单晶硅太阳能电池片的生产工艺及检验.doc

1、沙洲职业工学院毕业设计（论文）摘 要本文主要介绍单晶硅太阳能电池片的生产工艺及检验。单晶硅太阳能电池片生产程序主要有来料检验-清洗制绒-扩散-刻蚀-去PSG-PECVD-丝网印刷-烧结-测试.通过D8测试仪,椭片仪,扫描电子显微镜,少子寿命测试仪,效率分选测试仪等测试其分析其参数.通过学习,发现各道工艺对电池的效率等参数的影响.关键词： 单晶硅, 太阳能电池片,生产工艺AbstractThis paper mainly introduces the silicon solar -products production technology and inspection procedures.

2、Its production main incoming inspection - cleaning system flocking - diffusion - etching - to PSG - PECVD - screen printing - sintering - test. Through the D8 tester, directed, slice, scanning electron microscope, separating efficiency ShaoZi life tester and test the analysis of its parameters, the

3、study found. Through the efficiency of process parameters such as batteries.Keywords : Monocrystalline silicon ,solar -products, production process目 录第1章 太阳能电池简介第1.1节 太阳能电池的研究背景 第1.2节 半导体材料简介第2章 太阳能电池片的生产工艺第2.1节 清洗制绒第2.2节 扩散与刻蚀第2.3节 PECVD制备SIN薄膜第2.4节 丝网印刷及烧结第3章 太阳能电池片的测试方法第3.1节 D8测试仪第3.2节 扫描电子显微镜分析第

4、3.3节 膜厚的测试与分析第3.4节 数字式四探针测试仪第3.5节 效率测试仪测试第3.6节 各工艺对电池片性能的影响小 结参 考 文 献致 谢28第1章 太阳能电池简介第1.1节 太阳能电池的研究背景人类迄今已有400万年的历史，在这期间，人类从学会使用火开始，经过石器、铁器时代，直到近代工业化革命，各种技术发明使人类文明到达了一个前所未有的高度。同时，人类消耗的能源也日益增长，其中煤、石油等是今天主要的能源来源今天，能源更是人类社会赖以生如图1-1所示存和发展的物质基础，在国民经济中具有特别重要的战略地位。能源相当于城市的血液，它驱动着城市的运转。现代化程度越高的城市对能源的依赖越强，因为

5、能源在维系以下重要功能：* 照明* 交通* 餐饮* 供暖 图 1-1 能源使用分部图* 降温* 自动化管理系统当能源主要依靠燃烧化石燃料（煤炭、石油、天然气）而获取时，能源消耗越高，越会影响人类社会的可持续发展。一是因为大量燃烧化石燃料会带来多种环境问题（尤其是气候变化问题），二是由于化石燃料不可再生，资源终将枯竭。1976年的世界性石油危机使人们认识到：人类资源是有限的。于是，寻找新的替代传 图1-2 能源储量统能源的开发计划在世界范围内开始如图1-2所示从探明的储量分析，现在地球上的石油、天然气和煤炭的总储量分别为：石油1万亿桶 天然气120万亿立方米 煤炭1万亿吨按照目前全世界对化石燃料

6、的消耗速度计算，这些能源可供人类使用的时间大约还有：石油45-50年 天然气50-60年 煤炭200-220年如果考虑到地球的人口在过去四十年增加了28亿，在今后的五十年中将再增加50亿，而且世界能源消耗量在过去的10年间以平均每年1.6的速度增加，则现存的煤炭、石油等的可用年数还将大大缩短。人类的发展需要寻找能够代替传统能源的新型的清洁能源，其中一个重要的方面就是太阳能的开发和利用。万物生长靠太阳-太阳的光除了照亮世界使植物通过光合作用把太阳光转变为各种养分，供人们食用,产生纤维质供人们做衣服,生长木材给我们建筑房屋以外太阳的光还可以通过太阳能电池转变为电.太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的

