太陽能電池片生產(chǎn)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，尤其是一種太陽能電池片生產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源的需要日益增加，化石能源的日趨枯竭和給生態(tài)環(huán)境造成的污染，嚴(yán)重威脅著社會和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，迫切需要采用可再生能源進(jìn)行替代。太陽能作為一種取之不盡，用之不竭的綠色可再生能源，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注。
[0003]太陽能電池原理主要是以半導(dǎo)體材料硅為基體，利用擴(kuò)散工藝在硅晶體中摻入雜質(zhì):當(dāng)摻入硼、磷等雜質(zhì)時(shí)，硅晶體中就會存在著一個(gè)空穴，形成η型半導(dǎo)體；同樣，摻入磷原子以后，硅晶體中就會有一個(gè)電子，形成P型半導(dǎo)體，P型半導(dǎo)體與η型半導(dǎo)體結(jié)合在一起形成ρη結(jié)，當(dāng)太陽光照射硅晶體后，ρη結(jié)中η型半導(dǎo)體的空穴往ρ型區(qū)移動，而P型區(qū)中的電子往η型區(qū)移動，從而形成從η型區(qū)到ρ型區(qū)的電流，在ρη結(jié)中形成電勢差，這就形成了太陽能電池。
[0004]太陽能電池片的加工工藝分為娃料清洗一娃徒饒鑄一娃片切割一娃片檢測一一次清洗一一擴(kuò)散制結(jié)一一二次清洗一一鍍減反射膜一一絲網(wǎng)印刷一一J決速燒結(jié)等。具體介紹如下:
[0005]—、硅料清洗，硅料在加工之前需要用活化水清洗，除去硅料表面的雜質(zhì)，硅料清洗完畢后利用恒溫干燥箱烘烤硅料，接著對烘烤完畢的硅料進(jìn)行分選稱重打包封存，在生產(chǎn)多晶硅錠或單晶硅棒時(shí)，將封存打包好的硅料投入多晶爐或單晶爐內(nèi)進(jìn)行融化加工。
[0006]二、硅錠澆鑄，硅錠澆鑄主要經(jīng)過噴涂-裝料工序-鑄錠工序。噴涂:硅料高溫熔化后會與坩禍發(fā)生反應(yīng)，引入雜質(zhì)，并且造成粘鍋，影響硅錠的質(zhì)量，所以需要在坩禍與硅料之間噴涂一層氮化硅溶液，利用氮化硅可以有效的隔離硅料與坩禍，氮化硅溶液噴涂完成以后，再進(jìn)行高溫烘干，將氮化硅溶液中的水分蒸發(fā)，就可以使坩禍內(nèi)壁附著一層氮化硅涂層。裝料:坩禍烘干以后，將散碎的硅料，按順序、要求及重量將硅料裝入坩禍中。裝完料的坩禍就可以進(jìn)行下一步的鑄錠工藝，首先將裝好料的坩禍裝入鑄錠爐的爐體內(nèi)，按要求裝好后，將鑄錠爐合蓋，合蓋以后的鑄錠爐，就形成一個(gè)密封的腔室，將裝好硅料的坩禍密封在鑄錠爐內(nèi)部，開始運(yùn)行鑄錠工藝，整個(gè)鑄錠工藝分6個(gè)過程，抽真空-加熱-熔化-長晶-退火-冷卻。
[0007]三、硅片切割，太陽能硅片一般是將硅棒或硅錠在多線切割機(jī)上進(jìn)行切割形成，其主要是利用細(xì)鋼絲進(jìn)行切割，鋼絲的直徑一般采用Φ0.1lmm-Φ0.12mm，硅片的厚度一般是在0.2mm的薄片，娃棒或娃錠一般是先與磨砂玻璃粘膠，磨砂玻璃再粘膠固定在晶托上，當(dāng)切割完一對硅棒后，將晶托從多線切割機(jī)取出，然后將鐵板與晶托板分離，將粘有磨砂玻璃的鐵板在加熱室內(nèi)加熱使粘膠融化，取下磨砂玻璃并將殘留的粘膠清除，接著再涂抹粘膠層粘接新的磨砂玻璃與硅棒，并將鐵板與晶托板通過螺栓固定在一起放入多線切割機(jī)進(jìn)行下一輪晶棒的切割。
[0008]四、硅片檢測
[0009]硅片是太陽能電池片的載體，硅片質(zhì)量的好壞直接決定了太陽能電池片轉(zhuǎn)換效率的高低，因此需要對來料硅片進(jìn)行檢測。該工序主要用來對硅片的一些技術(shù)參數(shù)進(jìn)行在線測量，這些參數(shù)主要包括硅片表面不平整度、少子壽命、電阻率、P/N型和微裂紋等。該組設(shè)備分自動上下料、硅片傳輸、系統(tǒng)整合部分和四個(gè)檢測模塊。其中，光伏硅片檢測儀對硅片表面不平整度進(jìn)行檢測，同時(shí)檢測硅片的尺寸和對角線等外觀參數(shù)；微裂紋檢測模塊用來檢測硅片的內(nèi)部微裂紋；另外還有兩個(gè)檢測模組，其中一個(gè)在線測試模組主要測試硅片體電阻率和硅片類型，另一個(gè)模塊用于檢測硅片的少子壽命。在進(jìn)行少子壽命和電阻率檢測之前，需要先對硅片的對角線、微裂紋進(jìn)行檢測，并自動剔除破損硅片。硅片檢測設(shè)備能夠自動裝片和卸片，并且能夠?qū)⒉缓细衿贩诺焦潭ㄎ恢?，從而提高檢測精度和效率。
