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1、太阳电池生产工艺1第1页，共60页，编辑于2022年，星期五概要概要概要概要太阳电池性能分类检测过程中的关注点太阳电池性能分类检测过程中的关注点丝网印刷中的基本考虑丝网印刷中的基本考虑烧结对电池性能的影响烧结对电池性能的影响硅片边缘等离子体刻蚀过程及控制硅片边缘等离子体刻蚀过程及控制钝化减反膜的作用和要求钝化减反膜的作用和要求扩散工艺及控制要点扩散工艺及控制要点制绒要求及有关考虑制绒要求及有关考虑2第2页，共60页，编辑于2022年，星期五太阳电池性能分类检测过程中的关注点太阳电池性能分类检测过程中的关注点太阳电池性能分类检测过程中的关注点太阳电池性能分类检测过程中的关注点1.太阳电池的结构太
2、阳电池的结构3第3页，共60页，编辑于2022年，星期五R=r1+r2r2=t/Sr=1cm，t=200um125125：r2=0.13m；156156：r2=0.085m r2 r14第4页，共60页，编辑于2022年，星期五2.太阳电池的等效电路太阳电池的等效电路I=ILI0expe(V+IRS)/kT-1-(V+IRS)/RSHISC=IL/1+(RS/RSH)负载匹配！负载匹配！ILIDRSHRS5第5页，共60页，编辑于2022年，星期五3.I-V曲线和曲线和P-V曲线曲线RS=0.005，RSH=10，IL=34.5mA/cm2，=16.85，FF=78.6%，Voc=623mV，
3、ISC=5.23A6第6页，共60页，编辑于2022年，星期五4.并联电阻对并联电阻对I-V曲线的影响曲线的影响RSH=10 RSH=1 RSH=0.5 RS=0.005 7第7页，共60页，编辑于2022年，星期五5.串联电阻对串联电阻对I-V曲线的影响曲线的影响RS=5 mRS=15 mRS=30 mRSH=10 8第8页，共60页，编辑于2022年，星期五6.烧穿和烧结不足时的烧穿和烧结不足时的I-V曲线曲线RSH=10 RS =0.005 RSH=10 RS =0.2 RSH=0.1 RS =0.005 极端情况：烧穿极端情况：烧穿短路电流低，开路电压降低很大短路电流低，开路电压降低很
4、大烧结不足烧结不足短路电流低，开路电压不变短路电流低，开路电压不变9第9页，共60页，编辑于2022年，星期五7.温度对电池性能的影响温度对电池性能的影响T=278 KT=298 KT=318 KRS=0.005，RSH=10 10第10页，共60页，编辑于2022年，星期五丝网印刷中的基本考虑丝网印刷中的基本考虑丝网印刷中的基本考虑丝网印刷中的基本考虑1银浆的印刷银浆的印刷l在大规模商业化生产中，可靠的银次栅线的最小宽度在大规模商业化生产中，可靠的银次栅线的最小宽度需在需在150微米左右；微米左右；l一般来说，对于可靠和可重复的印刷，栅线的宽度一般来说，对于可靠和可重复的印刷，栅线的宽度很难
5、小于丝网线直径的四倍；这主要是由生产环境很难小于丝网线直径的四倍；这主要是由生产环境中需要多次重复使用同时又必须提供足够强度的丝中需要多次重复使用同时又必须提供足够强度的丝网的网线直径所决定的。网的网线直径所决定的。11第11页，共60页，编辑于2022年，星期五l对于很细的栅线的印刷可以通过使用腐蚀有印刷线图案的对于很细的栅线的印刷可以通过使用腐蚀有印刷线图案的不锈钢片来代替丝网，开口线条处留有桥架加固，但这类不锈钢片来代替丝网，开口线条处留有桥架加固，但这类网板很昂贵因而在生产中很少使用；网板很昂贵因而在生产中很少使用；l由于一方面要保证线宽尽可能地窄，而另一方面又由于一方面要保证线宽尽可
6、能地窄，而另一方面又要保证线条的横截面达到一定的数值，因此用于银要保证线条的横截面达到一定的数值，因此用于银栅线印刷的丝网板的乳胶层的厚度非常关键；栅线印刷的丝网板的乳胶层的厚度非常关键；12第12页，共60页，编辑于2022年，星期五l实验证明，只有当栅线的高度达到实验证明，只有当栅线的高度达到20微米左右时才能微米左右时才能实现。但要注意，经过高温烧结，实现。但要注意，经过高温烧结，20微米高的银栅微米高的银栅线会收缩到一半左右；另外，丝网印刷后经过高温烧线会收缩到一半左右；另外，丝网印刷后经过高温烧结的银栅线的电导特性会比常规银材料差结的银栅线的电导特性会比常规银材料差3倍左右；倍左右；