7、新能源。在新世纪中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下，有着非常独特的作用。太阳能电池的发展历史：早在1839年， 法国科学家比克丘勒（当时只有19岁）就发现一种奇特现象，即半导体在电解质溶液中会产生光电效应，以此原理构成的液结太阳电池是一种光电、光化的复杂转换。 1954年美国贝尔研究所的Pearson, Chapin, andFuller首先应用这个原理试制成功硅太阳电池，获得4.5%光电转换效率的成果。 1958年，美国的“先锋一号”人造卫

8、星就是用了太阳能电池作为电源，成为世界上第一个用太阳能供电的卫星.我国1958年开始进行太阳能电池的研制工作，并于1971年将研制的太阳能电池用在了发射的第二颗卫星上。以太阳能电池作为电源可以使卫星安全工作达20年之久，而化学电池只能连续工作几天。第1.2节 半导体材料简介硅太阳能电池片生产中常用的材料为硅（Si），磷（P），硼（B）元素等半导体原子结构模型。一、半导体材料的结构1.物体的导电能力，一般用材料电阻率的大小来衡量。电阻率越大，说明这种材料的导电能力越弱。一般而言，制作太阳能电池的最基本材料是半导体材料.固体按导电性能的高低如图如图1-3所示 图1-3 物体的导电性能它们的导电性能

9、不同，是因为它们的能带结构不同。 2. 单晶和多晶 单晶和多晶结构如图1-4所示图1-4 单晶和多晶结构在整个晶体内，原子都是周期性的规则排列，称之为单晶。由许多取向不同的单晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多晶。3. 硅晶体的金刚石结构晶体对称的，有规则的排列叫做晶体格子，简称晶格，最小的晶格叫晶胞。图1-5表示一些重要的晶胞 图1-5 硅晶体的金刚石结构4. 晶面和晶向晶体中的原子可以看成是分布在一系列平行而等距的平面上，这些平面就称为晶面。每个晶面的垂直方向称为晶向。图1-6是几种常用到的晶面和晶向。图1-6晶面和晶向的排列比较简单的一种包含原子密排面的晶格是面心立方晶格。而金刚石晶格又是

10、两个面心立方晶格套在一起，相互之间。沿着晶胞体对角线方向平移1/4而构成的。我们来看面心立方晶格中的原子密排面。按照硬球模型可以区分在(100)(110)(111)几个晶 面上原子排列的情况，如图1-6所示。金钢石晶格是由面心晶格构成，所以它的(111)晶面也是原子密排面，它的特点是，在晶面内原子密集、结合力强，在晶面之间距离较大，结合薄弱，由此产生以下性质：(1)由于(111)密排面本身结合牢固而相互间结合脆弱，在外力作用下，晶体很容易沿着(111)晶面劈裂，晶体中这种易劈裂的晶面称为晶体的解理面。(2)由于(111)密排面结合牢固，化学腐蚀就比较困难和缓慢，而(100)面原子排列密度比(1

11、11)面低。所以(100)面比(111)面的腐蚀速度快，选择合适的腐蚀液和腐蚀温度，(100)面腐蚀速度比(111)面大的多，因此，用(100)面硅片采用这种各向异性腐蚀的结果，可以使硅片表面产生许多密布表面为(111)面的四面方锥体，形成绒面状的硅表面。二、半导体材料的特性1.半导体之所以得到广泛的应用，是因为它存在着一些导体和绝缘体所没有的独特性能。(1) 导电能力随温度灵敏变化导体，绝缘体的电阻率随温度变化很小，（导体温度每升高一度，电组率大约升高0.4%）。而半导体则不一样，温度每升高或降低1度，其电阻就变化百分之几，甚至几十，当温度变化几十度时，电阻变化几十，几万倍，而温度为绝对零度

