【正文】 Lay the foundation for future indepth study. 2) Comparative validation of the mercial version of two mon work(2) and draw on existing business with the best sintering conditions. The cells and production of reality to provide a reference. KEY WORDS: solar cell, processing, AlBSF, surface rebination, screenprinting technology 健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） II 目 錄 第一章 緒 論 ......................................... 1 167。 太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 .............. 6 167。 .2 擴(kuò)散工藝 ................................ 12 167。 實(shí)驗(yàn)硅片的選擇 .............................. 20 167。太陽不停地向宇宙空間中發(fā)送著巨大的能量。太陽能優(yōu)勢(shì)與資源太陽能除去數(shù)量巨大之外，還能長(zhǎng)期供給，理論計(jì)算太陽尚可維持?jǐn)?shù)十億年之久，此外，太陽能隨處都有，不需開采和運(yùn)輸，并且是沒有任何污染的清潔能源。但太陽能與其他新能源相比在資源潛力和持久適用性方面更具優(yōu)勢(shì)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)前景來看，光伏發(fā)電是最具潛力的戰(zhàn)略替代發(fā)電技術(shù)。 作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)能源工業(yè)面臨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、環(huán)境保護(hù)和社會(huì)發(fā)展等多重壓力。因此開發(fā)利用太陽能等可再生能源、實(shí)現(xiàn)能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展更顯迫切、意義也更為重大 。太陽電池發(fā)展的一個(gè)重要里程碑則是 1954年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制出了第一個(gè)實(shí)用的硅擴(kuò)散制備 pn結(jié)太陽電池，并很快將光電轉(zhuǎn)換效率提高到 10%。隨著光伏技術(shù)及應(yīng)用材料的飛速健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 3 發(fā) 展，光電材料成本不斷下降，光電轉(zhuǎn)換效率逐漸升高，太陽能光伏發(fā)電將會(huì)越來越顯現(xiàn)出優(yōu)越性 [5]。 2020年到 2020年，我國(guó)開始實(shí)施光明工程項(xiàng)目。各地電池的效率如下 [6]，澳大利亞新南威爾士大學(xué)高效單晶硅電池和多晶硅電池效率分別達(dá)到 %、 %。 太陽能電池的分類與發(fā)展趨勢(shì) 迄今為止，人們已經(jīng)研究了 100多種不同材料、不同結(jié)構(gòu)、不同用途和不同型式的太陽電池。 圖 14 19992020 年全球商品化太陽電池產(chǎn)量比例 從該圖可以看出： 1. 晶體硅太陽電池（包括單晶硅、多晶硅、片硅、帶硅等太陽電池）始終是商品化太陽電池的主流產(chǎn)品。 3. 各種薄膜太陽電池（包括非晶硅、碲化鎘、硒銦銅等太陽電池）所占的比一直在 6%左右徘徊，但近幾年薄膜太陽能電池得到較快發(fā)展，如下圖 圖 15 薄膜硅與晶體硅趨勢(shì)圖 健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 5 分析 主要原因是因其成本低廉，到 2020年底薄膜電池產(chǎn)量達(dá) 400MW，市場(chǎng)占有率達(dá) 12%， 從長(zhǎng)期來看，薄膜電池有望取代晶體硅電池成為主流 。