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：

我國常用的太陽能晶矽電池可分為：

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：

太陽能電池的生產流程分為矽片檢驗—表面製絨和酸洗—擴散結—矽玻璃脫磷—等離子蝕刻和酸洗—增透膜—絲網印刷—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太陽能電池的轉換效率。因此，有必要對傳入的矽片進行檢查。此製程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、少子壽命、電阻率、P/N型和微裂紋等。本組設備分為自動上下料、矽片傳送部分、系統整合部分和四個檢測模組。其中，光電矽片檢測儀檢測矽片表面的凹凸不平，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微裂紋；另外，還有兩個檢測模組，其中一個線上測試模組主要用於測試矽片的體電阻率和矽片的類型，另一個模組用於檢測矽片的少數載子壽命。在檢測少數載子壽命和電阻率之前，需要檢測矽片的對角線和微裂紋，並自動剔除損壞的矽片。矽片檢測設備可以自動裝卸晶圓，並且可以將不合格的產品放置在固定位置，從而提高檢測精度和效率。

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金字塔，即金字塔結構。由於入射光在表面的多次反射和折射，增加了對光的吸收，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是熱鹼性溶液。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濃度約1%的氫氧化鈉稀溶液製備，蝕刻溫度為70-85℃。為了獲得均勻的絨面，溶液中也應加入乙醇、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20-25μm左右。麂皮蝕刻完畢後，進行一般的化學清洗。表面處理過的矽片不宜長時間存放在水中，以防污染，並應盡快擴散。

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分、廢氣室、爐體部分、氣櫃部分四部組成。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中，用氮氣在850-900攝氏度的高溫下將三氯氧磷帶入石英容器中。三氯氧磷與矽片反應得到磷。原子。經過一定時間後，磷原子從四周進入矽片表層，並透過矽原子之間的間隙滲透擴散到矽片內，形成N型半導體和P型半導體的界面。型半導體，即PN結。此方法所產生的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，電子和電洞流動後並沒有回到原來的地方，這樣就形成了電流，用導線將電流引出，這就是直流電。

4.脫磷矽酸鹽玻璃

該工藝用於太陽能電池的生產過程。透過化學蝕刻，將矽片浸入氫氟酸溶液中，發生化學反應，生成可溶性複合物六氟矽酸，去除擴散系統。接合後的矽片表面形成一層磷矽酸鹽玻璃。在擴散過程中，POCL3 與 O2 反應形成 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一層含有磷元素的SiO2，稱為磷矽酸鹽玻璃。除磷矽酸鹽玻璃設備一般由主體、清洗槽、伺服驅動系統、機械手臂、電氣控制系統及自動配酸系統所組成。主要動力源為氫氟酸、氮氣、壓縮空氣、純水、排熱風、廢水。氫氟酸溶解二氧化矽是因為氫氟酸與二氧化矽反應生成揮發性四氟化矽氣體。如果氫氟酸過量，反應生成的四氟化矽會進一步與氫氟酸反應，生成可溶性複合物，即六氟矽酸。

5. 等離子蝕刻

由於在擴散過程中，即使採用背對背擴散，磷也不可避免地會擴散到矽片的所有表面，包括邊緣。PN結正面收集的光生電子會沿著磷擴散到PN結背面的邊緣區域流動，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。該過程通常使用等離子蝕刻技術來完成。等離子體蝕刻是在低壓狀態下，反應氣體CF4的母體分子被射頻功率激發產生電離，形成等離子體。等離子體由帶電電子和離子組成。在電子的衝擊下，反應室內的氣體除了轉化為離子外，還能吸收能量並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，形成揮發性反應產物，與刻蝕材料表面分離。蝕刻後，由真空系統從腔體中抽出。

6.增透膜

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設備來製備減反射膜。PECVD 是等離子體增強化學氣相沉積。其技術原理是利用低溫等離子體作為能源，將樣品置於低壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電將樣品加熱到預定溫度，然後通入適量的引入反應氣體SiH4和NH3。經過一系列化學反應和等離子體反應，在樣品表面形成固態薄膜，即氮化矽薄膜。一般來說，透過這種等離子體增強化學氣相沉積方法沉積的薄膜的厚度約為70nm。這種厚度的薄膜具有光學功能。利用薄膜干涉原理，可以大幅減少光的反射，電池的短路電流和輸出大大增加，效率也大大提高。

7.絲網印刷

太陽能電池經過製絨、擴散和PECVD等製程後，形成PN結，在光照下可產生電流。為了輸出產生的電流，需要在電池表面製作正負極。製作電極的方法有很多種，網版印刷是製作太陽能電池電極最常見的生產流程。網版印刷是透過壓花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漿料，用刮刀對篩網的漿料部分施加一定的壓力，同時向篩網的另一端移動。當刮刀移動時，油墨從圖形部分的網孔中被擠壓到承印物上。由於漿料的黏性作用，使印跡固定在一定範圍內，印刷時刮刀始終與絲網印版及承印物呈線接觸，接觸線隨著刮刀的移動而移動，完成印刷行程。

8.快速燒結

網版印刷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，由於玻璃的作用，緊密地黏附在矽片上。當銀電極與結晶矽的溫度達到共晶溫度時，結晶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，改善開路電池的電壓和填充因子。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燃燒，此階段溫度緩慢上升；在燒結階段，在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。，該階段溫度達到峰值；在冷卻降溫階段，玻璃被冷卻、硬化、固化，使電阻膜結構牢固地黏附在基板上。

9. 週邊設備

電池生產過程中還需要供電、動力、給水、排水、暖通、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。一條年產50MW的太陽能電池生產線，僅製程及動力設備的耗電量約為1800KW。製程純水量每小時約15噸，水質需求符合中國電子級水GB/T11446.1-1997 EW-1技術標準。製程冷卻水量也為每小時15噸左右，水質中的顆粒大小不得大於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。考慮到矽烷等特種氣體的安全因素，還需要設置特殊氣體室，絕對確保生產安全。此外，矽烷燃燒塔、污水處理站也是電池生產的必備設施。