12、（-273）时，则成为绝缘体。(2) 导电能力随光照显著改变当光线照射到某些半导体上时，它们的导电能力就会变得很强，没有光线时，它的导电能力又会变得很弱。(3) 杂质的显著影响在纯净的半导体材料中，适当掺入微量杂质，导电能力会有上百万的增加。这是最特殊的独特性能。(4)其他特性温差电效应，霍尔效应，发光效应，光伏效应，激光性能等。 三、半导体材料的构成1. 半导体中的“电子”和“空穴”(1) 本征半导体纯净的半导体，在不受外界作用时，导电能力很差。而在一定的温度或光照等作用下，晶体中的价电子有一部分可能会冲破共价键的束缚而成为一个自由电子。同时形成一个电子空位，称之为“空穴”。从能带图上看，就

13、是电子离开了价带跃迁到导带，从而在价带中留下了空穴，产生了一对电子和空穴。通常将这种只含有“电子空穴对”的半导体称为本征半导体。“本征”指只涉及半导体本身的特性。半导体就是靠着电子和空穴的移动来导电的，因此，电子和空穴被统称为载流子。(2) 产生和复合由于热或光激发而成对地产生电子空穴对，这种过程称为“产生”。空穴是共价键上的空位，自由电子在运动中与空穴相遇时，自由电子就可能回到价键的空位上来，而同时消失了一对电子和空穴，这就是“复合”。在一定温度下，又没有光照射等外界影响时，产生和复合的载流子数相等，半导体中将在产生和复合的基础上形成热平衡。此时，电子和空穴的浓度保持稳定不变，但是产生和复合

14、仍在持续的发生。(3) 杂质和杂质半导体 纯净的半导体材料中若含有其它元素的原子，那么，这些其它元素的原子就称为半导体材料中的杂质原子。对硅的导电性能有决定影响的主要是三族和五族元素原子。还有些杂质如金，铜，镍，锰，铁等，在硅中起着复合中心的作用，影响寿命，产生缺陷，有着许多有害的作用。 N型半导体N型半导体结构如图1-7。磷（P)，锑（sb )等五族元素原子的最外层有五个电子，它在硅中是处于替位式状态，占据了一个原来应是硅原子所处的晶格位置，磷原子最外层五个电子中只有四个参加共价键，另一个不在价键上，成为自由电子，失去电子的磷原子是一个带正电的正离子，没有产生相应的空穴。正离子处于晶格位置上

15、，不能自由运动，它不是载流子。因此，掺入磷的半导体起导电作用的，主要是磷所提供的自由电子，这种依靠电子导电的半导体称为电子型半导体，简称N型半导体。N型半导体材料的能带图。而为半导体材料提供一个自由电子的v族杂质原子，通常称为施主杂质。 图1-7 N型半导体 P型半导体 P型半导体结构见如图1-8 图1-8 P型半导体硼（B）铝（AL）镓（GA）等三族元素原子的最外层有三个电子，它在硅中也是处于替位式状态，硼原子最外层只有三个电子参加共价键，在另一个价键上因缺少一个电子而形成一个空位邻近价键上的价电子跑来填补这个空位，就在这个邻近价键上形成了一个新的空位，这就是“空穴”。硼原子在接受了邻近价键

16、的价电子而成为一个带负电的负离子，它不能移动，不是载流子。因此在产生空穴的同时没有产生相应的自由电子。这种依靠空穴导电的半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。P型半导体材料的能带图，为半导体材料提供一个空穴的族杂质原子，通常称之为受主杂质。实际上，一块半导体中并非仅仅只存在一种类型的杂质，常常同时含有施主和受主杂质，此时，施主杂质所提供的电子会通过“复合”而与受主杂质所提供的电子相抵消，使总的载流子数目减少，这种现象就成为“补偿”。在有补偿的情况下，决定导电能力的是施主和受主浓度之差。若施主和受主杂质浓度近似相等时，通过复合会几乎完全补偿，这时半导体中的载流子浓度基本上等于由本征激发作用而产

