晶体硅太阳电池制绒工艺解读

晶体硅太阳能电池原理与制造工艺晶体硅太阳能电池原理与制造工艺1.硅太阳能电池丄作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应一般的半导体主要结构如图1-1:图1-1 半导体主要结构正电荷表示硅原子负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子当硅晶体中掺入其他的杂质如硼、磷等当掺入硼时硅晶体中就会存在着一个空穴它的形成可以参照图1-2o图1-2 P型半导体正电荷表示硅原子负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子黃色表示掺入的硼原子因为硼原子周围只有3个电子所以就会产生如图1-2所示的蓝色的空穴这个空穴因为没有电子而变得很不稳定容易吸收电子而中和形成Ppositive型半导体。

同样掺入磷原子以后因为磷原子有五个电子所以就会有一个电子变得非常活跃形成Nnegative型半导体。

黄色的为磷原子核红色的为多余的电子。

如图1-3所示。

图1-3 '型半导体正电荷表示硅原子负电荷表示圉绕在硅原子旁边的四个电子黃色表示掺入的磷原子当P型和'型半导体结合在一起时在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层界面的P型一侧带负电'型一侧带正电。

这是由于P型半导体多空穴X型半导体多自由电子出现了浓度差。

N区的电子会扩散到PP的“内电场”从而阻止扩区P区的空穴会扩散到N区一旦扩散就形成了一个由N指向散进行如图1-4所示。

达到平衡后就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差这就是P\结。

图1-4内电场的形成当晶片受光后PN结中N型半导体的空穴往P 型区移动而P型区中的电子往X型区移动从而形成从X型区到P型区的电流。

然后在P\结中形成电势差这就形成了电源。

如图1-5所示图1 -5硅太阳电池结构示意图由于半导体结后如果在半导体中流动电阻非常大损耗也就非常不是电的良导体电子在通过pn大。

但如果在上层全部涂上金属阳光就不能通过电流就不能产生因此一般用金属网格覆盖p-n结如图1-6梳状电极以增加入射光的面积。

图1-6梳状电极及SiO2保护膜另外硅表面非常光亮会反射掉大量的太阳光不能被电池利用。

目录一、晶硅太阳能电池工艺简介二、硅片来料检测项目及标准三、制绒四、扩散一、晶硅太阳能电池工艺简介晶体硅电池工艺分为单晶硅电池工艺和多晶硅电池工艺，它们大体上相同，最大的不同在于第一步的清洗制绒，工艺步骤如下：✓硅片清洗、制绒工艺（单晶硅用碱液制绒面，多晶硅用HF和HNO3混合酸制绒面）✓扩散工艺（企业中采用的是POCl3液态源扩散）✓边缘刻蚀工艺✓PECVD镀膜工艺✓丝网印刷工艺✓烧结测试工艺1、硅片清洗制绒目的：清洗是为了除去沾污在硅片上的各种杂质，包括油脂、金属离子、尘埃等；制绒是为了除去硅片表面的切割损伤层，同时得到合理的粗糙表面，减小光在表面的反射，增加光尤其是长波长光在硅片内传输路径，获得适合扩散制p-n结要求的硅表面。

2 扩散制p-n结PN结是太阳电池的核心部分，扩散的目的：在P型硅片的表面扩散进一薄层磷，以形成p-n 结，p-n结形成后，能在硅片内产生电场，当光照射到硅片上被吸收产生电子-空穴对时，电场能将电子-空穴对分开，产生电流。

3 刻蚀刻蚀有两个目的：一是去除硅片边缘的PN结，扩散过程中，硅片的外围表面导电类型都变成了n型。

此工序就是刻蚀硅片边缘，以使前表面与背表面的n型层隔断，防止电池做出来以后正负极出现短路。

二是去除扩散过程形成的磷硅玻璃。

4 PECVD镀膜PECVD镀膜的目的：太阳光照射到硅片表面被硅片吸收透射的同时，也会有很大一部分光从该面反射掉，虽然绒面可以减少光的反射，但是仍是有一部分光被反射掉，这就大大减少了太阳能的利用率，所以要在硅片表面接触阳光的一侧镀上一层减反射膜，这就大大减少了光的反射损失，增强了吸收光的强度，提高电池效率。