7、l银浆料与扩散有磷的硅的金属接触是太阳电池制银浆料与扩散有磷的硅的金属接触是太阳电池制作中的一个关键步骤并对电池的最终性能具有至作中的一个关键步骤并对电池的最终性能具有至关重要的影响关重要的影响。13第13页，共60页，编辑于2022年，星期五2铝浆的印刷铝浆的印刷l利用丝网印刷到硅片背面的铝浆的厚度控制是非常重利用丝网印刷到硅片背面的铝浆的厚度控制是非常重要的。如果太薄，所有铝浆均会在后续的烧结过程中要的。如果太薄，所有铝浆均会在后续的烧结过程中（温度高于（温度高于577 C）与硅形成熔融区域而被消耗，而该）与硅形成熔融区域而被消耗，而该合金区域无论从横向电导率还是从可焊性方面均不适合合金区
8、域无论从横向电导率还是从可焊性方面均不适合于作为背面金属接触。于作为背面金属接触。l相反，如果太厚，一方面浪费浆料；同时还会导相反，如果太厚，一方面浪费浆料；同时还会导致其不能在进高温区之前充分干燥，或许更坏的致其不能在进高温区之前充分干燥，或许更坏的情形是不能将其中的所有有机物全部赶出从而不情形是不能将其中的所有有机物全部赶出从而不能将整个铝浆层转变为金属铝。能将整个铝浆层转变为金属铝。14第14页，共60页，编辑于2022年，星期五l丝网版的设计对厚度控制非常重要。丝网密度丝网版的设计对厚度控制非常重要。丝网密度和网线直径对浆料穿过丝网的难易程度有直接影和网线直径对浆料穿过丝网的难易程度有
9、直接影响。作为决定印刷图案的模版是通过涂在网版上响。作为决定印刷图案的模版是通过涂在网版上下两面的乳胶层来实现的。单层乳胶的厚度可以下两面的乳胶层来实现的。单层乳胶的厚度可以从从1微米到超过微米到超过30微米，更厚的要求通常是利用多层微米，更厚的要求通常是利用多层乳胶制备的。因此，影响所印铝浆的厚度的因素包乳胶制备的。因此，影响所印铝浆的厚度的因素包括：丝网密度、网线直径、乳胶层厚度、印刷头压括：丝网密度、网线直径、乳胶层厚度、印刷头压力、印刷速度以及浆料的黏性。力、印刷速度以及浆料的黏性。15第15页，共60页，编辑于2022年，星期五l网版上表面的乳胶层厚度不需要很厚，但下表面乳胶层需网版
10、上表面的乳胶层厚度不需要很厚，但下表面乳胶层需要与要印刷的浆料一样厚。下表面乳胶层可防止印刷过程要与要印刷的浆料一样厚。下表面乳胶层可防止印刷过程中印刷头将网线挤压过度而太靠近硅片表面。中印刷头将网线挤压过度而太靠近硅片表面。l通常，铝浆层的厚度需要至少在通常，铝浆层的厚度需要至少在20微米。如乳胶层微米。如乳胶层厚度太大，很难将浆料挤压穿过网版而到达硅片表面，厚度太大，很难将浆料挤压穿过网版而到达硅片表面，除非浆料很稀或印刷头压力非常大，但这些极端情况除非浆料很稀或印刷头压力非常大，但这些极端情况一般不采用。一般不采用。l印刷头压力要足够大以将所期望的浆料数量挤过网版，但印刷头压力要足够大以
11、将所期望的浆料数量挤过网版，但压力太高会导致网版及印刷头表面磨损。压力太高会导致网版及印刷头表面磨损。16第16页，共60页，编辑于2022年，星期五l至于印刷速度太慢会影响产能，而太快又不能挤压足够的至于印刷速度太慢会影响产能，而太快又不能挤压足够的浆料穿过网版。对于挤压一定量的浆料，通常是速度越快，浆料穿过网版。对于挤压一定量的浆料，通常是速度越快，所需的压力越高。所需的压力越高。l浆料黏性太高，挤压足够的浆料穿过网版所需的压力浆料黏性太高，挤压足够的浆料穿过网版所需的压力就会很大；而黏性太低，因浆料流动性太大印刷出的就会很大；而黏性太低，因浆料流动性太大印刷出的线条难以保持所设计的截面。
12、线条难以保持所设计的截面。l在全面积铝背场的印刷中，印刷头压力选择尤其重要。过高在全面积铝背场的印刷中，印刷头压力选择尤其重要。过高的压力会导致硅片中心区域印得太薄，因为在这种情况下，的压力会导致硅片中心区域印得太薄，因为在这种情况下，只是硅片的边缘有乳胶层，硅片中心区域网版要距离硅片近只是硅片的边缘有乳胶层，硅片中心区域网版要距离硅片近得多；过低的压力又不能挤压足够的浆料穿过网版，因而印得多；过低的压力又不能挤压足够的浆料穿过网版，因而印得太薄。得太薄。17第17页，共60页，编辑于2022年，星期五1银栅线的烧穿银栅线的烧穿烧结对电池性能的影响烧结对电池性能的影响烧结对电池性能的影响烧结对
