第一篇：多晶硅太阳电池工艺
多晶硅太阳能电池制备工艺(论文)
XINYU UNIVERSITY
毕业设计(论文)
(2013届)
题
目 多晶硅太阳能电池制备工艺
二级学院 新能源科学与工程学院
专 业 光伏材料加工及其应用
班 级 10级光伏材料
(一)班
学 号 1003020138 学生姓名 纪 涛 指导教师 胡 耐 根
多晶硅太阳能电池制备工艺
目录
摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 Abstract„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 第 1 章 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 第 2 章 多晶硅太阳电池制备工艺„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1 一次清洗工序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1.1 一次清洗工序的原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1.2 一次清洗工序的工艺参数„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.2 扩散工序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.2.1 扩散原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.2.2 扩散工艺„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.3 湿法刻蚀的工序及其原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.4 等离子体增强化学气相沉积工序„„„„„„„„„„„„„„„10 2.4.1 等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜的原理„„„„„„„10 2.5 丝网印刷工序及其工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.6 测试分选工序及太阳能测试仪的原理 „„„„„„„„„„„„ 13 2.7 小结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 第 3 章 多晶硅太阳能电池行业展望„„„„„„„„„„„„„„„16 参考文献(References) „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
多晶硅太阳能电池制备工艺
多晶硅太阳能电池制备工艺
摘 要
长期以来随着能源危机的日益突出，传统能源已不能满足能源结构的需求，然而光伏发电技术被认为是解决能源衰竭和环境危机的主要途径。而多晶硅太阳能电池份额占据光伏市场的绝大部分，并呈现逐年上升趋势，有极大的发展潜力。
本文在阐明了国内外光伏市场以及光伏技术发展趋势的基础上，对多晶硅太阳能电池的结构及其特性简述，同时对其制备工艺：一次清洗→扩散→湿法刻蚀去背结→PECVD(等离子体增强化学气相沉积)→丝网印刷→ 烧结→测试分选做简要介绍。
关键词：多晶硅太阳能电池;光伏技术;光伏工艺;
多晶硅太阳能电池制备工艺
Preparation technology of polycrystalline silicon solar cell
Abstract
For a long time as the energy crisis increasingly prominent, the traditional energy cannot satisfy the needs of the energy structure, however, photovoltaic power generation technology is regarded as the main way to solve the crisis of energy exhaustion and environment and polycrystalline silicon solar cell occupies most parts of photovoltaic market share, and presents the rising trend year by year, has great development potential。
This paper illustrates the domestic PV market trends and the development of photovoltaic technology firstly, and makes a brief introduction on the preparation process of polycrystalline silicon solar cell secondly: cleaning →diffusion →wet etching →PECVD →screen printing →sintering →testing and sorting.
Keywords: polycrystalline silicon solar cell; photovoltaic technology; photovoltaic process ;
多晶硅太阳能电池制备工艺
第 1 章
绪论
随着经济全球化贸易国际化的发展，传统能源煤、石油、天然气等已不再是世界能源市场占有率扩张最快的，相反，新型可再生能源核能发电、水力发电、风能发电、生物质能发电，而光伏行业经历了从航天到地面应用的巨大变化，太阳能发电正飞速增加其市场份额，以求缓解能源危机和环境问题。
鉴于各种新型能源发电的弊端，相比较之下人们普遍认为太阳能发电具备广阔的发展前景。太阳能作为一种新型、洁净、可再生能源，它与常规能源以及其它新型能源相比有以下几个优点[1]：第一：储能丰富，取之不尽用之不竭。第二：不存在地域性限制，方便且不存在输电线路的远程运输问题。第三，洁浄，不会影响生态平衡和人类的身体健康，太阳能发电的种种优势，得到人类社会的一致认可。尤其是在遭受能源衰竭和环境危机的今天，人们更是把它当做缓解能源短缺和环境污染问题的有效途径。世界各地政府纷纷采取一系列相关政策，加大对光伏产业的财政补贴，促使光伏技术快速进步，生产规模不断壮大，早日实现光伏发电的大规模普及。
多晶硅太阳电池是一种将光能转化为电能的光电转换装置，在P 型硅衬底表面，利用POCl3 液态源扩散工艺制得厚度约为0.5um 的N型重掺杂层，P 型层与N 型层接触，形成pn 结，产生光伏效应[2]。同时，正Ag 电极可与N 型重掺杂层形成良好的欧姆接触，用于收集光生电流。位于最上层的氮化硅薄膜起到钝化和减反射的作用。背Al 与P型硅片接触，在烧结的过程中，形成良好的Al 背场，降低背表面复合电流，增加开路电压。
多晶硅太阳电池主要是依靠半导体pn结的光生伏特效应来实现光电转换的[3]。当光线照射到太阳能电池的正表面时，大部分光子被硅材料吸收。其中，能量E=hv>Eg 的光子就会将能量传递给硅原子，使处于价带的电子激发到导带，产生新的电子-空穴对。新的电子-空穴又会在内建电场的作用下被分离，电子由p区流向n区，空穴由n区流向p区，电子和空穴在pn 结两侧集聚形成了电势差，当外部接通电路后，在该电势差的作用下，将会
多晶硅太阳能电池制备工艺
有电流流过外部电路，从而产生一定的输出功率。其结构和光电转换原理图如下1-1和1-2。
图1-1多晶硅太阳电池结构
图1-2多晶硅光电转换原理 4
多晶硅太阳能电池制备工艺
第 2 章 多晶硅太阳能电池制备工艺
由晶体硅太阳能电池的结构和原理可知，多晶硅太阳能电池的常规制备流程[4]如下：一次清洗(制绒)→ 扩散(形成pn 结)→ 二次清洗(湿法刻蚀去背结)→ PECVD(镀氮化硅)→ 丝网印刷(形成电极和背场)→ 烧结(形成欧姆接触)→ 测试(获得电性能)。接下来，将逐一介绍制备多晶硅太阳能电池各工序的工艺及原理。
2.1 一次清洗工序
2.1.1 一次清洗工序的原理