薄膜的其他功能：这层薄膜主要由蓝色的氮化硅组成，除了前面所说的减反射作用外，还能起到钝化的效果。

同时，致密的氮化硅不透潮气，具有极低的氧化速率，还可防止划伤。

5 丝网印刷目的：通过丝网印刷在太阳能电池的背面印刷背电场、背电极，正面印刷正电极，正面收集电子，背面电极利于焊接以及组件的制成，是硅片制成电池的重要环节。

晶体硅太阳能电池生产工艺流程图电池片工艺流程说明：(1)清洗、制绒：首先用化学碱（或酸）腐蚀硅片，以去除硅片表面机械损伤层，并进行硅片表面织构化，形成金字塔结构的绒面从而减少光反射。

现在常用的硅片的厚度在 180 μm 左右。

去除硅片表面损伤层是太阳能电池制造的第一道常规工序。

(2)甩干：清洗后的硅片使用离心甩干机进行甩干。

(3)扩散、刻蚀：多数厂家都选用 P型硅片来制作太阳能电池，一般用 POCl3液态源作为扩散源。

扩散设备可用横向石英管或链式扩散炉,进行磷扩散形成 P-N结。

扩散的最高温度可达到 850- 900℃。

这种方法制出的 PN结均匀性好，方块电阻的不均匀性小于 10％，少子寿命大于 10 微秒。

扩散过程遵从如下反应式：4POCl3＋3O2（过量）→ 2P2O5＋2Cl 2（气） 2P2O5＋5Si → 5SiO2 + 4P 腐蚀磷硅玻璃和等离子刻蚀边缘电流通路，用化学方法除去扩散生成的副产物。

SiO2与HF生成可溶于水的 SiF 62-，从而使硅表面的磷硅玻璃（掺 P2O5的SiO2）溶解，化学反应为：SiO2＋6HF → H2（SiF 6）＋ 2HO(4) 减反射膜沉积：采用等离子体增强型化学气相沉积(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)技术在电池表面沉积一层氮化硅减反射膜，不仅可以减少光的反射，而且由于在制备SiNx 减反射膜过程中有大量的氢原子进入，因此也起到了很好的表面钝化和体钝化的效果。

这是因为对于具有大量晶界的多晶硅材料而言，晶界的悬挂键被饱和，降低了复合中心的原因。

由于表面钝化和体钝化作用明显，就可以降低对制作太阳能电池材料的要求。

由于增强了对光的吸收，氢原子对太阳能电池起到很好的表面和体内钝化作用，从而提高了电池的短路电流和开路电压。

(5)印刷、烧结：为了从电池上获取电流，一般在电池的正、背两面制作电极。

晶硅太阳电池rie制绒技术的范文晶体硅太阳电池制备的基本工艺太阳能电池片的生产工艺流程分为硅片检测——表面制绒——扩散制结——去磷硅玻璃——等离子刻蚀——镀减反射膜——丝网印刷——快速烧结等。

具体介绍如下：一、硅片检测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。

该工序主要用来对硅片的一些技术参数进行在线测量，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。

该组设备分自动上下料、硅片传输、系统整合部分和四个检测模块。

其中，光伏硅片检测仪对硅片表面不平整度进行检测,同时检测硅片的尺寸和对角线等外观参数；微裂纹检测模块用来检测硅片的内部微裂纹；另外还有两个检测模组，其中一个在线测试模组主要测试硅片体电阻率和硅片类型，另一个模块用于检测硅片的少子寿命。

在进行少子寿命和电阻率检测之前，需要先对硅片的对角线、微裂纹进行检测，并自动剔除破损硅片。

硅片检测设备能够自动装片和卸片，并且能够将不合格品放到固定位置，从而提高检测精度和效率。

二、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。

三、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。

单晶制绒(各向异性腐蚀)硅的各向异性腐蚀是指对硅的不同晶面具用不同的腐蚀速率.各向异性腐蚀剂一般分为两类:一类是有机腐蚀剂,包括EPW和联胺等,另一类无机腐蚀剂,包括无机碱性腐蚀剂,如KOH NaOH LiOH等,我们单晶制绒腐蚀剂用的是无机碱性腐蚀剂.在腐蚀液浓度一致的前提下, 改变腐蚀液的温度, 各晶面的腐蚀速率随温度的变化示于图5单晶制绒溶液通常用低浓度（0.5.—1.5wt%）的氢氧化钠混合（5---10vol%）的异丙醇（或乙醇）配制成，在75---80℃温度范围内对（100）晶向的硅片表面进行各向异性腐蚀，便可以得到由（111）面包围形成的角锥体分布在表面上构成的绒面。