13、电池性能的影响相比于铝浆的烧相比于铝浆的烧结，银浆的烧结要重结，银浆的烧结要重要得多；其对电池片要得多；其对电池片性能的影响主要表现性能的影响主要表现在串联电阻，因而也在串联电阻，因而也表现在填充因子上。表现在填充因子上。18第18页，共60页，编辑于2022年，星期五l从尺度上讲，磷扩散的深度远小于从尺度上讲，磷扩散的深度远小于1微米，而栅线至微米，而栅线至少是少是120微米宽。在烧结过程中，银会被驱入到掺微米宽。在烧结过程中，银会被驱入到掺磷的硅里，因而会减低银硅合金区域下的扩磷硅磷的硅里，因而会减低银硅合金区域下的扩磷硅层的横向导电率。层的横向导电率。l如果银被驱赶得太深，因银硅合金区域
14、很高的电阻率如果银被驱赶得太深，因银硅合金区域很高的电阻率而使得其所在位置的而使得其所在位置的PN结所收集到的电子几乎不能结所收集到的电子几乎不能直接穿过该银硅合金区域，这就使得作为金属电直接穿过该银硅合金区域，这就使得作为金属电极的银栅线对电子的收集只集中在栅线的边沿区极的银栅线对电子的收集只集中在栅线的边沿区域；而相比于银栅线与硅的总接触面积来说，边域；而相比于银栅线与硅的总接触面积来说，边沿区域的接触面积只占大约沿区域的接触面积只占大约1%。19第19页，共60页，编辑于2022年，星期五l由于银具有较高的功函数，银与硅的接触时很难由于银具有较高的功函数，银与硅的接触时很难实现欧姆接触。
15、这个问题可以通过高浓度的磷扩实现欧姆接触。这个问题可以通过高浓度的磷扩散以防止银与散以防止银与N-型硅之间形成型硅之间形成Schottky势垒从而实势垒从而实现欧姆接触。现欧姆接触。l然而，遗憾的是，最浓的磷扩散区域靠近硅片的表然而，遗憾的是，最浓的磷扩散区域靠近硅片的表面。因此，如果银被驱赶得太深，一方面会使得高面。因此，如果银被驱赶得太深，一方面会使得高导电性的磷扩散区域被封闭；另一方面还会使得银导电性的磷扩散区域被封闭；另一方面还会使得银与磷掺杂浓度较低的硅区域接触而形成与磷掺杂浓度较低的硅区域接触而形成Schottky势势垒从而接触电阻很高。垒从而接触电阻很高。20第20页，共60页，
16、编辑于2022年，星期五l因此，理想情况是在烧结中银被驱赶到硅中的深度尽可因此，理想情况是在烧结中银被驱赶到硅中的深度尽可能地浅，但温度要足够高以实现从银浆到银金属的转变，能地浅，但温度要足够高以实现从银浆到银金属的转变，而同时又使得银能够与硅充分地形成合金以获得必要的而同时又使得银能够与硅充分地形成合金以获得必要的机械附着强度和确保机械附着强度和确保SCHOTTKY势垒的去除；势垒的去除；l温度过高的烧结会将银驱入到温度过高的烧结会将银驱入到PN结区或结区或PN结区以外的结区以外的P型区域。当扩散不均应时，这种现象要特别引起关注。由型区域。当扩散不均应时，这种现象要特别引起关注。由于银本身的
17、功函数较高，不会导致因穿过结区与于银本身的功函数较高，不会导致因穿过结区与P型硅衬底型硅衬底形成欧姆接触而短路。但是，会因为银浆料中的杂质扩散形成欧姆接触而短路。但是，会因为银浆料中的杂质扩散到结区耗尽层而使载流子复合大为提高，从而降低其性能。到结区耗尽层而使载流子复合大为提高，从而降低其性能。21第21页，共60页，编辑于2022年，星期五l总之，磷扩散工序有任何变化，就要重新优化银烧总之，磷扩散工序有任何变化，就要重新优化银烧结条件。结条件。l顺便提到，介电膜如氮化硅等的采用，使以上顺便提到，介电膜如氮化硅等的采用，使以上要求更为保障。一方面，使得机械附着得到保障；要求更为保障。一方面，使
18、得机械附着得到保障；同时，同时，“死层效应死层效应”降低。当然，介电膜的厚度降低。当然，介电膜的厚度均匀性和成份均匀性要控制好。均匀性和成份均匀性要控制好。22第22页，共60页，编辑于2022年，星期五2银栅线的电阻检测银栅线的电阻检测l经过高温烧结后，可以通过测量沿单根栅线的电压降来检经过高温烧结后，可以通过测量沿单根栅线的电压降来检验由于银栅线的电阻造成的损失。方法是，将电池放置在验由于银栅线的电阻造成的损失。方法是，将电池放置在模拟太阳光下，使电池两极处于短路状态以确保有最大电模拟太阳光下，使电池两极处于短路状态以确保有最大电流通过栅线，利用万用电表测量主栅线与各次栅线靠电池流通过栅线
19、，利用万用电表测量主栅线与各次栅线靠电池边缘之间的电压降。这段距离通常为边缘之间的电压降。这段距离通常为3厘米左右，对于银栅厘米左右，对于银栅线质量比较好的情况，所测得的电压降可以低于线质量比较好的情况，所测得的电压降可以低于20mV；而对于银栅线质量比较差的情况，所测得的电压降可以高达而对于银栅线质量比较差的情况，所测得的电压降可以高达100mV。l比起正常的情况来说，沿栅线较高的电阻损失会使其最大比起正常的情况来说，沿栅线较高的电阻损失会使其最大工作点电压从工作点电压从500mV降到降到400-450mV，填充因子下降，填充因子下降10-20%。23第23页，共60页，编辑于2022年，星
