单晶硅太阳电池工艺

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P型单晶硅太阳电池 工艺

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目录 Test wafers Texturing Cleaning before diffusion Diffusion Edge isolation and remove PSG PECVD Screen printing and firing SE solar cells introduce

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来料检验

现在有的电池生产公司会有这 道生产工序，因为优质硅片在市场上 常常处于“有价无市”的状态，缺货 严重，许多硅片制造商经常会用硅棒 的“头尾料”来以次充好，卖给下游 电池制造商，所以加上这道工序用来 检验硅片的质量。 此道工序主要检验硅片的厚度、 少子寿命、表面平整度、是否有微裂 纹、电阻率、表面油污等，同时具有 插片功能，可将硅片插入25片一盒的 晶片盒中。我所知的设备供应商是韩 国的fortix公司。这种设备插片速度不 是很快，所以平时也只是用来做抽查 检验，大部分硅片还是手工插入晶片 盒流入下一工序。3

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texturing 第二道工序是制 绒。为了提高单晶硅 太阳电池的光电转换 效率,工业生产中通 常采用碱与醇的混合 溶液对(100)晶面的 单晶硅片进行各向异 性腐蚀，在表面形成 类似“金字塔”状的 绒面结构(陷光结构 ),有效的增强了硅 片对入射太阳光的吸 收,从而提高光生电 流。joe 4

显微镜下的绒面结构图

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texturing国内一般采用深圳捷佳创in-line 制绒机。我所见的该厂家的制绒机 有单槽产200、300和400片三种， 制绒槽的材料有PVC树脂和不锈钢 两种。工艺条件视硅片表面质量而 定，以200片一槽不锈钢材质的设 备为例，硅片表面油污较少易于制 出绒面，碱浓度可在0.8-1.2%之间， 醇添加6-10升即可，硅酸钠500克。 反应时间18-25分钟，反应温度8082度。若表面较脏，工艺的变数就 很大了，反应时间一般是延长至40 分钟，同时加大碱浓度，甚至在制 绒前采用高浓度碱液腐蚀的“粗抛” 工艺。由于受原材料影响较大，所 以制绒工艺很不稳定，需要很有经 验的工艺人员在场控制。

制绒工艺所用的化学辅料现在普遍是NaOH,异丙醇和硅酸钠。有个别公司不用硅酸钠。

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扩散前清洗

制绒后会进行扩散制结，在扩散前要进行 酸洗，洗去硅片表面附着的金属离子。主 要采用盐酸溶液，清洗机一般采用捷佳创 和北京七星华创的。清洗作业还要用到HF 溶液，洗去硅片表面上的薄氧化层。硅片 经过两种酸液的清洗顺序没有严格要求， 一般是先经过HCl,再经过HF。

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diffusion

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diffusion扩散的主要目的是制作PN结，在掺硼的P型硅片上用三氯氧磷进行扩散。三氯 氧磷(磷源)呈液态，放在扩散炉后面，一般源温为18-25度，通过载气N2传进扩 散炉体。三氯氧磷与氧气在炉内反应生成磷扩散进硅片表面下0.3-0.5um,同时通

保护N2,调节气流，保证扩散结的均匀性。 目前大多数厂商采用中电48所和北京七星华创的国产扩散炉，国产炉扩散的均 匀性不好，气流量大，炉口密封性不好，常有绿色的偏磷酸生成。国外 Centrotherm公司生产的扩散炉也有少数公司采用，效果很好，缺点是编辑新扩散 工艺不方便，要求工艺人员会计算机编程语言才能编写工艺程序。 以下是我编写的一个扩散工艺recipe,采用了小气流量扩散工艺。 step Time Temperature N2 flow O2 flow source gas 1 loading 15 2 stability 860 10slm 3 oxidation 8min 860 15slm 2slm 4 first diffusion 15min 860 18 1 0.8slm 5 drive in 10 860 18 0.5 6 second diffusion 10 860 18 1 0.8 7 cool down 至810 25 8 unload 15joe8

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diffusion扩散结的在线检测手段主要有两种，四探针测方块电阻和测少子寿命。不 同生产商对方块电阻的要求不同，看重短路电流的生产商要求方块电阻在 45-50之间，而看重开路电压的生产商会要求方块电阻在35-40之间。

