单体电池的制造-solarbe文库

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单体电池的制造硅单体太阳电池的主要制造工艺主要包包括表面准备、扩散制结、制作电极和减反射膜几道工序，下面分别作一叙述 2．1 硅片的表面处理硅片的表面准备是制造硅太阳电池的第一步主要工艺，它包括硅片的化学清洗和表面腐蚀。 2．1．1 硅片的化学处理通常，由单晶棒所切割的硅片表面可能污染的杂质大致可归纳为三类1、油脂、松香、蜡等有机物质。 2、金属、金属离子及各种无机化合物。3 、尘埃以及其它可溶性物质，通过一些化学清洗剂可以达到去污的目的。如硫酸、王水、酸性和碱性过氧化氢溶液等。 2．1．2 硅片的表面腐蚀 m 厚的损伤层，腐蚀液有酸性和碱性两类。 硅片经过初步清洗去污后，要进行表面腐蚀，这是由于机械切片后，在硅片表面留下的平均为 30～50 1、酸性腐蚀法硝酸和氢氟酸的混合液可以起到很好的腐蚀作用，其溶液配比为浓硝酸氢氟酸101 到 21。硝酸的作用是使单质硅氧化为二氧化硅，其反应为 3Si4HNO33SiO22HO24NO 而氢氟酸使在硅表面形成的二氧化硅不断溶解，使反应不断进行，其反应为生成的络合物六氟硅酸溶于水，通过调整硝酸和氢氟酸的比例，溶液的温度可控制腐蚀速度，如在腐蚀液中加入醋酸作缓冲剂，可使硅片表面光亮。一般酸性腐蚀液的配比为硝酸氢氟酸醋酸53 3 或 511 2、碱性腐蚀 硅可与氢氧化钠、氢氧化钾等碱的溶液起作用，生成硅酸盐并放出氢气，化学反应为 Si2NaOHH2ONa2SiO32H2 C 下不同浓度的 NaOH 溶液对（100）晶向硅片的腐蚀速度。出于经济上的考虑，通常用较廉价的 NaOH 溶液，图 3.4 为 100 图 3.4 硅片在不同浓度 NaOH 溶液中的腐蚀速率碱腐蚀的硅片表面虽然没有酸腐蚀光亮平整，但制成的电池性能完全相同，目前，国内外在硅太阳电池生产中的应用表明，碱腐蚀液由于成本较低，对环境污染较小，是较理想的硅表面腐蚀液，另外碱腐蚀还可以用于硅片的减薄技术，制造薄型硅太阳电池。 2．1．3 碱面硅表面的制备太阳电池主要进展之一是应用了绒面硅片，绒面状的硅表面是利用硅的各向异性腐蚀，在硅表面形成无数的四面方锥体，图 3.5 为扫描电子显微镜观察到的绒面硅表面。图 3.5 在扫描电镜下绒面电池表面的外貌 m 的峰是方形底面金字塔的顶。这些金字塔的 高 10 侧面是硅晶体结构中相交的111面由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，其反射率很低，故绒面电池也称为黑电池或无反射电池。 m 为宜。各向异性腐蚀即腐蚀速度随单晶的不同结晶方向而变化，一般说来，晶面间的共价健密度越高，也就越难腐蚀。对于硅而言，如选择合适的腐蚀液和腐蚀温度，（100）面可比（111 ）面腐蚀速度大数十倍以上。因此，（100）硅片的各向异性腐蚀最终导致在表面产生许多密布的表面为（111 ）面的四面方锥体，由于腐蚀过程的随机性，方锥体的大小不等，以控制在 3～6 C 左右，为了获得均匀的绒面，还应在溶液中添加醇类（如无水乙醇或异丙醇等）作为络合剂，加快硅的腐蚀。 硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，如氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化锂，联氨和乙二胺等，商品化电池的生产中，通常使用廉价的氢氧化钠稀溶液（浓度为 1～2）来制备绒面硅，腐蚀温度为 80 2．2 扩散制结制结过程是在一块基体材料上生成导电类型不同的扩散层，它和制结前的表面处理均是电池制造过程中的关键工序。制结方法有热扩散，离子注入，外延，激光及高频电注入法等。本节主要介绍热扩散法。扩散是物质分子或原子运动引起的一种自然现象，热扩散制 pn 结法为用加热方法使 V 族杂质掺入 P 型或Ⅲ族杂质掺入 n 型硅。硅太阳电池中最常用的 V 族杂质元素为磷，Ⅲ族杂质元素为硼。 /□，硅太阳电池所用的主要热扩散方法有涂布源扩散，液态源扩散，固态源扩散等，下面分别对这几种方法作简单介绍。m，方块电阻均 20～70 对扩散的要求是获得适合于太阳电池 pn 结需要的结深和扩散层方块电阻，浅结死层小，电池短波响应好，而浅结引起串联电阻增加，只有提高栅电极的密度，才能有效提高电池的填充因子，这样，增加了工艺难度，结深太深，死层比较明显，如果扩散浓度太大，则引起重掺杂效应，使电池开路电压和短路电流均下降，实际电池制作中，考虑到各个因素，太阳电池的结深一般控制在 0.3～0.5 2．2．1 涂布源扩散涂布源扩散一般分简单涂源扩散和二氧化硅乳胶源涂布扩散。简单涂源扩散是用一、二滴五氧化二磷或三氧化二硼在水（或乙醇）中稀溶液，预先滴涂于 p 型或 n 型硅片表面作杂质源与硅反应，生成磷或硼硅玻璃。沉积在硅表面的杂质元素在扩散温度下向硅内部扩散。因而形成 pn 或 np 结。工业生产中，涂布源方法有喷涂，刷涂，丝网印刷，浸涂，旋转涂布等。该方法成本低廉，适宜于小批量生产涂源扩散工艺的主要控制因素是扩散温度，扩散时间和杂质源浓度，最佳扩散条件常随硅片的性质和扩散设备而变化。实例 p 型硅片晶向（111）电阻率 cm 1.0 C扩散温度 900～950 扩散时间 10～15min 氮气流量 30～70ml/min 杂质源为特纯 P2O5 在水或乙醇中的溶液 /□表面方块电阻 20～40 C 下烧烘烤后逐步形成无定型的二氧化硅。二氧化硅乳胶可在硅酸乙酯中加水和无水乙醇经过水解而成，也可将四氯化硅通入醋酸后加乙醇制得。乳胶中适量溶解五氧化二磷或三氧化二硼等杂质，并经乙醇稀释成可用的二氧化硅乳胶源。二氧化硅乳胶实际上是一种有机硅氧烷的水解聚合物，能溶于乙醇等有机溶剂中，形成有一定粘度的溶液，它在 100～400 cm实例，1 P 型硅片中，将掺杂五氧化二磷的这种源涂布， C干燥温度 200 C扩散温度 800～950 扩散时间 15～ 60min /□则可使方块电阻为 10～40 m 左右。结深 0.5 2．2．2 液态源扩散