20、期五3背面铝浆料的干燥背面铝浆料的干燥l烘干过程的目的是使浆料中的溶剂和稀释剂得到去烘干过程的目的是使浆料中的溶剂和稀释剂得到去除。在高温烧结过程中，任何残留的溶剂和稀释剂除。在高温烧结过程中，任何残留的溶剂和稀释剂会导致浆料往外迸发形成鼓包。会导致浆料往外迸发形成鼓包。l另一方面，一定厚度的背面氧化铝层是必需的，以使另一方面，一定厚度的背面氧化铝层是必需的，以使熔化的铝和铝熔化的铝和铝/硅保持在其位置上；可见，含氧气氛是硅保持在其位置上；可见，含氧气氛是必要的。必要的。l铝表面氧化不充分会导致熔化的铝和硅穿过氧化铝层铝表面氧化不充分会导致熔化的铝和硅穿过氧化铝层而在电池背面形成铝珠。而在电池
21、背面形成铝珠。24第24页，共60页，编辑于2022年，星期五l干燥后，在烧结过程中印刷浆料里的铝与硅形成硅干燥后，在烧结过程中印刷浆料里的铝与硅形成硅/铝合金，并有一部分铝粉颗粒熔化而在硅片背面形成铝合金，并有一部分铝粉颗粒熔化而在硅片背面形成一层金属铝。一层金属铝。l烧结过程不能太短以保证硅烧结过程不能太短以保证硅/铝合金的形成，也不能太铝合金的形成，也不能太长而消耗掉所有的铝。长而消耗掉所有的铝。l铝在硅中是作为铝在硅中是作为P型掺杂的，硅片背表面掺铝形成所谓型掺杂的，硅片背表面掺铝形成所谓的铝背场，可以减少金属与硅交界处的少子复合（降的铝背场，可以减少金属与硅交界处的少子复合（降低暗饱
22、和电流），从而提高开路电压和增加短路电流，低暗饱和电流），从而提高开路电压和增加短路电流，特别是改善对红外光线的响应。特别是改善对红外光线的响应。25第25页，共60页，编辑于2022年，星期五l经过高温烧结后，将电池放置在模拟太阳光下，利用经过高温烧结后，将电池放置在模拟太阳光下，利用万用电表依此测量背面与正面各对应位置之间的电压。万用电表依此测量背面与正面各对应位置之间的电压。正常情况下，除靠近边缘区域电压稍微低一些以外，正常情况下，除靠近边缘区域电压稍微低一些以外，其它各点电压应比较均匀。但是，如果某些区域点的其它各点电压应比较均匀。但是，如果某些区域点的电压比其周围区域的电压低得太多，
23、可以断定该区域电压比其周围区域的电压低得太多，可以断定该区域存在铝等金属污染。存在铝等金属污染。4烧结后正面结可能铝污染的检测烧结后正面结可能铝污染的检测26第26页，共60页，编辑于2022年，星期五硅片边缘等离子刻蚀过程及控制硅片边缘等离子刻蚀过程及控制硅片边缘等离子刻蚀过程及控制硅片边缘等离子刻蚀过程及控制l由于在扩散过程中，即使采用硅片的背对背扩散，硅由于在扩散过程中，即使采用硅片的背对背扩散，硅片的所有表面（包括正反面和边缘）都将不可避免地片的所有表面（包括正反面和边缘）都将不可避免地扩散上磷。扩散上磷。PNPN结的正面所收集到的光生电子会沿着结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散
24、有磷的区域流到边缘扩散有磷的区域流到PNPN结的背面，而造成短路，结的背面，而造成短路，该短路通道等效于降低并联电阻。因此要制得性能好该短路通道等效于降低并联电阻。因此要制得性能好的太阳电池，需要将该短路通道去除的太阳电池，需要将该短路通道去除。27第27页，共60页，编辑于2022年，星期五redgeRSHILIDRSReff=RSHredge/(RSH+redge)28第28页，共60页，编辑于2022年，星期五l通常采用等离子体刻蚀法将硅片边缘扩散有磷的通常采用等离子体刻蚀法将硅片边缘扩散有磷的区域去除。方法是将一定数量的硅片整齐地叠放区域去除。方法是将一定数量的硅片整齐地叠放在一起，并
25、将上下最两端的硅片加以保护，然后在一起，并将上下最两端的硅片加以保护，然后将这些叠放在一起的硅片置于刻蚀腔内。经抽真将这些叠放在一起的硅片置于刻蚀腔内。经抽真空并引入适当的工作气体后，施加一定的射频能空并引入适当的工作气体后，施加一定的射频能量，即可在叠放在一起的硅片周围产生等离子体。量，即可在叠放在一起的硅片周围产生等离子体。射频波能量被反应气体吸收后将气体分子离化而射频波能量被反应气体吸收后将气体分子离化而产生有活性的离子或自由基，这些离子或自由基产生有活性的离子或自由基，这些离子或自由基通过与硅片边缘的硅原子的不断反应而将硅原子通过与硅片边缘的硅原子的不断反应而将硅原子带走，即实现带走，
