太陽能電池

太陽能電池分為晶體矽和非晶矽，其中晶體矽電池又可分為單晶電池和多晶電池；單晶矽的效率與晶體矽不同。

分類：

國內常用的太陽能晶體矽電池可分為：

單晶125*125

單晶156*156

多晶156*156

單晶150*150

單晶103*103

多晶125*125

製造工藝：

太陽能電池的生產工序分為矽片檢測－表面製絨及酸洗－擴散結－脫磷矽玻璃－等離子蝕刻及酸洗－減反射鍍膜－網版印刷－快速燒結等，具體如下：

1. 矽片檢測

矽片是太陽能電池的載體，矽片的品質直接決定了太陽能電池的轉換效率。因此，對進來的矽片進行檢查是十分必要的。此工序主要用於線上測量矽片的一些技術參數，這些參數主要包括矽片表面不平整度、少數載子壽命、電阻率、P/N類型以及微裂紋等。此組設備分為自動上下料、矽片傳送、系統整合部分及四大檢測模組。其中，光電矽片檢測儀對矽片表面的不平整度進行檢測，同時檢測矽片的尺寸、對角線等外觀參數；微裂紋檢測模組用於檢測矽片內部的微裂紋；另外還有兩個檢測模組，其中一個在線測試模組主要用於測試矽片的體電阻率以及矽片的數量，另一個模組用於檢測矽片的體電阻率以及另一個電池的壽命，另一個。在進行少數載子壽命和電阻率檢測之前，需要對矽片的對角線和微裂紋進行檢測，並自動剔除受損的矽片。矽片檢測設備可自動裝卸矽片，並能將不合格產品放置在固定位置，進而提高偵測精度與效率。

2. 表面紋理

單晶矽織構的製備是利用矽的各向異性刻蝕，在每平方公分的矽表面形成數百萬個四面體錐體，即金字塔結構。由於入射光在表面發生多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉換效率。矽的各向異性蝕刻溶液通常為熱鹼性溶液。可用的鹼有氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰和乙二胺。絨面矽大多以廉價的氫氧化鈉稀溶液製備，濃度約1%左右，蝕刻溫度為70～85℃。為了得到均勻的絨面，也應在溶液中加入乙醇、異丙醇等醇類作為絡合劑，加速矽的腐蝕。在製備絨面之前，必須對矽片進行初步的表面蝕刻，用鹼性或酸性蝕刻液蝕刻掉約20-25μm。絨面革蝕刻後，進行一般化學清洗。表面處理好的矽片不宜長時間存放在水中，防止污染，應盡快進行擴散處理。

3.擴散結

太陽能電池需要大面積的PN結來實現光能到電能的轉換，而擴散爐是製造太陽能電池PN結的專用設備。管式擴散爐主要由石英舟上下部、排氣室、爐體部分、氣櫃部分四部分組成。擴散一般採用三氯氧磷液源作為擴散源。將P型矽片放入管式擴散爐的石英容器內，以氮氣將三氯氧磷帶入石英容器內，在850-900攝氏度的高溫下進行。三氯氧磷與矽片發生反應，生成磷。原子。經過一定時間後，磷原子從四周進入矽片表層，並經由矽原子間的空隙滲透、擴散到矽片內部，形成N型半導體與P型半導體的界面，即PN接面。此方法製作的PN結均勻性好，方塊電阻不均勻性小於10%，少數載子壽命可大於10ms。 PN結的製作是太陽能電池生產中最基本、最關鍵的工序。因為是PN結的形成，電子和電洞流動之後，不回到原來的位置，這樣就形成了電流，這個電流用導線拉出來，就是直流電。

4.脫磷矽酸鹽玻璃

該工藝用於太陽能電池的生產過程中。透過化學蝕刻，將矽片浸入氫氟酸溶液中，產生化學反應，生成可溶的絡合物六氟矽酸，去除擴散體系。結後矽片表面形成一層磷矽酸鹽玻璃。在擴散過程中，POCL3與O2反應，生成P2O5，沉積在矽片表面。 P2O5與Si反應，生成SiO2和磷原子，這樣在矽片表面就形成了一層含有磷元素的SiO2，而這種矽酸鹽玻璃稱為磷矽酸鹽玻璃。去除磷矽酸鹽玻璃的設備一般由主機、清洗槽、伺服驅動系統、機械手臂、電氣控制系統、自動配酸系統等組成。主要動力源為氫氟酸、氮氣、壓縮空氣、純水、熱排風、廢水。氫氟酸溶解二氧化矽是因為氫氟酸與二氧化矽發生反應，生成揮發性的四氟化矽氣體。若氫氟酸過量，反應生成的四氟化矽會進一步與氫氟酸反應，生成可溶性絡合物六氟矽酸。

