太阳能电池电池片生产工艺.doc

太阳能电池电池片生产工艺生产电池片的工艺比较复杂一般要经过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和检测分装等主要步骤本文介绍的是晶硅太阳能电池片生产的一般工艺与设备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的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅腐蚀温度为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型硅片放在管式扩散炉的石英容器内在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型半导体和型半导体的交界面也就是结这种方法制出的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制造结是太阳电池生产最基本也是最关键的工序因为正是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四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与反应生成淀积在硅片表面与反应又生成和磷原子这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的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五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的母体分子在射频功率的激发下产生电离并形成等离子体等离子体是由带电的电子和离子组成反应腔体中的气体在电子的撞击下除了转变成离子外还能吸收能量并形成大量的活性基团活性反应基团由于扩散或者在电场作用下到达表面在那里与被刻蚀材料表面发生化学反应并形成挥发性的反应生成物脱离被刻蚀物质表面被真空系统抽出腔体六镀减反射膜抛光硅表面的反射率为为了减少表面反射提高电池的转换效率需要沉积一层氮化硅减反射膜现在工业生产中常采用设备制备减反射膜即等离子增强型化学气相沉积它的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使样品升温到预定的温度然后通入适量的反应气体和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即氮化硅薄膜一般情况下使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在左右这样厚度的薄膜具有光学的功能性利用薄膜干涉原理可以使光的反射大为减少电池的短路电流和输出就有很大增加效率也有相当的提高七丝网印刷太阳电池经过制绒扩散及等工序后已经制成结可以在光照下产生电流为了将产生的电流导出需要在电池表面上制作正负两个电极制造电极的方法很多而丝网印刷是目前制作太阳电池电极最普遍的一种生产工艺丝网印刷是采用压印的方式将预定的图形印刷在基板上该设备由电池背面银铝浆印刷电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成其工作原理为利用丝网图形部分网孔透过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刀从图形部分的网孔中挤压到基片上由于浆料的粘性作用使印迹固着在一定范围内印刷中刮板始终与丝网印版和基片呈线性接触接触线随刮刀移动而移动从而完成印刷行程八快速烧结经过丝网印刷后的硅片不能直接使用需经烧结炉快速烧结将有机树脂粘合剂燃烧掉剩下几乎纯粹的由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极当银电极和晶体硅在温度达到共晶温度时晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去从而形成上下电极的欧姆接触提高电池片的开路电压和填充因子两个关键参数使其具有电阻特性以提高电池片的转换效率烧结炉分为预烧结烧结降温冷却三个阶段预烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解燃烧掉此阶段温度慢慢上升烧结阶段中烧结体内完成各种物理化学反应形成电阻膜结构使其真正具有电阻特性该阶段温度达到峰值降温冷却阶段玻璃冷却硬化并凝固使电阻膜结构固定地粘附于基片上九外围设备在电池片生产过程中还需要供电动力给水排水暖通真空特汽等外围设施消防和环保设备对于保证安全和持续发展也显得尤为重要一条年产能力的太阳能电池片生产线仅工艺和动力设备用电功率就在左右工艺纯水的用量在每小时吨左右水质要求达到中国电子级水中级技术标准工艺冷却水用量也在每小时吨左右水质中微粒粒径不宜大于微米供水温度宜在真空排气量在左右同时还需要大约氮气储罐立方米氧气储罐立方米考虑到特殊气体如硅烷的安全因素还需要单独设置一个特气间以绝对保证生产安全另外硅烷燃烧塔污水处理站等也是电池片生产的必备设施