多晶硅太阳能电池制备流程中的一次清洗工序，主要目的是去除硅片表面的脏污和机械损伤层，在硅片表面形成绒面结构(俗称制绒)，增强太阳能电池的陷光作用。我们知道，单晶硅太阳能电池制绒主要是依靠碱的各向异性腐蚀特性，在(100)晶面上形成连续、均匀、细腻的正金字塔结构，从而起到良好的减反射作用。而多晶硅各个晶粒的晶向不一样，若同样采用碱腐蚀，则得不到很好的金字塔绒面化结构。为了得到良好的多晶硅绒面化结构，人们尝试了许多方法，比如反应离子刻蚀法、机械刻槽法和化学腐蚀法等。综合成本以及制备工艺的难易程度考虑，化学腐蚀法在工业化大规模生产中得到了广泛的应用。接下来就对化学腐蚀法制备多晶硅太阳能电池绒面的原理做一下简单介绍。
与单晶硅太阳能电池碱制绒工艺不同的是，多晶硅太阳能电池采取酸制绒工艺。酸制绒体系主要由HNO3 和HF 组成，具体的反应方程式[5]如下： 3Si+4HNO3——3SiO2+2H2O+4NO (2.1) SiO2+6HF——H2(SiF6)+2H2O (2.2) 其中，HNO3 作为强氧化剂，将Si 氧化成致密不溶于水的SiO2 附着在硅片表面上，阻止HNO3 与Si 的进一步反应。但SiO2 可以与溶液中的HF 发生反应，生成可溶于水的络合物H2(SiF6)，导致SiO2 层被破坏，此时，HNO3 与Si 再次发生化学反应，硅片表面不断的被腐蚀，最终形成连续致密的“虫孔状”结构。
多晶硅太阳能电池制备工艺
此方法不需要采用特定的反应装置、工艺简单、制造成本低，而且制备出的多晶硅绒面反射率低，可以与双层减反射膜相比。但此方法为纯化学反应，反应的稳定性不易控制，而且影响制绒效果的因素众多，比如滚轮速度、反应温度、硅片掺杂水平以及原始硅片的表面状况等。 2.1.2 一次清洗工序的工艺参数
本工序采用由腐蚀槽、碱洗槽、酸洗槽构成的自动制绒设备。在向各槽内配置化学溶液前，需对槽体进行预处理。首先用水枪将滚轮、槽盖、槽体冲洗干净，然后注入一定量的去离子水，让设备自动循环10min 后，排掉污水。再按照上述操作重复一遍，待废水排干净后即可制备化学溶液。
各槽内化学溶液的初始配方[6]为：腐蚀槽：浓度为50%的氢氟酸溶液45L，浓度为68%的硝酸溶液28L;碱洗槽：浓度为45%的氢氧化钠溶液5.2L;酸洗槽：浓度为50%的氢氟酸溶液28L，浓度为36%的盐酸溶液58L。由于各槽是依靠化学反应来对硅片进行腐蚀的，反应的过程中必须伴有新的生成物产生和初始化学品的消耗，这就要求我们按时补液以及换液。
伴随着化学反应的不断进行，我们需要每小时向各槽填充的溶液量为：腐蚀槽：浓度为50%的氢氟酸溶液12.6L，浓度为68%的硝酸溶液11.4L;碱洗槽：浓度为45%的氢氧化钠溶液1.6L;酸洗槽：浓度为50%的氢氟酸溶液0.8L，浓度为36%的盐酸溶液2.4L。另外，腐蚀槽每生产156×156(cm2)规格的硅片15万片后，需重新制配腐蚀液;设备连续一小时以上不生产时需把腐蚀液打回储备槽;碱槽溶液和酸槽溶液在配置250h 后必须重新配液。否则都将影响最终制得的多晶硅太阳能电池片的电性能。
2.2 扩散工序
2.2.1 扩散原理
扩散实际上就是物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。太阳能电池制备流程中的扩散工序，就是在P 型衬底上扩散一层N 型杂质，进而形成太阳能电池的心脏--pn 结。多晶硅太阳能电池的扩散方式有很多种，比如三氯氧磷(POCl3)液态源扩散、喷涂磷酸水溶液后链式扩散、丝网印刷磷浆料后链式扩散等。本文着重采用三氯氧磷(POCl3)液态源扩散工艺来制取pn结，下面是三氯氧磷(POCl3)液态源扩散的原理
多晶硅太阳能电池制备工艺
[7]：氮气携带的POCl3 在某种特定的条件下，可分解成五氧化二磷(P2O5)和五氯化磷(PCl5)，具体反应方程式如下：
5POCl3→3 PCl5+ P2O5 (T>600℃) (2.3)
生成的P2O5 在800-900℃的高温下与Si 反应，生成磷原子和SiO2，具体反应方程式如下：
2P2O5+5Si→5SiO2+4P↓ (2.4)
由以上化学反应方程式可得，POCl3 在没有O2 的条件下，热分解生成PCl5，而PCl5 极不易分解，且对硅表面有很强的腐蚀作用，严重损害了硅片的表面状态以及pn 结的质量。当有外来足够的O2 存在时，PCl5 就会进一步分解，生成P2O5和Cl2，具体反应方程式如下： 4PCl5 + 5O2→2P2O5+10Cl2↑ (2.5)
生成的P2O5 可再一次与硅发生化学反应，生成磷原子和SiO2。由此可见，在POCl3扩散的过程中，必须通入一定流量的O2 来避免PCl5 对硅片表面的损伤。在过量O2 存在的条件下，POCl3 液态源扩散的总化学反应方程式为： 4POCl3 +5O2→2P2O5 +6Cl2↑ (2.6) 由总反应方程式可得，POCl3 热分解生成的P2O5 附着在硅衬底表面，在扩散高温条件下又与Si反应生成磷原子和SiO2，即在硅衬底上覆盖一层较薄的磷-硅玻璃层，接着磷原子向硅体内徐徐扩散。为了提高扩散的均匀度，避免硅片表面死层的形成，通常在POCl3 扩散之前使硅表面热氧化，生成一层极薄的氧化层，来控制反应速度。 2.2.2 扩散工艺
扩散工序采用的设备是捷佳伟创扩散炉DS300A，它是在48 所和centrotherm扩散炉的基础上改进得来的，主要优势有以下两点： 1) 喷淋扩散。传统48 所扩散设备是在炉尾通源，炉口排废，而捷佳伟创设备是在石英管内的上部安装一个喷淋管，直接将源喷在硅片上。相对于48 所设备，此种扩散工艺调节更加简单，重复性好，无需考虑温度补偿浓度梯度问题。同时，每个硅片所接触的磷源会更加均匀，进而提高方块电阻均匀性。
2) 软着陆系统。石英舟承载在石英舟托上，由舟浆将石英舟托送入炉
多晶硅太阳能电池制备工艺
管内，然后舟浆退出，属于闭管扩散。相对于48 所设备，这样可以避免舟浆引入污染，同时由于对排废的特殊处理，不需要频繁清洗舟浆和石英炉管。
扩散过程可以简单概括为：预扩→主扩→推扩。优化的磷扩散工艺具备如下特点：
1) 同时进行磷源的再分布和硅片表面的三次氧化。此时磷源总量一定，预沉积杂质源缓慢的向硅片体内扩散，便于形成平坦的pn 结，提高了扩散的方块电阻均匀性。
2) 高温扩散过程中不再伴有硅片与高浓度的磷直接接触。减少了硅片表面以及势垒区的缺陷和复合中心，提高了多晶硅太阳能电池的开路电压和短路电流。
3) 两步扩散法制备 pn 结，制备条件相对宽松，工艺参数调节余地大。预沉积杂质总量基本不受温度波动的影响，限定源表面扩散也不受扩散气氛以及环境的影响，这就大大增强了扩散的均匀性以及重复性。
采用改进的磷扩散工艺，对最终制得晶体硅太阳能电池片的电性能有了很大改善，尤其是在开路电压Voc 和短路电流Isc 方面。详见下图2.3 和
图2.3 一步扩散与两步扩散Voc 对比图 图2.4 一步扩散与两步扩散Isc 对比图
2.3 湿法刻蚀工序及其原理
对于多晶硅太阳能电池来说，并联电阻(Rsh)[8]是一个很重要的参数，Rsh 过小将会导致漏电流增大，影响电池最终的短路电流、填充因子以及转换效率。Rsh分为体内并联电阻和边缘并联电阻两类，对于一个太阳能电池片来说，一般20%的泄露电流通过体内并联电阻，而80%的泄露电流通过边缘并联电阻。工业上实现量产的多晶硅电池扩散方式均为单面背靠背扩散，
多晶硅太阳能电池制备工艺
不可避免地使电池的四周也扩散了一层n 型层，它将电池的正电极与背电极跨接在一起，形成很大的漏电流，因此未达到分离pn 结的作用。本文主要采用正面无保护的湿法刻蚀方法将电池背面的pn 结去除，以达到分离pn 结的效果。其原理如下： 第一步：硅片表面氧化过程
氧化过程的激活，硅表面被硝酸氧化，生成一氧化氮或二氧化氮，见式(3.7，3.8)：
Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O (3.7) Si+2HNO3=SiO2+2NO+2H2O (3.8)
氧化过程的延伸，生成物一氧化氮、二氧化氮进一步与水反应，得到的二级产物亚硝酸迅速将硅氧化成二氧化硅，见式(3.9,3.10,3.11)： 2NO2+H2O=HNO2+HNO3 (3.9) Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O (3.10) 4HNO3+NO+H2O=6HNO2 (3.11)
由上式可知，硅片表面氧化所发生的一系列化学反应是一个循环过程，氮氧化合物是硝酸最终的还原产物，二氧化硅是与腐蚀溶液接触的硅片背表面的氧化产物。 第二步：二氧化硅溶解过程
氧化产物二氧化硅， 将快速与混合液中的氢氟酸反应， 生成六氟硅酸， 见式(3.12,3.13)：