硅片減薄將有效降低原料和生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)率，但同時(shí)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，主要是碎片率，以及在大面積硅片 上實(shí)現(xiàn)均勻加工的技術(shù)；而厚度減薄也對(duì)電池的表面鈍化工藝提出了更高的要求。硼背場(chǎng)有望取代 鋁背場(chǎng)，由于硼的擴(kuò)散濃度可以比鋁高一個(gè)數(shù)量級(jí)，可以增強(qiáng) 背場(chǎng) 強(qiáng)度，提高鈍化水平；絨面結(jié)構(gòu)改進(jìn)，獲取更低的反射率（如用于多晶的 RIE 絨面技 術(shù)） [9]。還包括減反射層、表面鈍化層等結(jié)構(gòu) 。這種現(xiàn)象稱為光生伏特效 [11]。當(dāng)太陽光照射到太陽電池上時(shí)，其中一部分被表面反射掉，其余部分被太陽電池吸收或透過。由于在 p型和 n型交界面兩邊形成了勢(shì)壘電場(chǎng)，能將電子驅(qū)向 n區(qū)，空穴則被驅(qū)向 p區(qū)。光生電場(chǎng)的一部分除抵銷勢(shì)壘電場(chǎng)外，還使 p型層帶正電， n型層帶負(fù)電，當(dāng)有負(fù)載接入時(shí)，就產(chǎn)生光生電流 (通過電極來收集 )。 太陽能電池的 輸出特性 在效理想情況下，被光照的太陽電池的正負(fù)電極間接有負(fù)載時(shí)，就有直流電輸出。并聯(lián)電 阻 Rsh由各種漏電流引起例如，因電池邊緣沾污而引起的漏電流，沿著位錯(cuò)和晶粒間界的不規(guī)則擴(kuò)散而形成的漏電流和沿著在電極金屬化處理后由微觀裂縫、晶粒間界和晶體缺陷等形成的細(xì)小橋路的漏電流 )，而串聯(lián)電阻心則由擴(kuò)散薄層的電阻、基片的體電阻、金屬電極和太陽電池問的接觸電阻和金屬電極的體電阻等四者構(gòu)成 [ 12]。在開路狀態(tài)下，流經(jīng)太陽電池的凈電流為 0。 2) 短路電流（ Isc） 當(dāng)太陽電池的輸出電壓為 0，即外接電路短路時(shí)，流經(jīng)太陽電池體內(nèi)的電流為短路電流 Isc，對(duì)于理想太陽電池，短路電流就等于光生電流 Iph，所以短路電流的大小和以下幾個(gè)因素相關(guān)聯(lián) [ 7]： （ 1）太陽電池的面積。 （ 4）電子收集效率。 3) 填充因子（ FF） 在光電池的伏安特性曲線任一工作點(diǎn)上的輸出功率等于該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)矩形面積，其中只有一點(diǎn)是輸出最大功率，稱為最佳工作點(diǎn)，該點(diǎn)的電壓和電流分別稱為最佳工作電壓 Vop和最佳工作電流 Iop。 圖 25 太陽能電池的 IV曲線和工作點(diǎn) 健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 10 4) 太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率 η 表示入射的太陽光能量有多少能轉(zhuǎn)換為有效的電能。以上的四個(gè)參數(shù)是參考太陽能電池好壞的標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際的應(yīng)用中以上參數(shù)還受工作環(huán)境的溫度的影響，其溫度系 數(shù)的參考數(shù)值為：電壓溫度系 ： ℃ ；電流溫度系數(shù)： ℃ ；轉(zhuǎn)換效率溫度系數(shù)： 103/℃ 。晶體硅太陽電池一般是利用原始硅棒經(jīng)過線切割成硅片，由于在硅片切割過程中鋼線的作用，使得硅片表面有一層 10～ 20μm的損傷層，如 不 將其去除，會(huì)形成高的表面復(fù)合率。 圖 27 單晶硅晶體結(jié)構(gòu)圖 圖 27所示由 ABCDCFGH八個(gè)硅原子組成的一個(gè)空間立方陣， abcdef六個(gè)原子是它的面心，這是一個(gè)面心立方晶胞。由于生成物 Na2Si03溶于水而被去除，從而硅片被化學(xué)腐蝕 [14]。 