17、生的自由电子和空穴的浓度。这种情况的半导体称之为补偿型本征半导体。在半导体器件产生过程中，实际上就是依据补偿作用，通过掺杂而获得我们所需要的导电类型来组成所要生产的器件。在掺有杂质的半导体中，新产生的载流子数量远远超过原来未掺入杂质前载流子的数量，半导体的导电性质主要由占大多数的新产生的载流子来决定，所以，在P型半导体中，空穴是多数载流子，而电子是少数载流子。在N型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。掺入的杂质越多，多载流子的浓度（单位体积内载流子的数目）越大，则半导体的电阻率越低，它的导电能力越强。一块半导体材料处于某一均匀的温度中，且不受光照等外界因素的作用，即这块半导体处于平衡

18、状态，此时半导体中的载流子称为平衡态载流子。半导体一旦受到外界因素作用（如光照，电流注入或其它能量传递形式）时，它内部载流子浓度就多于平衡状态下的载流子浓度。半导体就从平衡状态变为非平衡状态，人们把处于非平衡状态时，比平衡状态载流子增加出来的一部分载流子成为非平衡载流子。2. 平衡PN结在一块完整的半导体晶体中，如果一部分是N型半导体，另一部分是P型半导体。在N型半导体中，多数载流子是电子，电子浓度远远超过少数载流子空穴的浓度，而在P型半导体中，空穴是多数载流子，空穴浓度远远超过少数载流子电子的浓度，如图 1-9所示。在N型和P型半导体的交界面处存在有电子和空穴浓度梯度，N区中的电子就向P区渗

19、透扩散，扩散的结果是N型区域中邻近P型区域一边的薄层内有一部分电子扩散到N型中去了。由于这个薄层失去了一些电子，在N区就形成带正电荷的区域。同样，P型区域 图1-9 PN结中邻近N型区域一边的薄层内有一部分空穴扩散到N型区域一边去了。由于这个薄层失去了一空穴，在P区就形成了带负电荷的区域。这样在N型区和P型区交界面的两侧形成了带正，负电荷的区域，叫做空间电荷区。电荷区中的正负电荷间形成电场。电场的方向是由N型区域指向P型区域，这个由于载流子浓度不均匀而引起扩散运动后形成的电场称为自建电场。 我们知道，载流子在电场作用下，会产生漂移运动。自建电场将N区向P区扩散的电子接回到N区，把P区向N区扩散

20、的空穴接回到P区，由此可见，在空间电荷区内，自建电场引起电子和空穴的漂移运动方向与它们各自的扩散运动方向正好 相反。 开始时，电子和空穴的扩散占优势，随着电子和空穴的不断扩散。空间电荷的数量不断增强自建电场也越来越强，直到载流子的漂移运动和扩散运动相抵消时（即大小相等，方向相反），这时，N型区域内的电子和P型区域的空穴不再减少，空间电荷区也不再加厚，达到了动态平衡。 空间电荷区也叫阻挡层，（意思时阻止电子和空穴的继续扩散），就是我们通常讲的PN结。PN结时许多半导体组件的核心，PN结的性质集中反映了半导体导电性能的特点，如：存在两种载流子，载流子有漂移扩散和产生，复合等基本运动的形成。所以，P

21、-N结是半导体组件入门的基础。当用适当波长的光照射非均匀半导体(p-n结等)时，由于内建电场的作用（不加外电场），半导体内部产生电动势（光生电压）；如将p-n结短路，则会出现电流（光生电流）。这种由内建电场引起的光电效应，称为光生伏特效应。这是太阳能电池发电的主要原理。如图1-10所示 图1-10 太阳能电池的发电原理第2章 太阳能电池片的生产工艺主要流程:清洗,制备绒面,发射区扩散,边缘p-n结刻蚀,去磷硅玻璃,PECVD沉积SiN,丝网印刷背电极、背电场以及正面电极,共烧形成金属接触,电池片测试.第2.1节 清洗制绒目的：清洗单晶硅片表面的油污。在单晶硅片表面制备一个反射率在10%-20%

