层更容易获得交界面状态的降低，而对于PECVD沉积的薄膜，如SiNx，场效应钝化和中等程度的Dit降低则更为常见。SiO2的Dit=1010cm2eV-1，Qf=1010cm2。而SiNx的Dit=1011cm2eV-1，Qf=1011cm2。

19.2% efficient c-Si solar cells using ion implantation采用离子注入技术的晶硅太阳电池效率达到19.2%

19.2% efficient c-Si solar cells using ion implantation Jian Wu, Yumei Li, Xusheng Wang, Linjun Zhang Canadian Solar Inc., 199 Lushan Road, SND, Suzhou, Jiangsu, China ABSTRACT Ion-implantation offers numerous advantages for solar cell manufacturing. Canadian Solar Inc. (CSI) has developed an average efficiency 19.23%, champion efficiency 19.39% solar cell (156mm) process using a high throughput Varian (Applied Materials) Solion ion-implant tool based on a beam line design. The path to commercialization has included module process development, achieving 265W with 6×10 cells. With the installation of the high-throughput ion implanter for PV, optimized unit processes were transferred from the lab to the production floor at CSI. 1. INTRODUCTION Ion implantation has been reported as a breakthrough technology in PV industry to drive down $/W cost. Ion implantation is a process of precisely introducing a known amount of energetic particles into any substrate to alter its material properties. Emitters formed by ion implantation show improved cell efficiency due to the benefit in blue wavelength region. The quality of the emitters formed by ion implantation followed by activation has clear advantages over emitters made by conventional POCl3diffusion, in terms of lattice defect recovery as well as dopant activation (no dead layer), as depicted by TEM micrographs and SIMS profiles. By tailoring the activation temperature and ambient, a layer of oxide can be formed during activation [1]. J0e data show surface passivation is better with SiO2/SiN x stack than single SiN x layer. We prove ion implantation technology is mass production ready for PV cell manufacturing, and it is an essential enabler of lower $/W. 2. EXPERIMENTS Fig. 1Process simplification for fabrication of ion implantation emitter cells: (a) standard POCl3 process; (b) implanted process. Ion implanted process is described in Fig.1 (a). Fig.1 (b) presents traditional POCl3diffusion solar cell process as reference. Ion implantation is a single side process, so edge isolation is not necessary. SIMS and TEM are conducted on both POCl3diffused and ion implanted samples, to understand and characterize the emitter quality. Lower surface concentration from ion implantation is observed. The precise dose control of ion implanter provides excellent uniformity and repeatability within wafer and wafer-to-wafer on 156mm pseudo sq. wafers. Metallization was optimized to account for the modified doping profile and SiO2/SiN x stack passivation layer. The internal quantum efficiency (IQE) and dopant

太阳能电池片技术发展的现状和趋势

太阳能电池片生产技术的发展和趋势 LED光伏电子项目部 2009/2/22

1太阳能电池片的生产工艺 1.1太阳能电池的工作原理 典型的太阳电池本质上是一个大面积半导体二极管，它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时,其中能量大于 禁带宽度Eg的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成自由电子,价带中留下带正电的自由空穴，即电子-空穴对，通常称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区,被该区的内建电场分离电子被扫 到电池的n型一侧，空穴被扫到电池的p型一侧，从而在电池上下两面(两极) 分 别形成了正负电荷积累，产生“光生电压”,即“光伏效应”（photovoltaic effect）若在电池两侧引出电极并接上负载,负载中就有“光生电流”通过，得到可利用的电能,这就是太阳电池的工作原理，如图1所示。 图1太阳电池的工作原理 光伏效应是1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到的。1876年在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。硅光电池 的报道出现于1941年1954年，贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅光电池，为太阳能光伏发电奠定了技术基础，成为现代太阳电池时代的划时代标志。作为能源,硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10。多年里,硅太阳电池在空间应用中不断扩大，工艺不断改进,电池设计逐步定型。70 年代初，许多新技术引入电池制造工艺,转换效率有了很大提高。与此同时,硅太阳电池开始引入地面应用，70年代末，地面太阳电池产量已经超过了空间电池产 量,促使成本不断降低。80年代初，硅太阳电池发展进入快速发展时期，技术进步和研究开发使太阳电池效率进一步提高，商业化生产成本持续降低，应用不断 扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后开发出各种不同结构的电池，如肖特基(MS)电池、MIS电池、MINP电池、异质结电池等，其中同质p2n结电池自始 至终占着主导地位，其他结构电池对太阳电池的发展也产生了重要影响。在材料 方面,有晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、砷化镓薄膜电池等，由于薄膜电池被认为是未来大幅度降低成本的根本出