26、即实现刻蚀刻蚀。29第29页，共60页，编辑于2022年，星期五l在等离子体刻蚀工艺中，关键的工艺参量是射频功率在等离子体刻蚀工艺中，关键的工艺参量是射频功率和刻蚀时间。如功率太高，等离子体中离子的能量较和刻蚀时间。如功率太高，等离子体中离子的能量较高而会对硅片边缘造成较大的轰击损伤，导致边缘区高而会对硅片边缘造成较大的轰击损伤，导致边缘区域的电性能变差从而使电池的性能下降。因此，人们域的电性能变差从而使电池的性能下降。因此，人们通常倾向于采用功率相对较低而时间相对较长的刻蚀通常倾向于采用功率相对较低而时间相对较长的刻蚀工艺。当然，另一方面，等离子体刻蚀过程中，载能工艺。当然，另一方面，等离子
27、体刻蚀过程中，载能离子也会对硅片边缘附近的正反表面区域造成影响。离子也会对硅片边缘附近的正反表面区域造成影响。刻蚀过程越长，这种影响越严重。刻蚀过程越长，这种影响越严重。30第30页，共60页，编辑于2022年，星期五l因此，在生产过程中，等离子体刻蚀的功率大小因此，在生产过程中，等离子体刻蚀的功率大小和刻蚀时间长短的选取是一种折衷考虑。较高能和刻蚀时间长短的选取是一种折衷考虑。较高能量的离子轰击对边缘区域造成的损伤会对边缘区量的离子轰击对边缘区域造成的损伤会对边缘区域所收集到的载流子有一定程度的减少，因而会域所收集到的载流子有一定程度的减少，因而会导致短路电流稍微降低。其最大后果是会使器件导
28、致短路电流稍微降低。其最大后果是会使器件的理想因子的理想因子“n n”增加，因为在结区（耗尽区）造增加，因为在结区（耗尽区）造成的损伤会使得结区复合增加，从而表现在理想成的损伤会使得结区复合增加，从而表现在理想因子的增加。因子的增加。31第31页，共60页，编辑于2022年，星期五l对于较低的等离子功率，需要较长的刻蚀时间。对于较低的等离子功率，需要较长的刻蚀时间。如果刻蚀不足，电池的并联电阻会下降，对这种如果刻蚀不足，电池的并联电阻会下降，对这种情况需要增加功率或延长刻蚀时间。如果刻蚀时情况需要增加功率或延长刻蚀时间。如果刻蚀时间长到足以对电池片的正反面造成损伤，由于这间长到足以对电池片的正
29、反面造成损伤，由于这不可避免地会造成损伤延伸到正面结区，因而也不可避免地会造成损伤延伸到正面结区，因而也会使理想因子会使理想因子“n n”增加。如果刻蚀时间过长，会增加。如果刻蚀时间过长，会因损伤区域的高复合而使得开路电压和短路电流降因损伤区域的高复合而使得开路电压和短路电流降低。低。32第32页，共60页，编辑于2022年，星期五l等离子功率太低会使等离子体不稳定和分布不均匀，等离子功率太低会使等离子体不稳定和分布不均匀，从而造成某些区域刻蚀过度而某些区域刻蚀不足，从而造成某些区域刻蚀过度而某些区域刻蚀不足，导致并联电阻下降。开路电压的分布测量是检验该导致并联电阻下降。开路电压的分布测量是检
30、验该问题的有效方法，如边缘刻蚀不足，则接近边缘区问题的有效方法，如边缘刻蚀不足，则接近边缘区域时，开路电压会降低很大（甚至低到域时，开路电压会降低很大（甚至低到200200mVmV）；）；而正常情况下，该下降应比较小。而正常情况下，该下降应比较小。33第33页，共60页，编辑于2022年，星期五钝化减反膜的作用和要求钝化减反膜的作用和要求钝化减反膜的作用和要求钝化减反膜的作用和要求l表面平整的硅片在很宽的波长范围（表面平整的硅片在很宽的波长范围（40040010501050nmnm）内内对入射光的反射均高于对入射光的反射均高于30%30%。该反射可以通过表面绒面。该反射可以通过表面绒面来降低。
31、但是，一方面，金字塔绒面只能在特定取向来降低。但是，一方面，金字塔绒面只能在特定取向（接近（接近100100晶向）的硅片上实现，减反的效果只能低到晶向）的硅片上实现，减反的效果只能低到接近接近10%10%；另一方面，对于不适合于绒面制备的硅片、；另一方面，对于不适合于绒面制备的硅片、因其它考虑要求平表面硅片的电池或为了进一步降低因其它考虑要求平表面硅片的电池或为了进一步降低反射，需要在硅片表面制备一层或多层介质膜。反射，需要在硅片表面制备一层或多层介质膜。34第34页，共60页，编辑于2022年，星期五l介质膜的种类及制备方法有多种，比如真空加热介质膜的种类及制备方法有多种，比如真空加热沉积、