22、的织构表面。为了提高单晶硅太阳能电池的光电转换效率,工业生产中通常采用碱与醇的混合溶液对(100)晶面的单晶硅片的各项异性腐蚀在表面形成类似“金字塔”状的绒面,有效增强硅片对入射太阳光的吸收,从而提高光生电流密度。理想的绒面如图2-1所示： 在高温下,硅与碱发生如下的化学反应: Si+2OH-+H2O = SiO3+2H2 图2-1 理想的绒面对于晶体硅,由于各个晶面的原子密度不同,与碱进行反应的速度差别很大,也就是我们通常说的(110)面(111)面的腐蚀从而在表面形成类似“金字塔”状的绒面1 按照作业指导书的规定开启机器。2 配置溶液，超声清洗液的配制和温度设定，化学腐蚀液的配制和温度设定

23、3 各槽时间的设定4 投片处理把硅片投入，按照设定的操作程序进行操作。5 检验硅片腐蚀前后，厚度应减少2030m。绒面表面应是均匀的灰黑色，没有明显的斑点。每制绒5000片，抽测单晶硅片的表面反射率，与标准反射谱比较。每制绒5000片，抽取一片硅片，在金相显微镜下观察绒面的微观形貌，与标准绒面形貌比较，金字塔的尺寸和覆盖率应类似。制作工艺绒面,应该是金字塔大小均匀,单体尺寸在1020微米之间,相邻金字塔之间没有空隙, 即覆盖率达到100%。超声清洗机如图2-2所示，制绒机如图2-3所示及甩干机如图2-4所示： 图2-2超声清洗机 图 2-3制绒机 图2-4甩干机第2.2节 扩散与刻蚀一、扩散我

24、们知道，太阳能电池的心脏是一个PN结。我们需要强调指出，PN结是不能简单地用两块不同类型（p型和n型）的半导体接触在一起就能形成的。要制造一个PN结，必须使一块完整的半导体晶体的一部分是P型区域，另一部分是N型区域。也就是在晶体内部实现P型和N型半导体的接触。我们制造PN结，实质上就是想办法使受主杂质在半导体晶体内的一个区域中占优势（P型），而使施主杂质在半导体内的另外一个区域中占优势（N型），这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型和N型半导体的接触。太阳电池制造工艺中，磷扩散一般有三种方法，一是三氯氧磷（POCl3）液态散,二是喷涂磷酸水溶液后链式扩散，三是丝网印刷磷浆料后链式扩散。本公司

25、目前采用的是第一种方法。POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源，它是无色透明液体，具有刺激性气味。如果纯度不高则呈红黄色。其比重为1.67，熔点2，沸点107，在潮湿空气中发烟。POCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发，高温下蒸气压很高。为了保持蒸气压的稳定，通常是把源瓶放在0的冰水混合物中。磷有极毒，换源时应在抽风厨内进行，且不要在尚未倒掉旧源时就用水冲，这样易引起源瓶炸裂。POCl3在高温下（600）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：由上面反应式可以看出，POCl3

26、热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：过量氧 4PCl5 +5O2 2P2O5 +10Cl2 生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，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，在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为： 4 POCl3 + 3O2 2P2O5 + 6Cl2 POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2

27、O5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，然后磷原子再向硅中进行扩散，反应式如前所示： 2P2O5 + 5Si 5SiO2 + 4P POCl3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，这对于制作具有大的结面积的太阳电池是非常重要的。 磷扩散的系统应保持清洁干燥，如果石英管内有水汽存在，就会使管内P2O5水解生成偏磷酸（HPO3），使管道内出现白色沉积物和粘滞液体，石英舟容易粘在管道上，不易拉出。因此对扩散气体脱水是十分重要的。在太阳电池扩散工艺中，扩散层薄层电阻是反映扩散层质量符合设计要求与否的重要工艺指标之一。对应于一对确定数值的结

28、深和薄层电阻，扩散层的杂质分布是确定的。也就是说，把薄层电阻的测量同结深的测量结合起来，我们就能够了解到扩散入硅片内部杂质的具体分布。二、刻蚀周边刻蚀主要是为了去除扩散留在电池片边缘的扩散层，防止短路。扩散设备及刻蚀设备如下图2-5,2-6所示： 图2-5扩散设备 图2-6刻蚀设备三、去PSG去PSG，又称去磷硅玻璃，主要是为了去除留在硅片表面的P原子 。去PSG设备如图2-7所示： 图2-7 PSG设备第2.3节 PECVD制备SIN薄膜PECVD 技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体

