多晶硅太阳能电池制作工艺概述

2018-10-19 20:50

太阳能电池工作原理

太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时,就会在PN结的两边出现电压(光生电压),假如从PN结两端引出回路,就会产生电流,太阳能电池就可以工作了。 一次清洗

目的:去除硅片表面的杂质残留,制做能够减少表面太阳光反射的陷光结构。 原理 :

单晶:利用碱溶液对单晶硅各个晶面腐蚀速率的不同,在硅片表面形成类似“金字塔”状的绒面。

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2 ↑

多晶:利用硝酸的强氧化性和氢氟酸的络合性,对硅进行氧化和络合剥离,导致硅表面发生各向同性非均匀性腐蚀,从而形成类似“凹陷坑”状的绒面。

Si + HNO3 → SiO2 + NOx ↑ + H2O SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O 制PN结(扩散)

目的:在P型硅表面上渗透入很薄的一层磷,使前表面变成N型,使之成为一个PN结。 原理 :

POCl3液态源:通过气体携带POCL3分子进入扩散炉管,使之反应生

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成磷沉淀在表层。磷在高温下渗透入硅片内部形成N区。4POCL3 + 5O2 = 2P2O5 + 6Cl2↑ 去边结

目的:去除硅片边缘的N型区域,将硅片内部的N层和P层隔离开,以达到 PN结的结构要求。 原理 :

干法刻蚀(等离子刻蚀):等离子刻蚀是采用高频辉光放电反应,使反应气体激活成活性粒子,这些活性粒子与需要被刻蚀区域的Si/SiO2发生反应,形成挥发性生成物而被去除。 二次清洗

目的: 去除硅片表面的P-Si玻璃层(PSG),为加镀减反射膜做准备。 原理 :利用HF和硅片表面的P-Si玻璃层反应,并使之络合剥离,以达到清洗的目的。HF + SiO2 → H2SiF6 + H2O 去PSG发展方向:

相对来讲,二次清洗是比较简单的工艺,之后的发展应该会如同RENA的设备一样,集成湿法刻蚀设备,从而缩减流程。2P2O5 + 5Si = 4P + 5SiO2 镀减反射膜(PECVD)

目的:在硅片前表面均匀的镀上一层高效的减反射膜,并对mc-Si进行体钝化。

原理 : PECVD是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离,在局部形成等离子体,而等离子化学活性很强,很容易发生反应,

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在基片上沉积出所期望的薄膜。 印刷和烧结

目的:在电池上下表面各印上电极图形,经烧结与硅片形成欧姆接触。

原理:银浆,铝浆印刷过的硅片,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片上,可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。当硅片投入烧结炉共烧时,金属材料融入到硅里面,之后又几乎同时冷却形成再结晶层,也就是在金属和晶体接触界面上生长出一层外延层,如果外延层内杂质成份相互合适,这就获得了欧姆接触。

印刷工艺流程:

印刷背电极 → 烘干 →印刷背电场 → 烘干 →印刷正面栅线 烧结工艺流程:

印刷完硅片 → 烘干 →升温 → 降温共晶 → 冷却 一、 禁带亮度

VOC随Eg的增大而增大,但另一方面,JSC随Eg的增大而减小。结果是可期望在某一个确定的Eg随处出现太阳电池效率的峰值。

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二、温度

随温度的增加,效率η下降。I­SC对温度T很敏感,温度还对VOC起主要作用。

对于Si,温度每增加1°C,VOC下降室温值的0.4%,h也因而降低约同样的百分数。例如,一个硅电池在20°C时的效率为20%,当温度升到120°C时,效率仅为12%。又如GaAs电池,温度每升高1°C,VOC降低1.7mv 或降低0.2%。

三、复合寿命

希望载流子的复合寿命越长越好,这主要是因为这样做ISC大。在间

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接带隙半导体材料如Si中,离结100mm处也产生相当多的载流子,所以希望它们的寿命能大于1ms。在直接带隙材料,如GaAs或Gu2S中,只要10ns的复合寿命就已足够长了。长寿命也会减小暗电流并增大VOC。

达到长寿命的关键是在材料制备和电池的生产过程中,要避免形成复合中心。在加工过程中,适当而且经常进行工艺处理,可以使复合中心移走,因而延长寿命。 四 光强

将太阳光聚焦于太阳电池,可使一个小小的太阳电池产生出大量的电能。设想光强被浓缩了X倍,单位电池面积的输入功率和JSC都将增加X倍,同时VOC也随着增加(kT/q)lnX倍。因而输出功率的增加将大大超过X倍,而且聚光的结果也使转换效率提高了。

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