32、化学气相沉积、丝网印刷、溅射、电子束沉积、化学气相沉积、丝网印刷、溅射、电子束蒸发、离心甩胶甚至喷镀等等。考虑到介质膜的蒸发、离心甩胶甚至喷镀等等。考虑到介质膜的质量及生产成本，最常用的减反介质膜是氮化硅质量及生产成本，最常用的减反介质膜是氮化硅和二氧化钛，前者主要采用化学气相沉积，而后和二氧化钛，前者主要采用化学气相沉积，而后者主要采用喷镀、化学气相沉积和丝网印刷。者主要采用喷镀、化学气相沉积和丝网印刷。35第35页，共60页，编辑于2022年，星期五l太阳电池制作中对于介质膜的要求是：太阳电池制作中对于介质膜的要求是：折射率折射率为为1.91.92.12.1。我。我们们注意到，若注意到，若
33、选择选择适当的介适当的介质层质层厚度和折射率厚度和折射率可以将某一特定波可以将某一特定波长长的入射光反射降低到零。然而，太的入射光反射降低到零。然而，太阳光的光阳光的光谱谱范范围围包含包含许许多各种不同的波多各种不同的波长长，零反射条件，零反射条件的的选择选择只能只能针对针对某一波某一波长长，其它波，其它波长长的光的反射会随与的光的反射会随与此特定波此特定波长长的偏离的增大而增加。因此，的偏离的增大而增加。因此，减反介质层的减反介质层的设计要根据太阳光波长的分布特征和硅材料的吸收特点而作设计要根据太阳光波长的分布特征和硅材料的吸收特点而作总体考虑。基于这些考虑，对于总体考虑。基于这些考虑，对于
34、折射率折射率为为1.91.92.12.1的介的介质层质层，厚度为厚度为8080nmnm左右。这也是为什么生产出来的太阳电池看起左右。这也是为什么生产出来的太阳电池看起来是蓝色的，因为较短波长的光比较长波长的光的反射要多。来是蓝色的，因为较短波长的光比较长波长的光的反射要多。36第36页，共60页，编辑于2022年，星期五l当当然然，在在实实验验室室一一般般可可以以采采用用多多层层减减反反膜膜以以使使入入射射太太阳阳光光中中多多个个波波长长光光的的反反射射均均降降为为零零，在在这这种种情情况况下下，太太阳阳电电池池看看起起来来是是黑黑色色或或深深绿绿色色的的。通通常常在在大大规规模模生生产产中中
35、，由由于于成成本的考虑，只采用一层减反膜。本的考虑，只采用一层减反膜。l原则上，减反介质膜可以在生产过程中的不同阶段制原则上，减反介质膜可以在生产过程中的不同阶段制备。以前，人们为了避免因为制备的减反膜需要耐高温备。以前，人们为了避免因为制备的减反膜需要耐高温以及减小由此导致的污染，通常将减反介质膜的制备安以及减小由此导致的污染，通常将减反介质膜的制备安排在生产过程中的最后一步。然而，这种安排的问题是排在生产过程中的最后一步。然而，这种安排的问题是需要将金属栅线上用于焊接区域的减反介质膜去除以便需要将金属栅线上用于焊接区域的减反介质膜去除以便封装过程中的焊接。封装过程中的焊接。37第37页，共
36、60页，编辑于2022年，星期五l近近年年来来，由由于于所所选选择择的的减减反反介介质质膜膜材材料料的的耐耐高高温温和和无无污污染染特特性性，以以及及由由于于可可以以经经过过烧烧结结穿穿透透介介质质膜膜实实现现欧欧姆姆接接触触的的丝丝网网印印刷刷金金属属浆浆料料的的开开发发，减减反反介介质膜材料的制备已被安排在生产过程的中间环节。质膜材料的制备已被安排在生产过程的中间环节。l新型丝网印刷金属浆料和与之相适应的可以通过烧新型丝网印刷金属浆料和与之相适应的可以通过烧结穿透实现欧姆接触的减反介质膜沉积技术的开发结穿透实现欧姆接触的减反介质膜沉积技术的开发是过去是过去2020多年来丝网印刷太阳电池技术
37、中最重要的多年来丝网印刷太阳电池技术中最重要的进展。其关键点是通过烧结穿透实现与进展。其关键点是通过烧结穿透实现与N N型扩散区的型扩散区的欧姆接触而同时又不会损坏附近的结区。欧姆接触而同时又不会损坏附近的结区。38第38页，共60页，编辑于2022年，星期五l当当丝丝网网印印刷刷在在3030多多年年以以前前被被用用于于太太阳阳电电池池的的生生产产时时，为为了了实实现现良良好好的的欧欧姆姆接接触触而而又又要要保保证证在在后后续续的的烧烧结结过过程程中中金金属属不不会会穿穿透透到到结结区区，磷磷扩扩散散得得比比较较浓浓而而结结又又比比较较深深。因因此此，过过去去几几十十年年以以来来，丝丝网网印印