29、，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。一般说来,采用PECVD 技术制备薄膜材料时，薄膜的生长主要包含以下三个基本过程：1.在非平衡等离子体中，电子与反应气体发生初级反应，使得反应气体发生分解，形成离子和活性基团的混合物；2.各种活性基团向薄膜生长表面和管壁扩散输运，同时发生各反应物之间的次级反应；3.到达生长表面的各种初级反应和次级反应产物被吸附并与表面发生反应，同时伴随有气相分子物的再放出。PECVD的一个基本特征是实现了膜厚沉积工艺的低温化（450）。因此带来的好处：节省能源，降低成本，提高产能减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减。本公司采用直接式基片位于一个电极上

30、如图2-8，直接接触等离子体（低频放电10-500kHz或高频13.56MHz） 图2-8 PECVD的氢钝化 PECVD镀膜的作用：减少光反射，提高电流密度，防污染，防变色，提高稳定性。氮化硅膜的优点：优良的表面钝化效果，高效的光学减反射性能（厚度和折射率匹配），低温工艺（有效降低成本），含氢氮化硅膜可以对mc-Si提供体钝化。另外PECVD的氢钝化作用：在PECVD沉积氮化硅薄膜时，由于反应产生的气体中含氢，一部分氢会保留在氮化硅薄膜中。在高温过程中，这部分氢会从氮化硅薄膜中释放，扩散到硅中，最终与悬挂键结合，大大降低了缺陷能级，容易实现材料的价电子控制，起到钝化作用。NH峰和SiH峰的强

31、度越大，氢含量越多，起到的钝化作用越强。由于氢的钝化作用，使硅片的少子寿命提高，从而能够提高硅电池的质量。操作时应特别注意：硅烷是一种易燃、易爆的特种气体，氨气是一种带有腐蚀性的特种气体，因此在使,前、使用中一定要做好特气安全检查工作。每二个班进行一次设备内部清洗，用吸尘器吸尘，用钢针清除NH3和SiH4进气口的堆积物。根据石英管的使用时间（约32-40小时）确定是否需要更换石英管。更换石英管时使用专用工具。装片和卸片时小心操作，避免硅片碎裂和损伤硅片的绒面。在一个托石墨框上需要放不同批次的时候，在一批结束的后面放一片假片，说明该石墨框上有二个批次存在，取片时必须严格分开。或者每批的零头单独淀

32、积。所有的工艺参数需经技术员确认才可修改，除了速度。一次性手套半小时左右更换一次。 最后检验主要测试电池片的膜厚，电池片的反射率及折射率。PECDV设备如下图2-9所示： 图2-9 PECDV设备第2.4节 丝网印刷及烧结一、丝网印刷1、背面银电极印刷( 背银)背面银电极印刷( 背银)如图2-10。在电池片的正极面(p 区)用银铝浆料印刷两条电极导线（宽约34 mm）作为电池片的电极 图2-10背面银电极印刷( 背银)2、背面铝印刷( 背铝)在电池片的正极面采用铝浆料印刷整面(除背银电极外)。3、正面银印刷( 正银)正面银印刷( 正银)外形见如图2-11。在电池片的正面（喷涂减反射膜的面）同时

33、用银浆料印刷一排间隔均匀的栅线和两条电极，在工艺上要求栅线间距约3 mm、宽度约0.100.12 mm。 图2-11 电池片的正面4、丝网印刷原理丝网印刷原理示意图如图2-12：丝网印刷由五大要素构成，即丝网、刮刀、浆料、工作台以及基片。丝网印刷基本原理是：利用丝网图形部分网孔透浆料，非图文部分网孔不透浆料的基本原理进行印刷。印刷时在网一端倒入浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮板从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的黏性作用而使印迹固着在一定范围之内，印刷过程中刮板始终与丝网印版和承印物呈线接触，接触线随刮刀移动而移动，由于丝网与承印物之间保持