5.等離子蝕刻

因為在擴散過程中，即使採用背靠背擴散，磷也不可避免的會擴散到矽片的所有表面，包括邊緣。 PN結正面聚集的光生電子會沿著磷擴散的邊緣區域流向PN結背面，造成短路。因此，必須蝕刻太陽能電池周圍的摻雜矽，以去除電池邊緣的PN結。該過程通常採用等離子蝕刻技術完成。等離子蝕刻是在低壓狀態下，反應氣體CF4的母體分子在射頻功率的激發下產生電離，形成等離子體。等離子體由帶電電子和離子組成。在電子的撞擊下，反應室內的氣體除了轉化為離子外，還能吸收能量，形成大量的活性基團。活性反應基團因擴散或在電場作用下到達SiO2表面，與被蝕刻材料表面發生化學反應，生成揮發性的反應產物脫離被蝕刻材料表面，由真空系統抽出腔體。

6. 防反射塗層

拋光矽表面的反射率為35%。為了減少表面反射，提高電池的轉換效率，需要沉積一層氮化矽減反射膜。在工業生產中，常採用PECVD設備來製備減反射薄膜。 PECVD是等離子增強化學氣相沉積。其技術原理是利用低溫等離子體作為能量源，將樣品在低壓下置於輝光放電的陰極上，利用輝光放電將樣品加熱到預定的溫度，然後通入適量的反應氣體SiH4和NH3。經過一連串的化學反應和等離子體反應後，在樣品表面形成一層固態薄膜，即氮化矽薄膜。一般情況下，此等離子體增強化學氣相沉積法沉積的薄膜厚度約為70nm。這種厚度的薄膜具有光學功能。利用薄膜干涉的原理，可以大幅減少光的反射，電池的短路電流和輸出量大大增加，效率也大大提高。

7.絲網印刷

太陽能電池經過製絨、擴散、PECVD等製程後，形成了PN結，在光照下可以產生電流。為了輸出產生的電流，需要在電池表面製作正極和負極。電極的製作方法有很多種，其中絲網印刷是製作太陽能電池電極最常見的生產過程。網版印刷是利用壓印的方法在承印物上印製預定的圖案。該設備由電池背面銀鋁漿印刷、電池背面鋁漿印刷、電池正面銀漿印刷三部分組成。其運作原理是：利用篩網花紋的網孔穿透礦漿，用刮刀在篩網的礦漿部分施加一定的壓力，同時向篩網的另一端移動。油墨隨著刮刀的移動從圖文部分的網孔擠壓到承印物上。由於漿料的黏滯作用，使印跡固定在一定的範圍內，印刷時刮刀始終與絲網印版及承印物保持線接觸，接觸線隨刮刀的移動而移動，完成一次印刷行程。

8.快速燒結

網版印刷後的矽片不能直接使用。需要在燒結爐中快速燒結，燒掉有機樹脂黏合劑，留下幾乎純銀的電極，這些電極由於玻璃的作用而緊密黏附在矽片上。當銀電極與晶體矽的溫度達到共晶溫度時，晶體矽原子以一定比例融入熔融的銀電極材料中，從而形成上下電極的歐姆接觸，提高電池的開路電壓和填充因子。關鍵參數是使其具有電阻特性，以提高電池的轉換效率。

燒結爐分為預燒結、燒結、冷卻三個階段。預燒階段的目的是使漿料中的聚合物黏結劑分解、燒成，此階段溫度緩慢上升；在燒結階段，燒結體內完成各種物理、化學反應，形成電阻膜結構，使其真正具有電阻性。 ，此階段溫度達到峰值；在冷卻降溫階段，玻璃冷卻硬化固化，使電阻膜結構牢固黏附於基板上。

9.外圍設備

電池生產過程中還需要供電、動力、供水、排水、暖通空調、真空、特殊蒸汽等周邊設施。消防和環保設備對於確保安全和永續發展也特別重要。對於一條年產50MW的太陽能電池生產線來說，光是製程和電力設備的耗電量就約為1800KW。製程純水量約為每小時15噸，水質需求符合中國電子級水GB/T11446.1-1997的EW-1級技術標準。製程冷卻水量也為每小時15噸左右，水質中顆粒物粒徑不應大於10微米，供水溫度為15-20℃。真空排氣量約為300M3/H。同時也需要約20立方公尺的氮氣儲槽和10立方公尺的氧氣儲存槽。考慮到矽烷等特殊氣體的安全因素，也必須設置專氣室，以絕對確保生產安全。此外，矽烷燃燒塔、污水處理站等也是電池生產的必備設施。