38、刷刷太太阳阳电电池池均均采采用用浓浓度度较较高高结结比比较较深深的的扩扩散散条条件件。而而在在丝丝网网印印刷刷之之前前进进行行减减反反膜膜沉沉积积的的新新型型工工艺艺的的采采用用可可以以使使后后续续的的烧烧结结过过程程中中金金属属在在硅硅片片里里的的穿穿透透做做到到尽尽可可能能地地小小。这这有有两两方方面面的的好好处处：可可以以采采用用较较浅浅的的扩扩散散结结以以及及使使烧烧结结后后硅硅和和金金属属的的接接触触面面靠靠近近硅硅片片表表面面。对对于于金金属属穿穿透透比比较较小小的的情情况况，因因越越靠靠近近硅硅片片表表面面，磷磷扩扩散散浓浓度度越越高高，串串联联电电阻阻就就越越低低。而而对对于于
39、结结比比较较浅浅的的情情况况，在在发发射射区区因因光的吸收产生的电子空穴对的收集几率相对较大。光的吸收产生的电子空穴对的收集几率相对较大。39第39页，共60页，编辑于2022年，星期五扩散工艺及控制要点扩散工艺及控制要点扩散工艺及控制要点扩散工艺及控制要点l由由于于硅硅太太阳阳电电池池实实际际生生产产中中均均采采用用P型型硅硅片片，因因此此需需要要形形成成N型型层层才才能能得得到到PN结结，这这通通常常是是通通过过在在高高温温条条件件下下利利用用磷磷源源扩扩散散来来实实现现的的。这这种种扩扩散散工工艺艺包包括括两两个个过过程程：首首先先是是硅硅片片表表面面含含磷磷薄薄膜膜层层的的沉沉积积，然
40、然后后是是含含磷磷薄薄膜膜层层中中的的磷磷在在高温条件下往高温条件下往P型硅片里的扩散。型硅片里的扩散。40第40页，共60页，编辑于2022年，星期五l在高温扩散炉里，汽相的在高温扩散炉里，汽相的POCl3（phosphorusoxychloride）或）或PBr3（phosphorustribromide）首先在）首先在硅表面形成硅表面形成P2O5（phosphoruspentoxide）；然后，其）；然后，其中的磷在高温作用下往硅片里扩散。中的磷在高温作用下往硅片里扩散。l扩散过程结束后，通常利用扩散过程结束后，通常利用“四探针法四探针法”对其方块电阻对其方块电阻进行测量以确定扩散到硅片
41、里的磷的总量。对于丝网印刷进行测量以确定扩散到硅片里的磷的总量。对于丝网印刷太阳电池来说，方块电阻一般控制在太阳电池来说，方块电阻一般控制在40-50/。l发射结扩散通常被认为是太阳电池制作的最关键的工艺发射结扩散通常被认为是太阳电池制作的最关键的工艺步骤。扩散太浓，会导致短路电流降低（特别是短波长光步骤。扩散太浓，会导致短路电流降低（特别是短波长光谱响应很差，当扩散结过深时，该效应还会加剧）；扩散谱响应很差，当扩散结过深时，该效应还会加剧）；扩散不足，会导致横向传输电阻过大，同样还会引起金属化时不足，会导致横向传输电阻过大，同样还会引起金属化时硅材料与丝网印刷电结之间的欧姆接触效果。硅材料与
42、丝网印刷电结之间的欧姆接触效果。41第41页，共60页，编辑于2022年，星期五l导致少数载流子寿命降低的原因还包括扩散源的纯导致少数载流子寿命降低的原因还包括扩散源的纯度、扩散炉的清洁程度、进炉之前硅片的清洁程度度、扩散炉的清洁程度、进炉之前硅片的清洁程度甚至在热扩散过程中硅片的应力等。甚至在热扩散过程中硅片的应力等。l扩散结的质量同样依赖于扩散工艺参数，如扩散的扩散结的质量同样依赖于扩散工艺参数，如扩散的最高温度、处于最高温度的时间、升降温的快慢最高温度、处于最高温度的时间、升降温的快慢（直接影响硅片上的温度梯度所导致的应力和缺陷）（直接影响硅片上的温度梯度所导致的应力和缺陷）。当然，大量
43、的研究表明，对于具有。当然，大量的研究表明，对于具有600mV左右开左右开路电压的丝网印刷太阳电池，这种应力不会造成路电压的丝网印刷太阳电池，这种应力不会造成负面影响，实际上有利于多晶情况时的吸杂过程。负面影响，实际上有利于多晶情况时的吸杂过程。42第42页，共60页，编辑于2022年，星期五l发射结扩散的质量对太阳电池电学性能的影响反映发射结扩散的质量对太阳电池电学性能的影响反映在串联电阻从而在填充因子上：（在串联电阻从而在填充因子上：（1）光生载流子在）光生载流子在扩散形成的扩散形成的n型发射区是多数载流子，在这些电子型发射区是多数载流子，在这些电子被金属电极收集之前需要经过横向传输，传输
44、过程被金属电极收集之前需要经过横向传输，传输过程中的损失依赖于中的损失依赖于n型发射区的横向电阻；（型发射区的横向电阻；（2）正）正面丝网印刷金属电极与面丝网印刷金属电极与n型发射区的电接触，为了避型发射区的电接触，为了避免形成免形成Schottky势垒或其它接触电阻效应而得到良好势垒或其它接触电阻效应而得到良好的欧姆接触，要求的欧姆接触，要求n型发射区的掺杂浓度要高。型发射区的掺杂浓度要高。l扩散结的深度同样也很关键，因为烧结后金属电扩散结的深度同样也很关键，因为烧结后金属电极要满足一定的机械强度，如果结太浅，烧结后极要满足一定的机械强度，如果结太浅，烧结后金属会接近甚至到达结的位置，会导致