34、一定的间隙，使得印刷时的丝网通过自身的张力而产生对刮板的反作用力，这个反作用力称为回弹力。由于回弹力的作用，使丝网与基片只呈移动式线接触，而丝网其它部分与承印物为脱离状态，保证了印刷尺寸精度和避免蹭脏承印物。当刮板刮过整个印刷区域后抬起，同时丝网也脱离基片，工作台返回到上料位置，至此为一个印刷行程。 图2-12 丝网印刷原理示意图太阳能电池印刷是电池片生产线的重要工序，对电池片的质量起着重要作用，太阳能电池印刷技术是一个有机的整体，是各种技术的组合，需要工艺工程师和设备工程师的协同工作：既要了解各个参数的特点，又要了解其相互的制约关系；3 种印刷工序既有相同之处又有区别，需要针对不同工序的具体

35、要求分别优化各工艺参数，制定出不同工艺实施方案，方可印刷出符合工艺的产品。丝网印刷主要检验表面印刷状况，包括偏移，漏浆等情况。二、烧结晶体硅太阳电池要通过三次印刷金属浆料，传统工艺要用二次烧结才能形成良好的带有金属电极欧姆接触，共烧工艺只需一次烧结，同时形成上下电极的欧姆接触，是高效晶体硅太阳能电池的一项重要关键工艺，国外著名的金属浆料厂商非常卖力推广共烧工艺。这个工艺基础理论来自合金法制PN结工艺，就是电极金属材料和半导体单晶硅在温度达到电极材料的溶点或共晶温度时，单晶硅原子按相图以一定的比例量溶入到熔融的合金电极材料中去，单晶硅原子溶入到电极金属中的整个过程是相当快的，一般只需几秒钟时间，

36、溶入的单晶硅原子数目决定于合金温度和电极材料的体积，烧结合金温度愈高，电极金属材料体积愈大，则溶入的硅原子数目也愈多,这时状态被称为晶体电极金属的合金系统，如果此时温度降低，系统开始冷却，这时原先溶入到溶融到电极金属材料中的硅原子，重新以固态形式结晶出来，也就是在金属和晶体接触界面上生长出一层新的晶体层再结晶层，如果再结晶层内含有足够量的，与原先晶体材料导电类型相同杂质成份，这就获得了用合金法工艺形成欧姆接触，如果再结晶层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型异型的杂质成份，这就获得了用合金法工艺形成PN结。银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，通过烘干有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅

37、片上，这时，可视为金属电极材料层和硅片接触在一起，所谓共烧工艺显然是采用银硅的共晶温度，同时在几秒钟内，单晶硅原子溶入到熔融金属电极材料里。后又几乎同时冷却形成再结晶层，这个再结晶层是较完美，单晶硅的晶格点阵结构。只有一次烧结钝化表面层的氢原子，逸失是有限的保障了氢，钝化表面的效果，填充因子较高，没有必要引入氮氢烘焙工艺（FGS）烧结检验状况主要包括鼓包，铝刺等情况。最后再对电池进行外观，效率等方面的测试与分选，并分析问题与原因。第3章 电池片的测试方法与分析第3.1节 测试设备一、D8测试仪 D8测试仪如图3-1所示，主要测试电池片制绒前后，PECVD前后的反射率与折射率。 图3-1 D8测

38、试仪二、扫描电子显微镜分析主要对电池片表面进行观察，对清洗后的绒面，印刷等质量进行观察，扫描电子显微镜（如图3-2所示）。 图3-2扫描电子显微镜三、膜厚的测试与分析本公司采用椭偏仪如图3-3所示进行测试，测试SIN的膜厚。 图3-3椭偏仪四、字式四探针测试仪扩散层的薄层电阻也称方块电阻，常分别用Rs和R口表示。所谓薄层电阻，就是表面为正方形的半导体薄层在电流方向（电流方向平等于正方形的边，见图6-1）所呈现的电阻。我们知道金属导体的电阻公式R=l /s，R是电阻，电阻率，s面积，l长度。与之类似薄层电阻的大小应为：Rs=l / lXj=/Xj ，可见，薄层电阻的大小与薄层的平均电阻率成正比，