我们将<100>晶向上腐蚀速率与<111>晶向上腐蚀速率比值定义为各向异性因子AF.当AF=1时,腐蚀硅片可以得到平坦的表面.当制绒液在<100>方向上具有相对高的腐蚀速率(0.6um/min)和AF=10的各向异性系数时在硅片表面上得到最高的角锥体密度,能够腐蚀出高质量绒面.腐蚀碱溶液的浓度,温度对AF有显著影响.一般来说,低浓度的碱溶液和较低的温度具有较高的AF值;反之,高浓度的碱溶液和较高溶液温度则对应低的AF数值.因此,前者用于制绒工艺,后者用于抛光工艺,在实验和生产实践中发现,制绒溶液配制好后,初次使用时AF不高,并且锥体的覆盖率也不高.使用若干次以后,AF值和绒面覆盖率逐渐提高并趋进最大值.再继续使用若干次后,AF值和绒面覆盖率逐渐降低,直到溶液失效不能使用,这时候就要重新配制溶液了.硅在碱溶液中的腐蚀现象，可以用电化学腐蚀的微电池理论进行解释.阳极处Si+6O HˉSiO3-2+3H2O +4e阴极处2H+ +2e H2↑总的反应式Si +2NaOH +H2O Na2SiO3+ 2H2↑NaOH的作用Si在NaOH腐蚀液中反应过程，首先由水分子分解出氢氧根离子, 氢氧根离子与表面原子未配对的电子结合形成Si—O键, 然后打断表面原子与其它硅原子连接的共价键,最后生成Si(OH )4. 我们以(100) 面的原子为例, 其反应过程可表示为:在第二步反应中, 由于硅表面存在成键的OH 基团,使硅表面原子的背键强度降低,Si(OH )2 团中的Si—Si 背键被打开, 形成了带正电荷的氢氧化硅复合物:氢氧化硅复合物进一步与两个OH- 反应产生原硅酸:从以上反应过程可以看出, 在硅表面的原子被“移去”的过程中.除去硅原子未受腐蚀的起始态和被腐蚀反应为原硅酸的最终态之外, 还有若干个中间状态, 从微观角度来说, 各中间状态反映出腐蚀的微观过程, 可用来说明腐蚀的机制. 我们认为, 处在不同晶面的硅原子的腐蚀速率之所以不同, 一方面是与被反应原子所处的初始状态有关, 另一方面也与反应过程中存在的各个中间状态有关.硅(100) 晶面原子在NaOH 腐蚀过程中出现的状态示意图(图1)首先, 我们根据反应的过程看图1 中八种微观状态之间的转换.相应于图1 中八种不同的状态, 就反应中各个状态之间可能的转换示于图2 中. 其中, 有的状态在反应条件不确定的情况下, 受各种因素的影响, 有可能有多种形式状态的转化.硅(100) 晶面原子在腐蚀过程中各微观状态之间转化关系(图2)IPA的作用IPA 1)增加硅片表面的可湿润性2)碱溶液对硅片的腐蚀速率随着IPA浓度的增加而降低3)适当浓度发IPA在溶液中起到消泡的作用我可以从碱腐蚀硅的化学原理可知,伴随腐蚀的进行,硅表面有气泡产生,气泡的尺寸与溶液的粘度,溶液的表面张力有关,气泡的大小和在硅片表面的附着时间,的表面反应的进行乃至腐蚀形成的表面形貌有直接音响.谈到气泡的大小我们就必须谈到接触角(润湿角)接触角定义为液—固—气界面相交点,液—气界面的切线与液—固界面切线的夹角.CosØ =(δg-s –δl-s)/δg-l图.液体与固体表面的接触角定温定压平衡时液体在固体表面的接触角决定于固—气相、固—液相和液—气相三个界面张力的大小关系。

第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文（晶体硅材料及电池）类单晶类单晶硅硅太阳电池表面的太阳电池表面的两步法两步法两步法制绒制绒谢俊叶1 马承宏1 李云2 徐志虎2（1. 内蒙古日月太阳能科技有限责任公司，2.内蒙古大学科学技术学院， 呼和浩特 010021）摘要摘要：：本文采用两步法对类单晶硅太阳电池的表面进行制绒，利用扫描电子显微镜和分光光度计测试绒面的表面形貌和反射率。