制絨工序的好壞不能僅僅從反射率的好壞來考慮，同時(shí)還要考慮對(duì)后續(xù)工藝的影響，若 金字塔太小 ， 會(huì)使印制的漿料小能很好地流入金字塔的底部 ， 造硅片表面和漿料留有空隙，惡化接觸；太大則會(huì)對(duì)印刷造成困難 。磷在高溫下滲透入硅片內(nèi)部形成 n區(qū)，如圖 29 （ a） POCL3 液態(tài)源擴(kuò)散原理圖 （ b）擴(kuò)散后硅片截面示意圖 圖 29 擴(kuò)散圖 其中的過 程是 在 800～ 900℃ 時(shí)氮?dú)獗煌ㄈ氲?POCl3液態(tài)當(dāng)中。參雜濃度是一個(gè)折中的結(jié)果，這是因?yàn)?擴(kuò)散濃度高，方塊電阻低同時(shí)可減小電極與硅 片的接觸電阻，但是這樣又會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散死層，為提高太陽電池的短波相應(yīng)，磷原子濃度又不需要太高，在之后的燒結(jié)工藝中銀漿大約穿透 的結(jié)深。完成擴(kuò)散后，硅片周邊將不可避免地形成 pn結(jié)，周邊 pn結(jié)的存在將導(dǎo)致電池產(chǎn)生很大的旁路漏電。其原理為 采 用高頻輝光放電反應(yīng) 使反應(yīng)氣體激活成活性粒子（ CF4→ CF3， CF2， CF， C，以及它們的離子），這些活性粒子與需要被刻蝕區(qū)域 的 Si/SiO2發(fā)生反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除 [17]， 如下圖 210。 磷硅玻璃的去除工藝為，將刻蝕后的硅片放入 3%～ 8%濃度的 HF溶液中浸泡 3～ 5分鐘。完成 SiNx： H減反射鈍化膜的制備，硅太陽電池的表面反射率可從制絨后的 14%左右，進(jìn)一步降低至 3%以下。 此工序注重與前面工序的協(xié)調(diào)性。印刷時(shí)在絲網(wǎng)一端倒入漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定壓力，同時(shí)朝絲網(wǎng)另一端移動(dòng)。當(dāng)刷頭刮過整個(gè)印刷區(qū)域后抬起，同時(shí)絲網(wǎng) 也脫健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 15 離基片，工作臺(tái)返回到上料位置，至此為一個(gè)印刷行程 [19]。太大會(huì)使彈性應(yīng)變變小使網(wǎng)版易崩裂，太小又會(huì)降低印刷精度。 ，刮板條的硬度越低，印刷圖形的厚度越大 。印刷圖形精密的或粘度較大的速度應(yīng)當(dāng)高些，一般正銀印刷可用 200～ 230mm/s，被鋁印刷可用 230～ 280mm/s。 漿料： 漿料主要包含功能組分（導(dǎo)電材料、玻璃料 (Glass frit)）、有機(jī)粘合劑、有機(jī)溶劑。載體決定了厚膜的工藝特性，是印刷膜和干燥膜的臨時(shí)粘結(jié)劑。一般粘度過大會(huì)增加印刷的難度，相反過小又會(huì)降低漿料的可塑性，流動(dòng)性小的易出現(xiàn)堵網(wǎng)現(xiàn)象。 燒結(jié)原理：固體顆粒具有很大的比表面積，具有極不規(guī)則的復(fù)雜表面狀態(tài)以及在顆粒的制造、細(xì)化處理等加工過程中，受到的機(jī)械、化學(xué)、熱作用所造成的嚴(yán)重結(jié)晶缺陷等，系統(tǒng)具有很高自由能 .燒結(jié)時(shí)，顆粒由接觸到結(jié)合，自由表面的收縮、空隙的排除、晶體缺陷的消除等都會(huì)使系統(tǒng)的自由能降低，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)中更穩(wěn)定的狀態(tài)。典型的燒結(jié)曲線如 下圖 215 所示。在高溫階段， Ag、 Si及玻璃料成分發(fā)生反應(yīng)，形成 Ag—Si接觸；冷卻時(shí)， Ag粒子在硅片表面結(jié)品生長(zhǎng)。實(shí)際的燒結(jié)爐各溫區(qū)溫度，需要綜合考慮 N層的擴(kuò)散濃度、漿料成分、減反射膜厚度等諸多因素來設(shè)定，如果峰值溫度過低，健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 17 則有部分區(qū)域沒有結(jié)晶產(chǎn)生，造成 Rs變大， FF降低；同時(shí)燒結(jié)的時(shí)間影響著結(jié)晶顆粒的大小，若帶速過慢， Ag顆粒長(zhǎng)大， 玻璃液相 腐蝕硅片加深，容易造成 p/n結(jié)穿透， Rsh明顯降低 [12]。 