[0010]五、一次清洗
[0011]—次清洗是在硅片表面制備絨面，在每平方厘米硅表面形成幾百萬個(gè)四面方錐體也即金字塔結(jié)構(gòu)。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率。硅的各向異性腐蝕液通常用熱的堿性溶液來制備絨面硅，在腐蝕絨面后，進(jìn)行酸洗。經(jīng)過表面準(zhǔn)備的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，應(yīng)盡快擴(kuò)散制結(jié)。
[0012]六、擴(kuò)散制結(jié)
[0013]太陽能電池需要一個(gè)大面積的PN結(jié)以實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，而擴(kuò)散爐即為制造太陽能電池PN結(jié)的專用設(shè)備。管式擴(kuò)散爐主要由石英舟的上下載部分、廢氣室、爐體部分和氣柜部分等四大部分組成。擴(kuò)散一般用三氯氧磷液態(tài)源作為擴(kuò)散源。把P型硅片放在管式擴(kuò)散爐的石英容器內(nèi)，在850—900攝氏度高溫下使用氮?dú)鈱⑷妊趿讕胧⑷萜鳎ㄟ^三氯氧磷和硅片進(jìn)行反應(yīng)，得到磷原子。經(jīng)過一定時(shí)間，磷原子從四周進(jìn)入硅片的表面層，并且通過硅原子之間的空隙向硅片內(nèi)部滲透擴(kuò)散，形成了 N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的交界面，也就是PN結(jié)。這種工藝制出的PN結(jié)均勻性好，方塊電阻的不均勻性小于百分之十，少子壽命可大于10ms。制造PN結(jié)是太陽電池生廣最基本也是最關(guān)鍵的工序。因?yàn)檎荘N結(jié)的形成，才使電子和空穴在流動后不再回到原處，這樣就形成了電流，用導(dǎo)線將電流引出，就是直流電。
[0014]七、二次清洗
[0015]該工藝用于太陽能電池片生產(chǎn)制造過程中，通過化學(xué)腐蝕法去除擴(kuò)散制結(jié)后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃、去除電池邊緣的PN結(jié)。
[0016]八、鍍減反射膜
[0017]拋光硅表面的反射率為35%，為了減少表面反射，提高電池的轉(zhuǎn)換效率，需要沉積一層氮化硅減反射膜。工業(yè)生產(chǎn)中常采用PECVD設(shè)備制備減反射膜。PECVD即等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積。它的技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體SiH4和NH3，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)薄膜即氮化硅薄膜。一般情況下，使用這種等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積的工藝沉積的薄膜厚度在70nm左右。這樣厚度的薄膜具有光學(xué)的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大為減少，電池的短路電流和輸出就有很大增加，效率也有相當(dāng)?shù)奶岣摺?br>[0018]九、絲網(wǎng)印刷
[0019]太陽電池經(jīng)過制絨、擴(kuò)散及PECVD等工序后，已經(jīng)制成PN結(jié)，可以在光照下產(chǎn)生電流，為了將產(chǎn)生的電流導(dǎo)出，需要在電池表面上制作正、負(fù)兩個(gè)電極。制造電極的工藝很多，而絲網(wǎng)印刷是目前制作太陽電池電極最普遍的一種生產(chǎn)工藝。絲網(wǎng)印刷是采用壓印的方式將預(yù)定的圖形印刷在基板上，該設(shè)備由電池背面銀鋁漿印刷、電池背面鋁漿印刷和電池正面銀漿印刷三部分組成。其工作原理為:利用絲網(wǎng)圖形部分網(wǎng)孔透過漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定壓力，同時(shí)朝絲網(wǎng)另一端移動。油墨在移動中被刮刀