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硅太阳能电池的制造

发布时间:2013年6月5日

硅太阳能电池一般分为单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池,它们的制造工艺除原材料切割方式不同外,其他工序基本相同。

制造晶体硅太阳能电池包括绒面制备、扩散制结、制作电极和制备蒸镀减反射膜等主要工序。太阳能电池与其他半导体器件的主要区别,是需要一个大面积的浅结实现能量转换。电极用来输出电能。绒面及减反射膜的作用是使电池的输出功率进一步提高。为使电池成为有用的器件,在电池的制造工艺中还包括去除背结和腐蚀周边两个辅助工序。一般来说,结特性是影响电池光电转换效率的主要因素,电极除影响电池的电性能外还关乎电池的可靠性和寿命的长短。常规晶体硅太阳能电池的一般生产制造工艺流程。

(1)硅片的选择

硅片是制造晶体硅太阳能电池的基本材料,它可以由纯度很高的硅棒、硅锭或硅带切割而成。硅材料的性质在很大程度上决定了成品电池的性能。选择硅片时,要考虑硅材料的导电类型、电阻率、晶向、位错、寿命等。硅片通常加工成方形、长方形、圆形或半圆形,厚度为0.180.4mm

选用制造太阳能电池硅片时,应考虑的主要技术原则如下。

导电类型  在两种导电类型的硅材料中,p型硅常用硼为掺杂元素,用以制造n+p型硅电池;n型硅用磷或砷为掺杂元素,用以制造p+n型硅电池。这两种电池的各项参数大致相当。目前国内外大多采用p型硅材料。为降低成本,两种材料均可选用。

电阻率  硅的电阻率与掺杂浓度有关。就太阳能电池制造而言,硅材料电阻率的范围相当宽,从0.150ω•cm甚至更大均可采用。在一定范围内,电池的开路电压随着硅基体电阻率的下降而增加。在材料电阻率较低时,能得到较高的开路电压,而短路电流略低,但总的转换效率较高。太低的电阻率,反而使开路电压降低,并导致填充因子下降。

晶向、位错、寿命。太阳能电池池较多选用<111><110>晶向生长的硅材料。对于单晶硅电池,一般都要求无位错和尽量长的少子寿命。

(2)硅片的表面处理

切好的硅片,表面脏且不平,因此在制造电池之前要先进行硅片的表面准备,包括硅片的化学清洗和硅片的表面腐蚀。化学清洗是为了除去玷污在硅片上的各种杂质,表面腐蚀的目的是除去硅片表面的切割损伤,获得适合制结要求的硅表面。制结前硅片表面的性能和状态,直接影响结的特性,从而影响成品电池的性能,因此硅片的表面准备十分重要,是电池生产制造工艺流程的重要工序。

硅片的化学清洗由硅棒、硅锭或硅带所切割的硅片表面可能玷污的杂质可归纳为三类:a.油脂、松香、蜡等有机物质;b.金属、金属离子及各种无机化合物;c.尘埃以及其他可溶性物质。通过一些化学清洗剂可达到去污的目的。常用的化学清洗剂有高纯水、有机溶剂(如甲苯、二甲苯、丙酮、三氯乙烯、四氯化碳等)、浓酸、强碱以及高纯中性洗涤剂等。

硅片的表面腐蚀硅片经化学清洗去污后,接着要进行表面腐蚀。这是因为机械切片后在硅片表面留有平均3050μm厚的损伤层,需在腐蚀液中腐蚀掉。通常使用的腐蚀液有酸性和碱性两类。

影响上述两类腐蚀效果的主要因素,是腐蚀液的浓度和温度。硅片的一般清洗顺序是:先用有机溶剂初步去油,再用热浓硫酸去除残留的有机和无机杂质。硅片经表面腐蚀后,再经王水或碱性过氧化氢清洗液彻底清洗。在完成化学清洗和表面腐蚀之后,要用高纯的去离子水冲洗硅片。



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