SiO2+4HF=SiF4+2H2O (3.12) SiF4+2HF=H2SiF6 (3.13) 总反应式为：
SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O (3.14)
可见，最终腐蚀掉的硅将以六氟硅酸的形式溶入溶液中。实际上，湿法刻蚀的工艺原理与一次清洗的工艺原理相同，只不过是通过控制混合液内HF 和HNO3的浓度比来形成制绒腐蚀或抛光腐蚀。
采用湿法刻蚀去背结工艺将扩散后电池片的正面与背面pn 结分开，与其它方法相比具有以下优点：
多晶硅太阳能电池制备工艺
1) 等离子体刻蚀法将硅片边缘发射极刻掉，需要用到 CF4 毒性气体，且刻蚀过程中设备周围存在微波辐射，给人体健康带来的危害极大。另外，此种工艺成本较高，电池片间互相挤压的过程容易导致碎片，降低电池片的成品率。
2) 激光或金刚石刀将边缘发射极直接切掉，将会减少电池的有效面积，降低电池片的功率。
3) 用正面无保护的湿法刻蚀方法来代替上述两种方法分离pn 结，不仅避免了CF4 毒性气体的使用和太阳能电池片的碎裂，而且使硅片背表面抛光，有效地提高了太阳能电池的电性能。
2.4 等离子体增强化学气相沉积工序
2.4.1 等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜的原理
等离子体增强化学气相沉积技术[9](PECVD)的工作原理为：在真空压力下，加在电极板上的射频(低频、微波等)电场，使反应室内气体发生辉光放电，在辉光发电区域产生大量的电子。电子由于受到外加电场的加速作用，其自身能量骤增，它可通过碰撞将自身能量传递给反应气体分子，从而使反应气体分子具有较高的活性。这些活性分子覆盖在硅基底上，彼此间发生化学反应，制得所需的介质薄膜，产生的副产物被真空泵抽走。我们可以运用PECVD 技术制作各种器件的钝化膜、减反射膜，还可用其制作扩散工艺的阻挡层。本文采用PECVD技术，在硅片表面沉积一层氮化硅薄膜，具体原理在350℃，等离子射频：SiH4 + 4NH3 —— Si3N4 + 12H2 (2.15) 此法制备的氮化硅薄膜具有减反射和钝化的作用，其减反射原理图[12]如下：
图2.8 氮化硅薄膜减反射原理图
我们知道，减反射的原理就是让如图2.8 所示的两束反射光R
1、R2 产
多晶硅太阳能电池制备工艺
生相消干涉，即它们的光程差为半波长。可以通过调整制备工艺来获得合适厚度和折射率的Si3N4 薄膜，使其满足减反射条件。氮化硅薄膜在起到减反射作用的同时，还可以对硅片表面和体内进行钝化。由于多晶硅表面存在很多的表面态、晶界[10]、缺陷以及位错等，在薄膜沉积过程中，大量的H 原子(离子)进入薄膜，饱和了硅片表面大量的悬挂键，起到降低表面复合中心的作用，从而提高太阳能电池的短波响应与开路电压。氮化硅薄膜的体钝化作用对于多晶硅太阳能电池来说特别明显，因多晶硅体内存在大量的缺陷、位错以及悬挂键，氮化硅薄膜中的氢原子可以在烧结时的高温条件下扩散到硅体内，进而饱和绝大部分缺陷以及悬挂键，有效降低了少数载流子复合中心浓度，增加少子收集能力，提高短路电流。
氮化硅薄膜是一种物理和化学性能都十分优良的介质膜[11]。它不仅具备减反射和钝化的作用，同时在光电领域也有一席用武之地。例如：氮化硅薄膜极硬而且耐磨，非晶态硬度高达HV5000;结构非常致密，气体和水汽极难穿过;疏水性强，可大大提高器件的防潮性能;较好的化学稳定性，在600℃时不会与铝发生反应，而二氧化硅在500℃时与铝反应已比较显著。对可动离子(如Na+) 有非常强的阻挡能力;可靠的耐热性和抗腐蚀性，在1200℃时不发生氧化;在一定浓度的硫酸、盐酸中有较好的抗腐蚀性，只能用氢氟酸腐蚀等。
2.5 丝网印刷工艺及其原理
丝网印刷工序，就是在镀膜后硅片的正反两面印刷电极、背电场，经过烧结后使其能够很好的收集光生电流并顺利导出，实现电能与光能之间的高效转化。丝网印刷和高温快烧是构成金属化工序的主要组成部分。
图2.11 丝网印刷工艺的原理图
多晶硅太阳能电池制备工艺
丝网印刷的原理，就是将带有图案的模板附着在丝网上，利用图案部分网孔透过浆料，而非图案部分不透浆料的特征来进行印刷。丝网印刷工艺由5部分构成，即丝印网版、印刷刮刀、电子浆料、印刷台面和承印物，如上图2.11所示。印刷时，在网版一端倒入浆料，并用刮刀对网版中的浆料边施加压力边朝另一端推动。浆料在移动的过程中透过网孔被刮刀挤压到承印物上。由于印刷过程中，刮刀、丝网印版、承印物三者始终呈线接触，且浆料具有一定得粘性，这样就确保了印刷质量和印刷精度。
丝网印刷工序可细分为浆料的印刷和浆料的烘干处理两部分。电极浆料主要使用的是电子浆料，它由四部分组成：由贵金属及其混合物构成的金属粉末，在整个成分中充当导电相，决定了电极的电性能;无机粘合剂和有机粘合剂，决定了烧结前后电极与半导体的接触情况，合适的配比，可以有效加强电极和硅片之间的抗拉伸能力;其它添加剂，主要是起到润滑，增稠，流平和增加触变的作用。
丝网印刷工艺的制备目标因浆料种类、电极位置以及电极作用不同而不同。对于起收集光生载流子并对外导出电流作用的正Ag 电极来说，我们希望印刷后制得的正电极具备较低的遮光面积、金属栅线电阻以及金属半导体欧姆接触电阻;对于起汇集背面电流并对外导出电流作用的背Ag/Al 电极来说，我们希望其能与涂锡焊带、硅片背表面以及铝背场[12]形成良好的接触，使串联电阻Rs 降低;对于起收集背部载流子并对背面进行钝化作用的Al 背电场来说，我们希望其能在硅片背表面引入均匀的p+层，尽可能的降低背面光生载流子复合几率，同时还需控制背场印刷所引起的翘曲度弯曲。每一道印刷工序后的烘干，实际上是为了使硅片表面电子浆料中的有机溶剂挥发，形成可与硅片紧密粘结的固体状金属膜层。
烘干后的烧结工艺，实际上是为了使硅片和电极间形成良好的欧姆接触。首先，将半导体多晶硅和金属电极加热到共晶温度，此时半导体内的硅原子将按某种比例快速向熔融的合金电极中扩散。合金电极中的多晶硅原子数目由电极材料的体积和合金温度决定，电极材料的体积越大，烧结温度越高，则合金电极中的硅原子数目越多。如果此时温度骤降，将会在合金电极附近出现再结晶层，即固态硅原子从金属和硅界面处的合金中析
多晶硅太阳能电池制备工艺
出，生长出外延层。如果外延层中含有足够的杂质成分，则获得了良好合金结，同时也形成了良好的金属半导体欧姆接触[12]。
烧结采用红外加热的方式进行高温快烧，主要是为了让硅片表面的正电极穿透氮化硅薄膜，与硅片之间形成良好的欧姆接触，降低串联电阻，提高填充因子;促进镀膜工序引入的氢原子向硅体内扩散，增强其对硅的体钝化作用;形成均匀良好的铝背场，提高开路电压。
2.6 测试分选工序及其太阳能测试仪的原理
太阳能测试仪最初主要用来测量太阳能电池片的电性能参数，但随着测试技术的发展，目前集成的太阳能电池测试系统还可以进行EL测试(太阳能电池组件缺陷检测)、外观测试。太阳能电池测试系统要求：能够根据测试时间控制太阳光模拟器的开关，通过采样电路、温度传感器和数据采集卡(DAQ)读取太阳能电池的即时电流、电压和相应的温度及光谱测量值等参量，经过计算机的数值运算处理，得到逼近标准测试条件下的I值和V 值，从而绘出逼近标准测试条件下的I/V 特性曲线[13]。下图3.12为太阳能电池测试仪的结构图，其中采用高压短弧氙灯来模拟自然光。
图3.12 太阳能电池硬件测试系统框图
地面用太阳能电池的国际标准测试条件为：辐照度：1000W/m;电池
2温度：25℃;光谱分布：AM1.5[14]。通常，我们采用太阳能模拟器来模拟上述测试条件，进行多晶硅太阳能电池片的I-V 曲线测试。模拟光与自然光相比，具有以下优点：模拟光可选择性好，比如连续发光或闪光;模拟光的辐照度相对稳定，且在一定范围内可调;模拟光使用范围广，不受时间、气候等因素限制;模拟光便于与生产线集成光伏测量系统;另外，与自然光相比，模拟光光谱分布的稳定性较好，测试可重复性高;实际的自然光
多晶硅太阳能电池制备工艺
光谱与国际标准测试条件要求的有差异，且不稳定。种种原因表明，模拟光更适用于光伏测试系统的集成。
因太阳能光伏组件最终是在露天的环境下使用，所以太阳能测试仪的电性能测试结果应尽可能的与户外使用结果相拟合。常见的太阳能测试仪运用氙灯来模拟自然光，如下图2.13 所示为氙灯与AM1.5 光谱对比图[15]。
图2.13 氙灯与AM1.5 光谱对比图
由上图可得，AM1.5 光谱在可见光区与氙灯光谱十分相似，而多晶硅太阳能电池片的主要光吸收区即是可见光区，因此，氙灯被广泛的用来模拟太阳光。