左图为四探针测方阻， 右图为少子寿命测试仪joe 9

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Edge isolation and remove PSG 扩散后，我们只希望硅片上面存在PN结，可是扩散后的硅片在侧面也 存在PN结，侧面的N型区是不需要的，因为它是导致成品电池反向漏电的一 个原因，所以要去掉侧边的N型区。过去采用的办法是等离子刻蚀，将硅片 上下表面用夹具挡住，只留出侧边放入等离子刻蚀机进行干刻，刻蚀气体为 CF4和O2,比例10:1即可。刻蚀后，用冷热探针接触硅片边缘，显示“P”即可， 或用万用表的触笔测试边缘，电阻大于5000欧亦可。现今一些大公司引进了 德国的RENA湿法刻蚀设备，使硅片在滚轮上漂浮通过硝酸、硫酸、氢氟酸 的混合溶液，利用“虹吸原理”使硅片边缘吸入酸液腐蚀掉N型区，同时硅 片背面的绒面结构被腐蚀平整。大规模生产后证明，湿法刻蚀相对于干法刻 蚀，将电池效率提高了0.15-0.2%。 等离子刻蚀后会进行去“磷硅玻璃”清洗，因为扩散后，硅片表面会生 长一层含磷的二氧化硅层，称为“磷硅玻璃”。清洗溶液为HF溶液，浓度在 5%左右。RENA设备整合了去磷硅玻璃这一步，边缘腐蚀后，硅片会漂到HF 溶液中。 这里顺便提一下，国外的公司进行边缘刻蚀采用了激光刻蚀，用激光将 硅片边缘切除达到去N型区的目的，这一步在做成成品电池后进行，激光器 加在了烧结炉和Berger测试仪之间(后面会提及)。国内也尝试过这种办法， 但是激光刻蚀国内公司使用总是不稳定，所以很少有公司添加了这种设备， 拥有这种设备的公司一般只是在等离子刻蚀不完全时加上激光刻蚀，防止反 向漏电大现象。

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Edge isolation and remove PSG

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PECVD镀膜的原理相信

大家都很清楚，单晶硅电池 镀膜的主要作用是减反射和钝化硅片表面悬 挂键。国内厂商所用的镀膜设备主要有两种， Roth&Rau公司的板式镀膜机和Centrotherm 的管式镀膜机。此外，中电48所采用自主制 造的管式镀膜机，南京中电采用了ATON 的 PVD镀膜。后面附上了板式PECVD设备的 一些图片，很遗憾没有管式设备的全貌图,右 边小角是管式设备镀膜装硅片所用的石墨舟。

商业化生产单晶硅电池镀膜主要是镀单层氮 化硅，厚度控制在75-80nm,折射率在2.0-2.1 之间。在线检测设备为椭偏仪。

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PECVD

板式PECVD

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PECVD 镀膜的工艺气体只有硅烷和氨气，板式镀膜采用MW generator,激发 频率较大，所以氨气用量较小，管式设备采用HF(高频) generator,频率不 超过13.56MHz,氨气难电离，所以氨气消耗量很大。板式设备氨气与硅烷的 比例对电池的效率影响较大，以效率为17%的P型单晶硅电池为例，氨气与硅 烷的比例一般控制在2.3:1左右，总气流量为2500sccm,一般来说，在一定 范围内，硅烷量多一些，钝化效果更好些。管式设备氨气量耗费大致在每 batch 100L左右，流量为5L/min,硅烷流量450-550sccm即可。反应温度在 400-450度，功率2600-3000W,不同公司的工艺参数会有些许不同。实际的 镀膜效果来看，管式设备做出的电池效率比板式的高0.2-0.3%,多晶硅电池 采用这两种设备镀膜，做出的电池效率差距更明显。从QE谱图上看，管式设 备做出的电池短波响应更高一些。

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Screen printing and firing 镀膜后做金属电极的方法很多，国内厂商商业化生产大多采用 AMAT Baccini的丝网印刷设备。将金属浆料通过不锈钢网版印到硅片上， 背面主要印背电极和背场，烘箱烘干后翻片，再在上表面印正电极，通过 烧结工艺使正面金属浆料穿透氮化硅膜与硅片表面形成欧姆接触。

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左图为软件工艺参 数更改界面，常被 更改的是以下四个参数。 snap-off称为丝网间距， down-stop称为刮板高度， pressure是印刷压力， printing speed是印刷速度。 修改OFFSETS框内的X, Y,Theta值可以保证在硅 片上印刷图形的准确。 丝网印刷设备组成部分 较多，详细介绍起来十分 繁琐，如有兴趣可共同研 究，这里不做更详细的介 绍了。18

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firing

烧结是丝网印刷后电池制造的最后一道工序，国内生产商采用的烧结炉主要 来自三个厂商，Centrotherm,BTU和Despatch.

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firing

以Centrotherm烧结炉为例，以下是它的一个典型的工艺参数配置 HTO:烘干区 350 380 400度 FF:快速烧结区 450 500 550 625 820 840度，前四个区烧结背电极和铝背场，后两个区烧 结正电

极(银电极)。 传送带的速度为5000mm/min 电池方块电阻为47ohm/方块 快速烧结区采用红外灯管加热，具体样式请见下图。

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IR lamp

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ktx1.html