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        單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)工藝

        2016-12-21 10:26:42楊慧敏吳昊劉凌云
        電子技術與軟件工程 2016年20期

        楊慧敏++吳昊++劉凌云

        摘 要 傳統(tǒng)能源短缺成為制約經(jīng)濟發(fā)展的主要問題。傳統(tǒng)能源使用對環(huán)境造成的影響日益嚴重,尋找清潔能源刻不容緩。太陽能不僅簡單易得,還可持續(xù)使用,不會出現(xiàn)能源枯竭問題。單晶硅太陽能電池是一種將太陽能轉化為化學能的有效裝置。本文就單晶硅太陽能的生產(chǎn)工藝展開研究。

        【關鍵詞】單晶硅 太陽能電池 生產(chǎn)工藝

        太陽能電池便是一種可將太陽能轉化為電能的裝置。硅太陽能電池是各種太陽能電池中性能較為優(yōu)越的種類,其可靠性高、壽命長、成本低,其中又以單晶硅和多晶硅為代表,本文重點研究單晶硅太陽能電池。

        1 制絨

        制絨過程采用質量分數(shù)味20%堿液于80℃溫度下對硅片進行表面處理,從而達到去除損傷層效果。腐蝕作用速度為6-10um/min,約經(jīng)過25-40min反應后硅片表面可形成角錐形外表,該過程反應如下:

        Si+2NaOH+2H20→Na2SiO3+2H2↑

        對硅片表面生成的SiO2可為采用HF進行清除,方程式如下:

        SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O

        采用鹽酸進行表面處理,形成可溶于水的絡合物,最后采用噴淋方式去除表面雜質,烘干處理。

        2 擴散制結

        擴散源為三氯氧磷(POCl3),高溫條件下會分解:

        5POCl3→3PCl5+P2O5

        反應會產(chǎn)生一定擴散溫度,生產(chǎn)物P2O5會與硅反應:

        2P2O5+5Si→5SiO2+4P

        在外來氧氣作用下PCl5被進一步分解為P2O5并釋放出氯氣,其反應過程為:

        4PCl5+5O2→2P2O5+10Cl2↑

        生成物P2O5會與Si進一步反應,在通入氮氣過程中同時通入一定量O2,此過程總反應方程式為:

        4POCl3+3O2(過量)→2P2O5+6Cl2↑

        POCl3分解過程中產(chǎn)生的P2O5會在硅片表面進行累積,并與硅片產(chǎn)生反應生成SiO2及P,反應過程中生成一層表面磷-硅玻璃材質,P會逐漸向外擴散,反應過程如下:

        2P2O5+5Si→5SiO2+4P

        3 等離子邊緣刻蝕

        等離子體刻蝕采用高頻輝光放電反應,將反應氣體激活,成為活性粒子,這些活性粒子擴散至需刻蝕部位,與硅片產(chǎn)生反應,生成具有一定揮發(fā)性的SiF4,因此易被除去,達到邊緣刻蝕目的。

        4 去磷硅玻璃

        將槽內(nèi)液體換成清水,HF槽放水至80L后再向槽中添加8L含量為48.8%-49.2%的HF。去磷硅玻璃工藝的步驟及其參數(shù)見表1。

        HF被不斷消耗,濃度不斷降低。為保證反應順利進行,需每間隔6H對槽液進行更換一次,噴淋槽及清洗槽的純水約每12H需更換一次。

        5 PECVD鍍減反射膜

        單晶硅太陽能電池生產(chǎn)中一般采用等離子化學氣相沉積(PECVD)減反射膜。工業(yè)生產(chǎn)中制備SiNx減反射膜時會引起大量H進入,促進懸掛鍵不斷飽和,由此降低復合中心影響,促進表面鈍化。SiNx薄膜不僅可以增強單晶硅太陽能電池對太陽光的吸收率,還可在H鈍化作用下極大提高單晶硅太陽能電池短路點流及開路電壓。計算分子化合價可知中SiNx中Si和N化合價之比為0.75,因此分子結構為Si3N4。PECVD沉積SiNx薄膜化學計量比隨工藝產(chǎn)生變化,其中Si和N之比在0.75-2之間波動。SiNx電阻率會隨著X增加而降低,折射率則與X成正比關系。

        單晶硅太陽能電池生產(chǎn)中PECVD反射膜原理就是利用低溫等離子體作為能量源,在此基礎上將硅片結合石墨采用加熱反應條件進行加熱,并向PECVD反應過程中通入一定量氣體,氣體成分為SiH4、NH3、N2,采用輝光放電技術產(chǎn)生等離子體。經(jīng)過一系列化學反應及等離子反應后,硅片表面形成一層固態(tài)薄膜,該過程化學反應為:

        SiH4+NH3→SixNyHz+H2↑

        6 絲網(wǎng)印刷電極

        絲印基本原理是利用網(wǎng)版上網(wǎng)口為滲透孔,在施加外界壓力作用下讓漿料通過滲透孔滲透到硅片上。絲印過程主要有網(wǎng)版、刮刀、漿料、印刷機、硅片等。

        單晶硅太陽能電池絲印主要有三個步驟:

        (1)用Ag/Al漿印刷背電極并烘干;

        (2)用Ag/Al漿背電場并烘干;

        (3)用Ag/Al漿印刷正電極。

        7 燒結

        從結構上看,固體顆粒有較大表面積和不規(guī)則表面,材料加工過程中會受到機械、化學、熱作用等導致結晶出現(xiàn)缺陷,因此造成系統(tǒng)具有很高自由能。燒結過程中顆粒會出現(xiàn)接觸——結合——自由收縮——空隙排除——晶體性能提升等,此后系統(tǒng)自由能降低,系統(tǒng)穩(wěn)定性進一步提升,厚膜粉系統(tǒng)被燒結密實。

        8 結束語

        單晶硅電池生產(chǎn)工藝質量是生產(chǎn)制造單晶硅太陽能電池的關鍵,提升單晶硅電池生產(chǎn)工藝可增加太陽能普及范圍,緩解能源危機。

        參考文獻

        [1]王長貴.可再生能源的現(xiàn)狀和展望[J].太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展論文論集,2014(05):34-37.

        [2]沈輝.太陽能光伏發(fā)電技術[J].化學工業(yè),2015(03):78-86.

        作者簡介

        楊慧敏(1988-),女,山西省朔州市人?,F(xiàn)為國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作四川中心研究實習員,2013年碩士研究生畢業(yè),研究方向主要為光伏、光敏等光電器件、半導體器件等領域專利審查。

        作者單位

        國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作四川中心 四川省成都市 610200

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