39、与薄层的厚度成反比（一般电阻的大小与边长成正比），而与正方形的边长无关，其单位为欧姆。为了表示薄层电阻不同于一般电阻，其单位常用欧姆/方块或/口表示。四探针测试仪如图3-4所示主要测试电池片的方块电阻。 图3-4四探针测试仪五、效率测试仪测试描述太阳能电池的参数有：、开路电压Voc在p-n结开路情况下（R=），此时pn结两端的电压即为开路电压Voc。2、短路电流Isc 将pn结短路（V=0）所得的电流为短路电流Isc。显然，短路电流等于光生电流3、填充因子FF它表示了最大输出功率点所对应的矩形面积在Voc和Isc所组成的矩形面积中所占的百分比。4太阳能电池的能量转化效率表示入射的太阳光能量有多

40、少能转换为有效的电能。即： =（太阳能电池的输出功率/入射的太阳光功率）100%= （Vop Iop/Pin S）100%其中Pin是入射光的能量密度，S为太阳能电池的面积，当S是整个太阳能电池面积时，称为实际转换效率，当S是指电池中的有效发电面积时，叫本征转换效率。5串联电阻与并联电阻检验主要对这些参数进行测试，并分析其原因。第3.2节 各工艺对电池片性能的影响清洗主要去除硅片表面的污垢，制绒主要是为了减小反射率，来提高光生电流，来提高电池片效率；首先经过氢氧化钠清洗表面油污和机械损伤层，然后经纯水清洗表面残留的氢氧化钠，再经过掺有异丙醇和偏硅酸钠的氢氧化钠中形成金字塔的绒面，Si+2NaO

41、H+H2O Na2SiO3 +2H2 再经纯水清洗，接下来再将硅片放入氢氟酸里，清洗硅片表面的硅酸钠和二氧化硅，再经纯水清洗表面的氢氟酸，再经过盐酸清洗掉表面的金属杂质，然后经纯水喷淋掉盐酸，最后放入甩干机甩干。扩散是为了形成一格P-N结，是硅片能发电的关键步骤；方块电阻是标志进入半导体中的杂质总量的一个重要参数。对于工艺进行时的温度我认为应该是控制POCl3反应的，由于反应的不同扩散的效果也不一样。对于温度，氧气，氮气的控制在以后的学习中争取要掌握。在等离子体刻蚀工艺中，关键的工艺参数是射频功率和刻蚀时间。pecvd主要是为了度减反射膜，来减小反射率；在晶体生长中受应力等影响造成缺陷越多的硅

42、材料，氢钝化的效果越好。由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氢,可以很好的钝化硅中的位错、表面悬挂键，从而提高了硅片中载流子迁移率，在反应前我们要将炉内的温度升高到反应所需要的数值，PECVD的工艺关键还有温度的高低，对于影响淀积的薄膜因素应该是通入反应气体的量和反应时间。丝网印刷是为了印刷电极，使其能够导通；烧结是为了使电极和硅片形成欧姆接触，使其导电。对电池片电性能影响主要表现在串联电阻和并联电阻，对于各个温区的温度设定值和实际温度肯定会存在差距，我们所要做的就是通过烧结后硅片的性能调整设定温度的高低，在加热的同时我们还要冷却，因为要是散热不均匀的话背面的铝浆可能会鼓泡，甚至会起铝珠。小结电池行业是21世纪的朝阳行业，发展前途前景十分广阔。在电池行业中，最没有污染，市场空间最大的应该是太阳能电池，太阳能电池的研究与开发越来越受到世界各国的广泛重视。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。太阳能电池近年也被人们用于生产，生活的许多领域。从1974年世界第一家太阳能电池飞机在美国首次试飞成功以来，激起人们对太阳能飞机研究的热潮，太阳能飞机从此飞速地发展起来，占用了