太阳能电池各电性能参数的测试原理[16]：短路电流(Isc)：国际标准测试条件下，电池外电路短路时的输出电流;开路电压(Voc)：国际标准测试条件下，电池外电路断开时的端电压;最大功率(Pmax)：电池输出特性曲线上，I·V 乘积最大时所对应的功率;串联电阻(Rs)：指与P-N 结串联的电池内部电阻，主要由硅体电阻、欧姆接触电阻、发射区电阻等组成;并联电阻(Rsh)：指跨连在电池两电极间的等效电阻;填充因子(FF)：Pmax 与(Voc·Isc)之比;转换效率(η)：Pmax 与电池所受总辐射功率的百分比。 2.7 小结
本章要主要论述了多晶硅太阳能电池制备流程(一次清洗→ 扩散→ 湿法刻蚀去背结→ PECVD →丝网印刷→ 烧结→测试分选)，以及制备原理和过程。
多晶硅太阳能电池制备工艺
第三章 多晶硅太阳电池行业展望
太阳能光伏上下游产业链，包括上游的硅材料、光伏电池制造与封装工艺、支撑行业和光伏发电应用等领域。
目前重庆首例居民分布式光伏发电项目成功并网
[17]
，如下图，这充分说明光伏产业在逐步深入市场，并将有更广阔的民用市场。
图-居民光伏发电项并网
纵观整个光伏市场走势，虽然目前太阳能行业处于市场低迷期，但随着工艺的改进和制造成本的降低以及国内市场的逐步打开，同时企业也要节能减材，不断进行低迷期技术潜能性研究，会使太阳能行业最终走向市场供不应求或供需平衡的态势。
由于多晶硅太阳能电池是目前相比与单晶硅和多晶硅的转换效率高且能批量生产的一种太阳能能电池，多晶硅电池的制作工艺不断向前发展，保证了电池的效率不断提高，成本下降，随着对材料、器件物理、光学特性认识的加深，导致电池的结构更趋合理，实验室水平和工业化大生产的距离不断缩小，各工艺如丝网印刷和埋栅工艺为高效、低成本电池发挥了主要作用，高效Mc—Si电池组件已大量进入市场，随着工艺的不断优化，生产成本的不断降低，多晶硅将对于光伏建筑、光伏发电、光伏水泵等有广阔的前景。
光伏发电技术若想快速大规模普及，必须实现高效、低成本。高效是降低成本的另一种方式。目前推出的可实现量产的新型高效多晶硅太阳能电池，均是在常规制备工艺的基础上改进得来，也就是说，前者若想发挥高效的潜能，前提是常规多晶硅太阳能电池制备工艺成熟且达到最优化。我国目前光伏技术仍处于低级阶段，制备工艺仍不完善，还有很大的优化以及改进空间。
多晶硅太阳能电池制备工艺
参考文献
[1] 王瑶. 单晶硅太阳能电池生产工艺的研究：[硕士学位论文]. 长沙：湖南大学微纳光电器件及应用教育部重点实验室，2010 [2] 刘志刚. 多晶硅太阳电池新腐蚀液的研究及其应用：[博士学位论文]. 上海：上海交通大学理学院物理系，2006 [3] 向磊. 全球光伏产业发展状况及趋势. 世界有色金属，2010，(8)，23-24 [4] 吴正军，梁海莲，顾晓峰. 选择性发射极参数对太阳电池光电特性的影响. 纳米器件与技术，2010，(4)：202-206 [5] 屈盛，刘祖明，廖华，等. 选择性发射极太阳电池结构及其实现方法. 技术交流，2004，(8)：42-45 [8]马丁·格林. 太阳能电池工作原理、工艺和系统的应用. 北京：电子工业出版社，1989 [9]K. Graff，H. Pieper. Semiconductor Silicon 1973. Journal of the Electrochemical Society，1973，170 [10]万群. 奇妙的半导体[M]. 北京：科学出版社，2002，252-255 [11]姚日英. PECVD 沉积的氮化硅薄膜热处理性质研究：[硕士学位论文]. 杭州：浙江大学材料与化学工程学院，2006 [12]霍李江. 丝网印刷实用技术. 北京：印刷工业出版社，2007 [13]M.A. Green，AW.Blakers，S.R. Wenham，et al. Improvements in Silicon Solar Cell Efficiency. 18th Phtovoltaic Specialists Confrence，Las Vegas，1985，39-42 [14]王立建，刘彩池，孙海知，等. 多晶硅太阳电池酸腐表面织构的研究. 光电子激光，2007，18(3)：289-291 [15]安其霖. 太阳电池原理与工艺[M]. 上海：上海科学技术出版社，1984，20-2
3[16]狄大卫，高兆利，韩见殊，等. 应用光伏学. 上海：上海交通大学出版社，2009
[17]重庆电力公司，中新能源频道，科技日报2013年05月10日
多晶硅太阳能电池制备工艺
致 谢
本论文是在导师胡耐根老师的悉心指导和关怀下完成的。感谢胡老师对我的辛勤指导和培育。从论文的立题到论文的撰写整个过程无不浸透着老师的心血。他广博的学识，严肃的科学态度，严谨的治学精神，灵活的思维方式，耐心细致的言传身教深深感染激励着我，将使我终身受益。导师不但在学习上给予我耐心细致的指导，在生活中也给了我关怀，这份师恩我将终身难忘。
同时感谢同组同学在完成论文中给予的帮助。我们在完成论文的过程中与同学互相讨论、互相协作下建立深厚的感情，同时我也学到了每个同学的为人处事的精神。另外，我要感谢在这几年来对我有所教导的老师，他们孜孜不倦的教诲不但让我学到了很多知识，而且让我掌握了学习的方法，更教会了我做人处事的道理，在此深表感谢。我还要向我的同学们表示感谢，感谢10级光伏材料(1)班所有同学以及丁辅导员对我生活和学业上的关心和帮助,我为自己能够在这样一个温暖和谐的班级体中学习工作，深感温暖、愉快和幸运。
最后向多年默默支持我和关心我，不断给我信心、支持我上进，使我顺利完成大学学业的家人，特别是我的父母，献上我最真挚的谢意和最美好的祝福。
第二篇：背银浆对晶硅太阳能电池串联电阻影响
摘要:通过对市场上现有成品的晶硅太阳能电池片背面电极进行观察发现，在背银电极与背铝电极重叠部位普遍存在裂隙。经过分析发现，这一裂隙的存在会导致电池片串联电阻的增大，进而对电池片的电性能产生不利影响。针对这一问题，对背银浆料配方进行改进，改进后的浆料可以有效降低裂隙出现的概率，使电池串联电阻由2.269mΩ降至2.167mΩ，并可提高电池片的转换效率。1引言
随着经济社会发展和居民生活水平提高,能源与环境问题日益严重,太阳能作为清洁能源,取之不尽,用之不竭,具有广阔的应用前景。在众多种类的太阳能电池中，晶硅太阳能电池应用最为成熟，技术研究也最为全面[1-3]。电极材料作为晶硅太阳能电池的关键技术之一，对提升电池效率非常重要。但是，目前关于晶硅太阳能电池的研究主要集中在正面电极及正银浆料上，对背面电极特别是背银浆料的研究和报道较少，对于背银电极的研究也主要关注焊接性能[4]，忽略其对串联电阻的影响。众所周知，浆料与硅基体及其他电极材料良好的匹配性是电池片获得高转换效率的前提[5-9]，背面电极同等重要。背银电极与背铝电极导通良好，才能得到串联电阻小、转换效率高的电池片。
对于传统工艺的产业化晶硅太阳电池，人们在研究串联电阻的组成[10,11]时，也没有详细对背表面电阻进行深入研究。我们通过对市场上现有成品晶硅太阳能电池片的背面电极进行观察发现，在电极内部背银电极与背铝电极重叠部位普遍存在裂隙，如图1。这一裂隙的存在可能导致背表面接触电阻的升高进而影响电池的总体效率。
根据这一发现对不同牌号背银浆进行对比，分析背银电极与背铝电极之间的接触性能的差异，通过更换背银浆料降低电池片串联电阻。 2实验部分
以背银浆料B(乐凯胶片股份有限公司生产的背银浆BSP0181)，与市售背银浆料A进行对比，制作多晶硅电池片。用于实验测试的晶体硅太阳能电池片都是采用工业上通用的刻蚀、PECVD镀减反射膜等工艺制成。制备背银浆所需原材料均从市售产品中选购,正银浆料与背铝浆料均为市场上销售的成熟产品。所需主要实验设备及仪器见表1
2.1背银浆的制备
以松油醇为溶剂,分别加入质量分数为5%的乙基纤维素，再各加入质量分数为1%的其他助剂,混合均匀。于120℃的油浴中加热直至完全溶解,保温2h后冷却,得到有机载体。将银粉、玻璃粉以及有机载体按照质量比为60:5:25称量后。在玛瑙研钵中充分混合并置于三辊机上研磨,为了得到均一的混合效果,要在研磨机上反复几次，直到刮板细度计测得细度为小于15μm时出料,即得到太阳电池背面电极用银浆。
2.2浆料印刷、烧结及测试
将A、B两种浆料分别采用工业标准的印刷机和丝网印刷而成，丝网参数为280目,丝径30μm,张网角度22.5°，张力28N。使用工业用链式烧结炉在标准电池烧结条件下进行烧结，设定峰值烧结温度为920℃。
2.3分析与测试
两种浆料所得的电性能数据由标准工业采用的电池片分选机测得;通过扫描电镜对电池片背银电极与铝电极接触情况进行观察，使用能谱仪对接触部位进行元素分析。3结果与讨论
3.1微观分析