45、结的短路。金属会接近甚至到达结的位置，会导致结的短路。43第43页，共60页，编辑于2022年，星期五l太阳光谱中，不同波长的光有不同的穿透深度，也太阳光谱中，不同波长的光有不同的穿透深度，也就是说不同波长的光在硅材料里的不同深度被吸收。就是说不同波长的光在硅材料里的不同深度被吸收。波长越短的光，越在靠近表面的区域被吸收。在波长越短的光，越在靠近表面的区域被吸收。在n型区空穴是少数载流子，在型区空穴是少数载流子，在p型区电子是少数载型区电子是少数载流子，每个光子在吸收处产生一对电子空穴对，由流子，每个光子在吸收处产生一对电子空穴对，由于于P-N结内建电场的作用，结内建电场的作用，n型区的空穴和
46、型区的空穴和p型型区的电子分别扩散到区的电子分别扩散到PN结附近然后被分离到另一侧结附近然后被分离到另一侧成为多数载流子。成为多数载流子。44第44页，共60页，编辑于2022年，星期五l因光子被吸收后所产生的电子和空穴（光生载流子）因光子被吸收后所产生的电子和空穴（光生载流子）需要扩散一定的距离才能到达需要扩散一定的距离才能到达PN结附近，在这一扩散结附近，在这一扩散过程中，有些载流子可能会因为复合而消失从而导致短过程中，有些载流子可能会因为复合而消失从而导致短路电流的降低。通常，利用少数载流子寿命来对此复合路电流的降低。通常，利用少数载流子寿命来对此复合损失加以描述。由于硅材料对短波长的光
47、（紫外光和蓝损失加以描述。由于硅材料对短波长的光（紫外光和蓝光）的吸收主要发生在表面附加区域，因此，考虑扩散光）的吸收主要发生在表面附加区域，因此，考虑扩散结的要求时（扩散浓度和结深），仅需要对短波长的光结的要求时（扩散浓度和结深），仅需要对短波长的光加以特别关注。加以特别关注。45第45页，共60页，编辑于2022年，星期五l要求一定的扩散浓度以确保因载流子横向传输所要求一定的扩散浓度以确保因载流子横向传输所经过的电阻造成的损失较小。由于浓掺杂会极大经过的电阻造成的损失较小。由于浓掺杂会极大地降低少数载流子的寿命，而结太深又会增加少地降低少数载流子的寿命，而结太深又会增加少数载流子在扩散到数
48、载流子在扩散到PN结过程中的复合损失。当横向薄结过程中的复合损失。当横向薄层电阻低于层电阻低于100/时，太阳电池表面会不可避免地时，太阳电池表面会不可避免地存在一个区域，在该区域中由于光被吸收所产生存在一个区域，在该区域中由于光被吸收所产生的载流子会因为寿命太短而在扩散到的载流子会因为寿命太短而在扩散到PN结之前就结之前就被复合，从而对电池效率没有贡献，该特殊区域被复合，从而对电池效率没有贡献，该特殊区域被称为被称为“死层死层”。46第46页，共60页，编辑于2022年，星期五l而实际上，丝网印刷太阳电池的横向薄层电阻通而实际上，丝网印刷太阳电池的横向薄层电阻通常需要在常需要在40-50/，
49、“死层死层”效应更严重。不仅效应更严重。不仅紫外光，即使太阳光谱中最高密度的绿光的贡献紫外光，即使太阳光谱中最高密度的绿光的贡献也会受影响。对于绿光，有大约也会受影响。对于绿光，有大约10%的强度会在的强度会在“死层死层”被吸收而失去贡献。相比而言，波长较长的红被吸收而失去贡献。相比而言，波长较长的红光和红外光因主要在体内被吸收，所产生的光生载流光和红外光因主要在体内被吸收，所产生的光生载流子被收集的几率几乎不受扩散结的影响。子被收集的几率几乎不受扩散结的影响。l需要指出的是，即使将薄层电阻升高到需要指出的是，即使将薄层电阻升高到100/，由，由于浓扩散导致的于浓扩散导致的“死层死层”效应减小
50、，但表面的复合效应减小，但表面的复合仍然很严重，需要进行表面钝化。因此，要制备高仍然很严重，需要进行表面钝化。因此，要制备高效太阳电池，需要同时满足淡掺杂和表面钝化两个效太阳电池，需要同时满足淡掺杂和表面钝化两个条件。条件。47第47页，共60页，编辑于2022年，星期五l太阳电池的开路电压与器件内部的复合息息相关。复合太阳电池的开路电压与器件内部的复合息息相关。复合越小，开路电压越高。同样，复合情况也影响着饱和暗越小，开路电压越高。同样，复合情况也影响着饱和暗电流。由于电流。由于“死层死层”里的复合速率非常高，在表面和里的复合速率非常高，在表面和“死层死层”里所产生的光生载流子对短路电流和复