测试结果显示：常温下，经两步法腐蚀制绒后的硅片表面形貌是金字塔与凹坑相结合，在波长650nm 处，其表面反射率介于单、多晶硅片的反射率（10%—22%）间，但从电池制作的整体工艺和成本考虑，先酸后碱的制绒方案优于其它方案。

关键词关键词：：类单晶硅 ；两步腐蚀制绒； 反射率 1 引言提高太阳电池效率和降低成本一直是光伏技术领域追求的终极目标。

随着科技的发展，晶体硅片的厚度不断减薄成为降低成本的一个重要途径。

由于硅属于间接带隙，厚度的减薄意味着对光的吸收减少，因此采取表面绒面化措施来最大限度地降低硅片表面的反射率、提高陷光能力、增加光吸收，以此提高多晶硅太阳电池的转换效率。

单晶、类单晶和多晶硅的最大区别是存在晶界的问题，硅片的晶界越多则电池的转换效率相对越低，所以三者制成的太阳电池效率一般呈递减规律。

工业化生产中，因单晶硅存在各向异性，所以电池绒面常采用碱性腐蚀[1]，而多晶硅因不显各向异性，所以常采用酸性腐蚀的方法制备绒面[2-3]。

类单晶硅片的结构介于二者之间，其表面80%的面积常呈单晶结构，另20%的区域是由多晶构成，故对此结构的硅片无论采用单一的酸或碱类腐蚀液进行制绒，都会造成硅片表面出现亮、暗不同的区域，使得后续PECVD 镀膜工序会出现严重的色差。

为了使类单晶硅同时具有良好的表面形貌和相应反射率，降低表面色差，本工作选择了几种方案对类单晶硅的绒面制备进行研究。

2 实验2.1实验方案方案一：碱性腐蚀法，采用常规的氢氧化钠腐蚀制绒方法。

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硅基太阳能电池制绒的定义一、硅基太阳能电池制绒是啥？大家听说过硅基太阳能电池吗？说白了，就是利用硅材料将阳光转化为电能的一种技术。

好像有点高大上，对吧？但其实它就是通过吸收阳光，把光能“变魔术”成电能，给我们的生活提供能源。

太阳能那么强大，如果能好好利用那该多好！而在这过程中，硅基太阳能电池就需要一个非常关键的步骤——制绒。

什么？制绒？是不是有点听不懂？别着急，我来给你捋一捋。

所谓“制绒”，其实就是把硅片表面搞得不那么光滑，让它变得粗糙一点。

你可以想象一下，原本光滑的玻璃镜子，忽然被涂上一层“霜”，变得模糊不清。

这个过程，能大大提升硅片吸收阳光的效率。

是不是觉得挺神奇的？嗯，就像你看到阳光照进窗户时，反射回去的部分很多，但如果窗户上有一层细小的雾气，反射的光就会变得更加散射，更容易被吸收进去。

所以，制绒就是做这样的“雾化”工作，让光线能够更好地被太阳能电池吸收，提升电池的效率。

二、为什么要制绒？为什么要对电池表面做这么“折腾”的事儿呢？主要是因为“光的反射”这个问题。

大家都知道，光照射到平滑的表面时，大部分光会反射回去，少部分光会被吸收。

如果表面有了颗颗小坑坑洼洼，就像你走在沙滩上，光线就不容易反射回去了。

而是会被这些小坑给吸进电池里，变成电力。

通俗点说，制绒就是让电池表面变得“不安分”，光线进入这些“坑里”后，反射回去的概率大大降低，更多的光被“藏”了进去，转化为电能。

这一步其实非常重要，要知道，如果硅基太阳能电池的光吸收效率不高，那岂不是白白浪费了好多阳光？就像是你每天拿着满满一篮子的苹果去市场，结果一大部分掉地上，浪费掉了。