将电极表面的铝膜刮除，使用扫描电镜观察背银电极与背铝电极的搭接处的熔融金属层存在的裂隙，用能谱仪分析裂隙底部区域。通过扫描电镜图(见图2所示)，a-1,a-2(背银浆A)与b-1,b-2(背银浆B)对比我们可以看出，在背银浆A制作的背银电极和背铝电极搭接处存在明显的断裂，局部放大后见图2(a-2)所示，可以发现裂隙宽度达到20~50μm，对此裂隙底部区域进行能谱分析如图3，证实裂隙底部暴露的为含铝的硅基底(铝掺杂的硅基体，与铝背场能谱结果相同)裸露出来。图2(b-1,b-2)中的裂隙发生较少，且呈不连续状态，熔融层保持连接状态。
产生这一现象的根本原因是金属及合金的线性热膨胀系数远大于硅的线性热膨胀系数。铝的线性热膨胀系数为23.6×10-6/K，银的线性热膨胀系数为19.5×10-6/K，硅铝合金的线性热膨胀系数接近铝(硅铝合金层的线性热膨胀系数随硅含量的增加或硅相体积分数的增加呈线性下降趋势[12])，硅的线性热膨胀系数为2.8×10-6/K。在烧结后冷却过程中，由于凝固点的差异，银先于铝和硅-铝合金凝固，在之后铝和硅-铝合金熔融体凝固过程中，铝膜和硅-铝合金层因凝结和冷却收缩，将银-铝结合部拉破，形成裂隙。
使用背银浆B可以有效的防止这种现象的产生，裂隙产生的数量(概率)均明显少于浆料A。
3.2电性能数据
A、B两种浆料在标准太阳能电池片生产线上大量使用，所用正银浆料、铝浆及硅片均为同一品牌同一批次，对印刷烧结生产的电池片进行电性能分析，对所得数据取平均值结果如表2所示。
由上表可以看出浆料B生产所得的电池片的串联电阻Rs要明显低于浆料A，转换效率及填充因子要高于浆料A。对上述电池片的单片测试数据随机取500片进行分析，如图4所示。
对随机取样的数据进行分析也可以看出，在开路电压相当的情况下，由于浆料B的串联电阻Rs较小，Eta及填充因子FF均优于浆料A。对产生这一结果的原因进行分析如下：理想情况下，电子注入铝背场和硅基体之前，应依次经过背银电极———背银电极和铝电极搭接部位(铝膜和合金层或共晶层的叠层结构)———铝电极或铝硅合金层等导体，两种电极搭接部位的铝膜与合金层(或共晶层)在电路中是并联关系。如图5(a)。如果在电极体出现裂隙或局部断裂，会引起背面电极电阻上升，进而使电池片串联电阻增大，影响电池片的转化效率Eta。如图5(b)。
为了证实正常情况下背电极与背电场间电子运输的通道确实如图5(a)所示，我们对电池片的铝电极表面电阻与刮除铝膜后(保留硅铝合金层)的表面电阻进行测量比较，得到的结果为：电池片铝膜表面的电阻在20~30mΩ/□之间，刮除铝膜后表面电阻为45~53mΩ/□，说明铝膜和合金层两者电阻基本相当。可以证实图5(a)所示的两条导电通路均为正常情况下的电子传输途径，电极体中裂隙的存在会使电子传输受阻，增大电池片串联电阻。4结论
本文通过对在研究过程中发现的背银电极及背铝电极搭接处出现的裂隙进行深入的研究与探讨，确认裂隙的存在会导致电池片的串阻增大，进而对电池片的效率产生不良影响。针对这一问题，我们研发出与背铝浆匹配性好、导电连接能力更强的背银浆BSP0181产品，能有效减小银-铝电极之间裂隙出现的概率，显著降低电池片的串联电阻，提高电池片的光电效率。参考文献[1]Nielsen L D. Distributed series resistance effects in solar cells[J]. IEEE Trans. on Electron Devices, 1982, 29(5): 821- 827.[2]赵富鑫, 魏彦章.太阳能电池及其应用[M]. 北京：国防工业出版社，1985.[3]Phang J C H, Chan D S H, Wong Y K. Comments on theexperimental determination of series resistance in solar cells[J]. IEEE Trans. on Electron Devices, 1984, 31(5):717- 718.[4]Jerome Moyer, 张伟铭, 韩晶, 等. 高效无铅太阳能电池背银浆料的研究[D] . 第十届中国太阳能光伏会议论文集：迎接光伏发电新时代，2008.132- 136.[5]方祖捷, 陈高庭, 叶青, 等. 太阳能发电技术的研究进展[J]. 中国激光, 2009 (01):5- 14.[6]Sun ShiYang, Long Jian Ping, Zhang Bo. The investigation ofplating technologies for front fingers of c- Si solar cells [J].Advanced materials research. 2012 (512): 198- 201.[7]M. Green. Solar Cells: Operating Principles, Technology andSystems Applications [M]. Prentice- Hall: New Jersey, 1982,Chapter 3.[8]Ketkar S A, Umarji G G, Phatak G J. Lead- free photoimageable silver conductor paste formulation for high density electronic packaging [J]. Materials Science and Engineering B,2006(132):215- 221.[9]郭志球, 沈辉, 刘正义, 等. 太阳电池研究进展[J]. 材料导报. 2006(03):41- 43.[10]Goetzberger A, Knobloch J, Voss B. Crystalline silicon solarcells [M]. Freiburg, Germany: Fraunhofer Institute for SolarEnergy Systems, 1998.[11]Green, M A. Crystalline silicon solar cells [M]. Sydney, Australia :University of New South Wales, 1995.[12] Zaiyang Wang, Shunri Oda. Electrical Properties of SrTiO3·/·BaTiO3 Strained Superlattice Films Prepared by AtomicLayer Metallorganic Chemical Vapor Deposition[J]. J. Electrochemical Soc, 2000, 147(12):4615- 46157.马亚男1，刘子英1，王春燕2，张东2(1.乐凯胶片股份有限公司;2.巨力新能源股份有限公司•)
第三篇：太阳能电池组件焊接工艺书
目的：了解电池片单片和串联的焊接工序操作流程 范围： 本作业指导书适用于电池片单片和串联的焊接工序操作流程、相关操作方法及注意事项。 所需设备及辅助工具：
单片：简易工装，恒温电烙铁，焊接台，指套。 串联：恒温电烙铁，转接模板，焊接模板，指套。 工作焊接台的准备：
1.清洁工作台面，保持环境卫生，防止电池片污染 2. 设定电烙铁到相应需要的温度，每次使用和更换电烙铁头前都要测量其温度，然后每隔四小时测量一次，并记录在《烙铁温度记录表》上;设定加热模板或者加热台的温度在50℃～80℃之间;每天正式焊接前应试焊，检查焊接质量，观察烙铁温度及焊接速度是否合适。 焊接工作前的分检工序： A. 电池片的分检标准： B. 电池片焊接前预处理： 1. 电池片无碎片，裂纹等缺陷。 2. 缺角小于1mm2每片不超过2个。 3. 表面无明显沾污，无银栅线脱落。 4. 背面无铝珠，若有则应去除。 单焊工序流程：
1. 取，将互连条与电池片主栅线对奇，轻压互连条和电池片，按调整好的温度和速度平稳焊接，焊接收尾处烙铁轻轻上提，以防收尾处出现小锡渣。
2. 先焊66片长互连条的片子，然后按要求焊6片短互连条引出线的片子。 串焊工序流程：
1. 将电池片放入模板相应位置，对齐主栅线，摆放必须一次到位。
2. 先焊接正极引出线，对上正极电池片后用左手手指压住互连条和电池片，避免相对位移，然后按调整好的速度进行焊接。如果正极主栅线到电池片边沿距离小于5㎜则从主栅线起头焊接。
3. 按检验1～4进行目测自检，不合格的进行返工，若返工时使用了助焊剂，应即使用酒精清洗。
4. 自检合格的，作好流转单记录，用焊接模板放入转接模板
实验标准及验收程序：
