电池片生产工艺流程

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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

制绒后的面相对于未制绒的面来说比较暗淡 d.现场图

奥特斯维电池厂采用RENA 的设备。

二、扩散

a.目的

提供P-N 结,POCl 3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源。POCl 3液态源扩散方法具有生产效率较高,得到PN 结均匀、平整和扩散层表面良好等优点。

b.原理

POCl 3在高温下(>600℃)分解生成五氯化磷(PCl 5)和五氧化二磷(P 2O 5),其反应式如下:

5253O P 3PCl C 6005POCl +−−−−→−︒>

但在有外来O 2存在的情况下,PCl 5会进一步分解成P 2O 5并放出氯气(Cl 2)

其反应式如下:

↑+−−−−→−+2522510Cl O 2P 2O 过量5O 4PCl

在有氧气的存在时,POCl 3热分解的反应式为:

↑+−→−+252236Cl O 2P 5O 4POCl

生成的P2O5在扩散温度下与硅反应,生成二氧化硅(SiO 2)和磷原子,其反应式如下:

↓+=+4P 5SiO 5Si O 2P 252

c.结论

由此可见,在磷扩散时,为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用,必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气 。

POCl 3分解产生的P 2O 5淀积在硅片表面,P 2O 5与硅反应生成SiO 2和磷原子,并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃,然后磷原子再向硅中进行扩散 。 d.现场图

SEVEVSTAR 扩散设备。

三、刻蚀去边

a.目的

由于在扩散过程中,即使采用背靠背的单面扩散方式,硅片的所有表面(包

括边缘)都将不可避免地扩散上磷。P-N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P-N结的背面而造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。经过刻蚀工序,硅片边缘带有的磷将会被去除干净,避免P-N结短路造成并联电阻降低。

b.原理

湿法刻蚀原理

大致的腐蚀机制是HNO3氧化生成SiO2,HF再去除SiO2。化学反应方程式如下:

3Si+4HNO3=3SiO2+4NO+2H2O

SiO2+4HF=SiF4+2H2O

SiF4+2HF=H2SiF6

中间部分有碱槽,碱槽的作用是为了抛光未制绒面,使其变得更加光滑;碱槽的主要溶液为KOH;H2SO4溶液的目的是为了使硅片在流水线上漂浮流动起来,不参与反应。

d.现场图

湿法刻蚀现场图

干法刻蚀现场图:

干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。当气体以等离子体形式存在时,它具备两个特点:一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多,根据被刻蚀材料的不同,选择合适的气体,就可以更快地与材料进行反应,实现刻蚀去除的目的;另一方面,还可以利用电场对等离子体进行引导和加速,使其具备一定能量,当其轰击被刻蚀物的表面时,会将被刻蚀物材料的原子击出,从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。

四、镀膜

a.目的

光在硅表面的反射损失率高达35%左右。

一方面,减反射膜提高了对太阳光的利用率,有助于提高光生电流密度,起到提高电流进而提高转换效率的作用。

另一方面,薄膜中的氢对电池的表面钝化降低了发射结的表面复合速率,减小了暗电流,提升了开路电压,从而提高了光电转换效率;在烧穿工艺中的高温瞬时退火断裂了一些Si-H、N-H键,游离出来的H进一步加强了对电池的钝化。

由于太阳电池级硅材料中不可避免的含有大量的杂质和缺陷,导致硅中少子

寿命及扩散长度降低从而影响电池的转换效率。H能钝化硅中缺陷的主要原因是:H能与硅中的缺陷或杂质进行反应,从而将禁带中的能带转入价带或者导带。

b.原理

在真空、480摄氏度的环境温度下,通过对石墨舟的导电,使硅片的表面镀上一层Si x N y。

c.注意

根据镀膜在硅片上的氮化硅的厚度不同,反映出电池片不同的颜色;注意石墨舟的电机朝向;电池片周边显示的白点为镀膜石墨舟内的勾点。

d.现场图