谁会愿意这样呢？当然是要想办法把地上的苹果捡起来呀。

所以，制绒就成了提升太阳能电池效率的关键一步。

三、制绒的具体步骤这个“制绒”是怎么进行的呢？嘿这可得有些“高招”了。

最常见的方法就是通过酸蚀或者激光雕刻等技术把硅片表面做成粗糙的样子。

你没听错，就是酸蚀，直接把硅片放在酸液里，让表面产生微小的“坑坑洼洼”，这种“做工”不比雕刻大师差，细腻又精确。

太阳电池RIE制绒的工艺步骤2011年11月初次翻译口号：将中国电池绒面带入纳米时代的先行者1：介绍晶体硅电池为了提升转化效率需要进行表面织构化。

绒面减少反射损失以及让光线倾斜射入硅的内部。

随着少子数目的增加（其中较少一部分的少子在跑往PN结的途中被复合），因此电池电流得到提高。

在单晶硅（100）上经常用碱性溶液蚀刻出（111面）形成倒金字塔。

而多晶硅由于有各种各样的晶相，很难蚀刻出可行的绒面。

HF-HNO3刻蚀的应用很难带来可重复制造的结果。

机械的制绒技术需要硅片具有足够的稳定性，这种方法特别不适合薄的、弯曲的脆性材料，比如EFG硅。

但是EFG硅片的生产成本是划算的同时节约原材料。

相比丘克拉斯基生长和铸锭来说，这是一种避免锯切损耗和减少原料需求量的一种方法。

基于Cl2或者SF6/O2的RIE技术对于单晶硅和多晶硅来说是种可供选择的制绒方法。

因为Cl2是有毒的，因此SF6/O2的应用时更为明智的。

RIE是一种干法无接触真空的技术，适合纳米级绒面的制作。

在适当的条件下形成低反射率的粗糙表面[2,3]。

RIE工艺过程中大约有（3-10）微米的硅从硅片上被移除。

接近表面的区域复合中心的数量由于粗糙且扩大后的表面、不能挥发的反应产物和离子轰击造成的晶格损伤而得到增加。

因此RIE绒面需要优化后才能提升效率[4]。

据文献 [5]的报道，通过清洗方式的改善以及损伤移除的刻蚀处理的组合应用可以得到无反射损失的基本无损伤的绒面。

基于SF6/O2在EFG硅片上的运用来看这种制绒方法的可用性。

随着等离子体制绒典型的成本划算的太阳电池工艺步骤的应用，同时兼带SEM和少子寿命、光学测量。

2.EFG硅片的绒面在Alcatel GIR 220（阳极处理后的铝板）平行板反应器中制作绒面。

通过工艺条件的修改可以形成不同的表面结构：图1是不同的工艺时间1、10、15min 形成的典型的绒面。

RIE后1min表面只有很少的尖峰，此时以“joined rising”为特征。

晶体硅太阳电池生产工艺技术晶体硅太阳电池是目前太阳能电池市场中的主流产品，其生产工艺技术相对成熟。

晶体硅太阳电池的生产主要包括以下几个关键步骤：1.清洗制绒：o使用常规的硅片清洗方法清洗硅片，去除表面的切割损伤层和污染物。

o用酸（或碱）溶液对硅片表面进行腐蚀，制备绒面，以增加硅片对太阳光的吸收。

2.扩散制结：o通过高温化学热扩散的方式实现掺杂制结。

o利用高温驱动杂质（如磷）穿过硅的晶格结构，形成P-N结。

o扩散过程中需要控制方阻、结深和表面浓度等参数，这些参数对电池性能有直接影响。

3.后清洗：o去除扩散过程中形成的磷硅玻璃（PSG）和背结。

4.减反膜制备：o采用等离子增强化学气相沉积（PECVD）技术在硅片表面沉积减反射膜，通常为氮化硅（SiN）薄膜。

o减反膜可以减少光反射损失，提高太阳电池的光电转换效率。

5.电极印刷及烘干：o通过丝网印刷技术在硅片背面和正面印刷电极浆料（如银浆和银铝浆）。

o烘干后形成金属电极，用于收集电子和空穴。

6.烧结：o将印刷好的电极通过高温烧结，以固化电极材料并形成良好的欧姆接触。

7.测试分选：o对完成的太阳电池进行性能测试，如开路电压、短路电流、填充因子等。

o根据性能参数对电池进行分选，以确保组件的一致性和性能。

8.组件封装：o将单个太阳电池通过焊接和封装工艺组装成太阳能电池组件。

o组件通常包括玻璃、EVA（乙烯醋酸乙烯共聚物）、背板和边框等材料，以保护电池并提供结构支持。

晶体硅太阳电池的生产工艺技术不断优化，以提高电池的效率和降低成本。

例如，通过优化制绒工艺、改进扩散技术、采用新型减反膜材料和提高电极印刷精度等措施，可以显著提升太阳电池的性能。

此外，自动化和智能化生产线的应用也有助于提高生产效率和降低人工成本。