1. 焊接表面光亮，无脱焊、虚焊和过焊，无锡珠和毛刺，互连条要均匀、平直地焊在背电极内。
2. 电池片表面清洁，电池片完整，无碎裂现象。 3. 对与串焊要求互连条要均匀、平直地焊在主栅线内，焊带与电池片主栅线的位错≤0.5㎜;对与单焊要求每一串
各电池片的底边在同一直线上，位错<0.5㎜。
4. 具有一定的机械强度，沿45 o方向轻拉互连条不会脱落。
5. 质检部抽检烙铁温度和焊接质量，并记录。 各工序工作职责：
1. 电池片要轻拿轻放，以免损坏，小心操作避免电池片破损。
2. 收尾处保证4～7㎜不焊接。
3. 每焊接720片电池片要更换一次简易工装。 4. 严禁焊接作业人员接触助燃剂。
5. 若发现有正极和负极栅线偏移≥0.5㎜的片子，则将该电池片调整为首片。
2
第四篇：硅基薄膜太阳能电池 工艺技术的改进和现场维护 激光环节的工艺流程及其条件
Optimization of microcrystalline silicon thin film solar cell isolation processing parameters using ultraviolet laser
Optics & Laser Technology This study used ultraviolet laser to perform the microcrystalline silicon thin film solar cell isolation scribing process, and applied the Taguchi method and an L18 orthogonal array to plan the experiment. The isolation scribing materials included ZnO:Al, AZO transparent conductive film with a thickness of 200 nm, microcrystalline silicon thin film at 38% crystallinity and of thickness of 500 nm, and the aluminum back contact layer with a thickness of 300 nm. The main objective was to ensure the success of isolation scribing. After laser scribing isolation, using the minimum scribing line width, the flattest trough bottom, and the minimum processing edge surface bumps as the quality characteristics, this study performed main effect analysis and applied the ANOVA (analysis of variance) theory of the Taguchi method to identify the single quality optimal parameter. It then employed the hierarchical structure of the AHP (analytic hierarchy process) theory to establish the positive contrast matrix. After consistency verification, global weight calculation, and priority sequencing, the optimal multi-attribute parameters were obtained. Finally, the experimental results were verified by a Taguchi confirmation experiment and confidence interval calculation. The minimum scribing line width of AZO (200 nm) was 45.6 μm, the minimum scribing line width of the microcrystalline silicon (at 38% crystallinity) was 50.63 μm and the minimum line width of the aluminum thin film (300 nm) was 30.96 μm. The confirmation experiment results were within the 95% confidence interval, verifying that using ultraviolet laser in the isolation scribing process for microcrystalline silicon thin film solar cell has high reproducibility.
Fabrication of thin film silicon solar cells on plastic substrate by very high frequency PECVD Fabrication of thin film silicon solar cells on plastic substrate by very high frequency PECVD
Solar Energy Materials and Solar Cells
The paper describes the way to transfer process technology of state-of-the-art high efficiency thin film silicon solar cells fabrication on cheap plastic (such as PET or PEN) substrates, by two completely different approaches: (i) by transfer process (Helianthos concept) of thin film silicon cells deposited at high substrate temperature, Ts (at low Ts (
200 °C) and (ii) direct deposition on temperature sensitive substrates 100 °C). Adaptation of the process parameters and cell processing to the requirement of the flexible/plastic substrate is the most crucial step. In-situ diagnosis of the plasma has been done to understand the effect of inter-electrode distance, substrate temperature and hydrogen dilution on the gas phase conditions. Whereas, for the transfer process, the inter-electrode distance is a critical deposition condition that needs to be adapted for the flexible substrates, the direct deposition on plastic substrates has an added issue of loss in material quality and the deposition rate due to depositions at low Ts. Our studies indicate that ion energy is crucial for obtaining compact films at low temperature and high hydrogen dilution helps to compensate the loss of ion energy at low substrate temperatures. Efficiencies of 5.9% and 6.2% have been obtained for n–i–p type a-Si cells on PET and PEN substrates, respectively, using direct deposition. Using an adapted inter-electrode distance, an a-Si/nc-Si tandem cell on plastic (polyester) substrate with an efficiency of 8.1% has been made by Helianthos cell transfer process.
