电池片生产工艺流程汇总.doc

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，POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源。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。
b.原理
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：

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：

在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：

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：

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 。
POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5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 。
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SixNy。
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

五、印刷
a.目的
第一道背面银电极，第二道背面铝背场的印刷和烘干，主要监控印刷后的湿重；第二道铝浆；第三道正面银电极的印刷，主要监控印刷后的湿重和次栅线的宽度。第二道道湿重过大，一方面浪费浆料，同时还会导致其不能在进高温区之前充分干燥，甚至不能将其中的所有有机物赶出从而不能将整个铝浆层转变为金属铝，另外湿重过大可能造成烧结后电池片弓片。湿重过小，所有铝浆均会在后续的烧结过程中与硅形成熔融区域而被消耗，而该合金区域无论从横向电导率还是从可焊性方面均不适合于作为背面金属接触，另外还有可能出现鼓包等外观不良。第三道道栅线宽度过大，会使电池片受光面积较少，效率下降。
b.原理
物理印刷、烘干
c.注意
刮刀压力：刮刀压力越小，填入网孔的墨量就越多；
印刷速度：湿重在某一速度下达到最大值，低于此速度，速度增大湿重增大， 高于此值，速度增大湿重较小；
印刷高度：印刷高度值越大，湿重越小；
丝网间距：丝网间距增大，油墨的转移量也增大，但随着刮刀压力的增加，丝网间距对油墨转移量影响趋小；
刮刀截面对刮刀的截面形状来说，刮刀边越锐利，线接触越细，出墨量就越大；边越圆，出墨量就越少。
d.现场图

六、烧结
a.目的
烧结就是把印刷到硅片上的电极在高温下烧结成电池片,最终使电极和硅片本身形成欧姆接触,从而提高电池片的开路电压和填充因子2个关键因素参数,使电极的接触具有电阻特性,达到生产高转效率电池片的目的.烧结过程中有利于PECVD工艺所引入－H向体内扩散，可以起到良好的体钝化作用。
b.原理
烧结方式：高温快速烧结
加热方式：红外线加热
c.注意
1、烧结是一个扩散、流动和物理化学反应综合作用的过程。在印刷状况稳定的前提下，温区温度、气体流量、带速是烧结的三个关键参数。
2、由于要形成合金必须达到一定的温度，Ag、Al与Si形成合金的稳定又不同，所以必须设定不同的温度来分别实现合金化。
3、将印刷好的上,下电极和背场的硅片经过网印刷机的传送带传到烧结炉中,经过烘干排焦、烧结和冷却烘干排焦、烘干排焦烧结和冷却过程来完成烧结工艺最终达到上下电极和电池片的欧姆接触。
烧结要达到的效果
1、正面Ag穿过SiNH扩散进硅但不可到达P-N；
2、背面Ag、Al扩散进硅。
这样，Ag、Ag/Al、Al将与硅形成合金，建立了良好的电极欧姆接触，起到良好的收集电子的效果。
d.现场图