通常 P+層越厚、均勻性越好， BSF作用更明顯。隨著厚度的不斷變薄，硅片少子體壽命對(duì)電池效率的 影響逐步降低，這主要是因?yàn)殡S著硅片厚度減薄，基區(qū)少子到達(dá) pn結(jié)所需距離變短，這就意味著，即便材料的少子壽命較低，仍然有足夠的擴(kuò)散長(zhǎng)度保證足夠多的少子被 pn結(jié)收集。 167。在單晶半導(dǎo)體材料中，復(fù)合過程大致可以分為三種 輻射復(fù)合 ，輻射復(fù)合是 LED 燈和激光這類的半導(dǎo)體器件的主要復(fù)合機(jī)制。 這是晶體太陽能電池的主 要復(fù)合形式。 鋁背場(chǎng)鈍化原理和提高效率的原因 表面鈍化，降低背表面復(fù)合速率，提高少數(shù)載流子的收集率，提高開路電健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 19 壓。 [ 167。 實(shí)驗(yàn)硅片的選擇 實(shí)驗(yàn)材料選擇 的硅片由 Hareon公司所生產(chǎn)的 p型 100太陽能級(jí)直拉單晶硅片 電阻率在 ～ 3Ω絨面金字塔尺寸在3～ 6μm之間。 d) 印刷電極 采用的標(biāo)準(zhǔn)絲剛印刷背面銀電極和正面印刷銀電極的工業(yè)太陽電池生產(chǎn)流程。5Ω/□ 7885nm 合格 合格 由于以下的每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是在印刷段來完成的為保證每個(gè)實(shí)驗(yàn)變量的單一性，所以在對(duì)傳到印刷段的硅片主要參考 上述的幾個(gè)參數(shù)，選擇實(shí)驗(yàn)硅片組的以上參數(shù)要基本相似。 有上一節(jié)我們知道 背場(chǎng) 的印刷在第二道工序，也就是說在印被極和正極之間，為保證印刷 背場(chǎng) 前后其它二道工序的變化，我們對(duì)被電極和正柵的印刷參數(shù)和網(wǎng)版進(jìn)行了固定。 a) 物料準(zhǔn)備如下： 表 33 物料、儀器及參數(shù)設(shè)置表 280 網(wǎng)版張力（ N) 250 網(wǎng)版張力（ N) 33 33 33 33 32 33 33 印刷機(jī)臺(tái) 意大利 Baccini Machine 印刷機(jī)，印刷時(shí)參數(shù)不變 燒結(jié)爐 意大利的 Despatch 九區(qū)快速燒結(jié)爐，主要參數(shù)如下 convery speed Dry1 Dry2 Dry3 Frn1 Frn2 Frn3 Frn4 Frn5 Frn6 235mm/min 370 375 380 510 560 610 620 780 910 注：所用的實(shí)驗(yàn)片按上述實(shí)驗(yàn)片選擇方法來取。漿料少了，燒結(jié)后鋁背場(chǎng)的厚度就薄了，在電池的冷卻過程中由于鋁背場(chǎng)的熱膨脹系數(shù)與硅的不同而造成的翹曲度減小，因?yàn)殇X背場(chǎng)的量變少相 應(yīng)的應(yīng)力變小而形成翹曲度減小。下 面顯示了 兩組 燒結(jié)后電池片測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)圖： 1） 整體效率對(duì)比圖 NCell0 . 1 7 00 . 1 7 30 . 1 7 50 . 1 7 82 5 0 1 2 8 0 1O p e r a t o rN C e l lO p e r a t o r [ 2 5 0 1 ]O p e r a t o r [ 2 8 0 1 ] 0 . 1 7 4 5 5 80 . 1 7 4 7 9 60 . 1 7 4 3 1M e a n0 . 0 0 1 7 4 40 . 0 0 1 4 90 . 0 0 1 9 4 7S t d D e v8 . 8 7 5 e 50 . 0 0 0 1 0 60 . 0 0 0 1 4 2S t d E r r M e a n0 . 1 7 4 3 8 30 . 1 7 4 5 8 60 . 1 7 4 0 3 1L o w e r 9 5 %0 . 1 7 4 7 3 20 . 1 7 5 0 0 50 . 1 7 4 5 8 9U