Large-size multi-crystalline silicon solar cells with honeycomb textured surface and point-contacted rear toward industrial production
In this paper, we present a multi-crystalline solar cell with hexagonally aligned hemispherical concaves, which is known as honeycomb textured structure, for an anti-reflecting structure. The emitter and the rear surface were passivated by silicon nitride, which is known as passivated emitter and rear (PERC) structure. The texture was fabricated by laser-patterning of silicon nitride film on a wafer and wet chemical etching of the wafer beneath the silicon nitride film through the patterned holes. This process succeeded in substituting the lithographic process usually used for fabricating honeycomb textured structure in small area. After the texturing process, solar cells were fabricated by utilizing conventional fabrication techniques, i.e. phosphorus diffusion in tube furnace, deposition of anti-reflection film and rear passivation film by chemical vapor deposition, front and rear electrodes formation by screen printing, and contact formation by furnace. By adding relatively small complicating process to conventional production process, conversion efficiency of 19.1% was achieved with mc-Si solar cells of over 200 cm in size. The efficiency was independently confirmed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST).
2Recent advances in very high frequency plasma enhanced CVD process for the fabrication of thin film silicon solar cells Thin Solid Films
We have deposited amorphous silicon (a-Si) and nanocrystalline silicon (nc-Si) materials and the total p–i–n configurations for solar cells in a high vacuum multichamber system ASTER using very high frequency plasma enhanced chemical vapour deposition (VHF PECVD) process. The deposition process is monitored and controlled by in-situ diagnostic tools to maintain reproducibility of the material quality. In this paper we show our recent results on single junction (amorphous silicon) and tandem (a-Si/nc-Si) cells on plastic foil using the Helianthos concept. The tandem cell efficiency on Asahi U-type SnO2:F coated glass is ~ 12% and this is achieved by employing nc-Si deposited at high pressure (p) conditions of 5 mbar and a small inter-electrode distance (d) of 5 mm. The deposition scheme of this cell on glass was adapted for the SnO2:F coated Al foil substrates from Helianthos b.v., especially taking into account the expansion of the foil during deposition. The inter-electrode distance d was one of the variables for this optimisation process. Depositions at four inter-electrode distances of 6 mm, 8 mm, 10 mm and 12 mm (keeping the pressure–distance product constant) revealed that the deposition rate increases at higher distances, reaching 0.6 nm/s at a d of 10 mm and pressure p of 3.0 mbar. The Raman crystalline ratio showed a monotonic increase with the combination of higher d and lower p. Tandem cells with an area of 2.5 cm on plastic foil fabricated by the Helianthos concept and employing the above mentioned nc-Si made at 0.6 nm/s in the bottom cell and a-Si in the top cell, showed an efficiency of 8.12%, with a short circuit current density of 10 mA/cm. The combined deposition time of the photoactive silicon layers of the top and bottom cells amounted to only 85 min.
22
Transparent conducting oxide layers for thin film silicon solar cells
Texture etching of ZnO:1%Al layers using diluted HCl solution provides excellent TCOs with crater type surface features for the front contact of superstrate type of thin film silicon solar cells. The texture etched ZnO:Al definitely gives superior performance than Asahi SnO2:F TCO in case of nanocrystalline silicon (nc-Si) type of solar cells. The stress of the ZnO:Al film changes from tensile to compressive with the increase in substrate temperature of sputter deposition and the rms roughness and the haze of the film seem to have a correlation with the stress of the film prior to etching; the sample made at 150 °C is most tensile and the etching rate and the evolved roughness is least at this condition whereas the sample made at 350 °C with a compressive stress character gives a high roughness. At present the ZnO:Al made at room temperature provides the best combination of the electrical property and the scattering property of the texture etched layer. A current density of
24 mA/cm has been obtained for a nc-Si cell
2of 2200 nm thick. To apply such a texturing technique to make rough ZnO:Al TCO layers on PET and PEN substrates for solar cells on plastics, an additional step of embossing the plastics prior to the sputter deposition of the ZnO:Al layers was employed to release the undue stress. The texture etching of such layers on plastics showed excellent scattering properties in addition to the good electrical properties. As far as ZnO:Al as back reflector is concerned, use of a thick, low doped ZnO:Al in combination with white reflectors, instead of metals, will be a possible solution to avoid surface plasmon absorption loss. We have successfully applied this concept using 0.5% Al doped ZnO to a superstrate type a-Si solar cell using upconversion material at the back of the solar cell. In case of substrate type solar cells on plastics, the ZnO:Al layers that are used as the Ag/ZnO:Al back reflector as well as barrier layers, have to be thin and made at a low stress condition. Such a process resulted in on PET and PEN substrates.
6% efficiency of n-i-p a-Si solar cells Spatially distributed model for the analysis of laser beam induced current (LBIC) measurements of thin film silicon solar modules
激光束引介的薄型硅基太阳能膜的生产方式分析 ： 三维分布式工艺模块的处理模型
A 3D distributed model is developed and implemented based on circuit analysis software for the investigation of spatial variation in performance due to the distributed nature and non-uniformity of solar cell properties. This is applied to LBIC measurements where it is used for sensitivity analysis of the measurements with respect to certain parameters in series connected thin film PV modules. The model is used to explain the differences in dark and illuminated measurements, which clearly shows the illuminated LBIC signal is largely dependent on the homogeneity of the background illumination. The dark LBIC is largely affected by the shunt resistance of the neighbouring cells rather than by the signal strength of the cell under test. It is required to bring the cell into limiting conditions, which then gives a signal one order of magnitude stronger than that in the non-limiting case. The simulations are validated against measurements taken in these regimes.
Development of a rapid thermal annealing process for polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass 太阳能玻璃
Materials Science and Engineering
In this report, we discuss the influence of rapid thermal annealing (RTA) on the performance of polycrystalline Si (poly-Si) thin-film solar cells on glass where the poly-Si layers are differently prepared. The first part presents a comprehensive study of RTA treatments on poly-Si thin-films made by solid phase crystallization (SPC) (standard material of CSG Solar AG, Thalheim). By varying both plateau temperature (up to 1050 °C) and duration (up to 1000 s) of the annealing profile, we determined the parameters for a maximum open-circuit voltage (VOC). In addition, we applied our standard plasma hydrogenation treatment in order to passivate the remaining intra-grain defects and grain boundaries by atomic hydrogen resulting in a further increase of VOC. We found, that the preceding RTA treatment increases the effect of hydrogenation already at comparable low RTA temperatures. The effect on hydrogenation increases significantly with RTA temperature. In a second step we investigated the effect of the RTA and hydrogenation on large-grained poly-Si films based on the epitaxial thickening of poly-Si seed layers.
Optimization of the p–i interface properties in thin film microcrystalline silicon solar cell
太阳能薄膜电池的成分优化配比设计
Solar Energy Materials and Solar Cells Hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si:H) has become attractive for use in thin-film silicon solar cells. The external quantum efficiency (EQE) of μc-Si:H solar cells extends up to 1100 nm, which is exploited in tandem solar cells. Properties of p–i interface are critical for performance as it affects carrier collection, which is visible in the blue response. Here, we report how μc-Si:H p- and i-layer material properties influence the p–i interface of μc-Si:H solar cells. The effect of RF PECVD parameters of these layers on the p–i interface was investigated. We find that the blue response of the solar cell is sensitive to the crystallinity of both the p- and i-layers. We demonstrate that transient depletion during i-layer deposition affects the blue response of μc-Si:H solar cell. We obtained a narrow process window for optimal solar-cell performance. At the optimal deposition pressure of 9 mbar and using transient depletion, an EQE at 400 nm of 0.6 was obtained, achieving 16% higher short-circuit current density. Reducing the diborane flow during p-layer deposition yielded 13% relative increase in efficiency.
Epitaxially grown emitters for thin film silicon solar cells result in 16% efficiency Thin Solid Films
Epitaxial thin film silicon solar cell technology is one of the most promising midterm alternatives for cost effective industrial solar cell manufacturing. Here, CVD is used to grow the active base layer. However, also the emitter can be grown by CVD, with doping profiles as desired.
In this paper, solar cell processes are established integrating both a two-step CVD grown emitter, and state-of-the-art concepts for optical light trapping in epitaxial cells. In this way, the significant increase in Voc is combined with an improved short-circuit and leads to a record efficiency of 16.1% with a current density of 33.2 mA/cm, approaching the Jsc of bulk silicon solar cells. 2
Back surface reflectors with periodic textures fabricated by self-ordering process for light trapping in thin-film microcrystalline silicon solar cells
表面背部反射层的应用;太阳能薄膜电池的光捕捉自组织/自有序化过程 形成的机理
Back surface reflectors (BSRs) with grating structures have been developed to enhance light trapping in thin-film hydrogenated microcrystalline Si (μc-Si:H) solar cells. As a grating structure, a periodic honeycomb-like dimple pattern with a period of
450 nm has been fabricated on Al substrates by a self-ordering process using anodic oxidation of Al. The clear diffraction effect has been confirmed on the patterned Al from the angle-dependent reflection. From quantum efficiency measurements, we found that the periodically patterned BSR can confine the incident light more effectively than the random textured BSR, especially at longer wavelengths.
第五篇：自动化太阳能组件生产线工艺流程
组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。
1.玻璃EVA放置
2.串焊排版一体
3.层前缓存
4.镜面检测
5.层前EL检测
6.层压
7.层后输送
8.修边
9.打胶装框
10.装接线盒
11.自然固化
12.清洗
13.终检
14.终检打包
15.成品
一、太阳能电池组件生产线介绍
太阳能光伏交钥匙工程始终致力于照顾您生产中的每一个细节，减少操作人员，降低占地面积。保证您在生产中提高效率，在增加产量的同时，为您创造有竞争力的成本优势。
我司生产的组件生产线设备包括：输送机、全自动串焊机、组件排版机、上料机、EL检测机(包含前及终检)、IV检测机、翻转机、自动打胶机、自动修边机、自动组框机、堆栈机、固化线、分选码垛机及相关光伏组件检测实验等设备。该方案设备先进、自动化程度高，位于行业内先进水平。同时流水线布局科学、合理、美观，性价比较高，操作维护方便。
二、太阳能电池组件生产线特点
智能化：采用总线控制技术，对生产过程控制诊断进行智能化处理。 在线控制：通过有效联系EL检测系统、绝缘测试系统及成品性能测试系统等检测系统，从而达到在线式检测控制。
远程监控：能够实时更新反馈生产数据，从而便于生产管理控制。
冗余控制：通过服务器冗余、控制器冗余等组合使用，从而保证整个系统长时间稳定连续运行。
注意事项：
由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以武汉三工除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。