【正文】 電變換效率并降低其成 本，二是要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電同現(xiàn)在的電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。從太陽(yáng)能獲得電力，需通過(guò)太陽(yáng)電池進(jìn)行光電變換來(lái)實(shí)現(xiàn)。 solar cell 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 5 第一章 緒論 太陽(yáng)能應(yīng)用的情景 太陽(yáng)能發(fā)電是最理想的新能源， 照射在地球上的太陽(yáng)能非常巨大，大約 40分鐘照射在地球上的太陽(yáng)能，便足以供全球人類(lèi)一年能量的消費(fèi)。因此大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中，各 向同性酸腐蝕是目前廣泛應(yīng)用的多晶硅太陽(yáng)電池絨面技術(shù)。在太陽(yáng)電池生產(chǎn)中應(yīng)對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕處理，目的是為了在硅片上獲得表面絨面結(jié)構(gòu)，這種絨面結(jié)構(gòu)對(duì)提高晶體硅對(duì)光的吸收效率有著重要作用。對(duì)于單晶硅來(lái)說(shuō)，采用堿溶液的各向異性腐蝕，即可以在其（ 100）面得到理想的絨面結(jié)構(gòu)；目前，多晶硅絨面技術(shù)主要有機(jī)械刻槽、等離子刻蝕（ RIE）和各向同性酸腐蝕。 本文主要介紹清洗制絨的基本原理及工藝流程，并結(jié)合個(gè)人工作期間遇到的來(lái)料、制絨深度的控制、人為不當(dāng)操作等問(wèn)題?？梢哉f(shuō)，太陽(yáng)能是真正取之不盡、用之不竭的能源。它同以往其他電源發(fā)電原理完全不同，具有以下特點(diǎn)：①無(wú)枯竭危險(xiǎn)；②絕對(duì)干凈（無(wú)公害）；③不受資源分布地域的限制；④可在用電處就近發(fā)電；⑤能源質(zhì)量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。目前，太陽(yáng)電地主要有單晶硅、多晶硅、非晶態(tài)硅三種。據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，本世紀(jì)末便可達(dá)到這一水平。但可以分散地進(jìn)行，所以它適于各家各戶(hù)分激進(jìn)行發(fā)電，而且要聯(lián)接到供電網(wǎng)絡(luò)上，使得各個(gè)家庭在電力富裕時(shí)可將其賣(mài)給電力公司，不足時(shí)又可從電力公司買(mǎi)入。日本通產(chǎn)省從 1994 年開(kāi)始以個(gè)人住宅為對(duì)象，實(shí)行對(duì)購(gòu)買(mǎi)太陽(yáng)能 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 6 發(fā)電設(shè)備的費(fèi)用補(bǔ)助三分之二的制度。為了滿(mǎn)足一般家庭電力需要的 3 千瓦發(fā)電系統(tǒng) ,太陽(yáng)能空調(diào)，需 600 萬(wàn)至 700 萬(wàn)日元，還未 包括安裝的工錢(qián)。在大約 50 平方厘米的面積上便分布有 1， 700 個(gè)這樣的單元。每個(gè)家庭將這種電池掛在向陽(yáng)的屋頂、墻壁上，每年就可獲得一二千度的電力。三種光學(xué)性質(zhì)的損失中，硅表面的反射損失最多。在三 、 四章主要 從理論 、 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 7 圖片和實(shí)際出發(fā)， 提出了在太陽(yáng)電池生產(chǎn)工藝中制絨工藝的重要性和其改進(jìn)方法。高純硅是一種本征半導(dǎo)體，在常溫下只有為數(shù)極少的電子穴對(duì)參與導(dǎo)電，部分自由電子遇到空穴會(huì)迅 速恢復(fù)合成共價(jià)鍵電子結(jié)構(gòu)，所以硅的本征電阻率比較大。 當(dāng)在硅中摻入磷、砷、銻等 5價(jià)元素（又稱(chēng)施主雜質(zhì)），它們的價(jià)電子多于價(jià)軌道，是多電子原子，在形成共價(jià)鍵之外，有多余的電子，位于共價(jià)鍵之外的電子受原子核的束縛力要比組成共價(jià)鍵的電子小得多，只要得到很少的能量，就能成為自己電子。如果的在硅中摻入硼、鎵、鋁等 3價(jià)元素（又稱(chēng)受主雜質(zhì)），它的價(jià)電子數(shù)目少于價(jià)軌道，是缺電子原子，在形成的共價(jià)鍵內(nèi)出現(xiàn)空穴，位于共價(jià)鍵內(nèi)的電子只需外界給很少能量，就會(huì)擺脫束縛過(guò)來(lái)填充，形成新的空穴。當(dāng) P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體緊密接觸在一起時(shí)，在交界面上就會(huì)有自由電子和空穴的濃度差，空穴向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散，自由電子向 P型 半導(dǎo)體擴(kuò)散，在交界面附近，空穴和自由電子復(fù)合，于是在交界面附近， P型半導(dǎo)體帶負(fù)電， N型半導(dǎo)體帶正電，形成一個(gè)稱(chēng)為勢(shì)壘電場(chǎng)的內(nèi)建電場(chǎng)，其方向從帶正電的 N區(qū)指向帶負(fù)電的 P區(qū)，電場(chǎng)的形成阻礙了自由電子和空穴的擴(kuò)散，從而形成一個(gè)穩(wěn)定的電場(chǎng)。離開(kāi)勢(shì)壘區(qū)，結(jié)果 使得 P區(qū)電勢(shì)升高 N區(qū)電勢(shì)降低， PN結(jié)兩端形成光生電動(dòng)勢(shì)，這就是 PN的光生伏特效應(yīng)。 酸性制絨（主要適用于多晶硅） Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O （ ） SiO2+4HF=SiF4+2H2O （ ） SiF4+2HF=H2［ SiF6］ （ ） 擴(kuò)散：擴(kuò)散是一種由微粒的熱運(yùn)動(dòng)所引起的物質(zhì)輸運(yùn)的過(guò)程，可以是一種或多種物質(zhì)在氣、液、固體的同一相內(nèi)或不同相間進(jìn)行。通常是刻蝕技術(shù)分為濕法腐蝕和干法刻蝕。分為物理性刻蝕和化學(xué)性刻蝕。 絲網(wǎng)印刷：絲網(wǎng)印刷是太陽(yáng)能電池制造的重要工藝，它質(zhì)量的好壞會(huì)對(duì)太陽(yáng)能電池的性能特別是電性能產(chǎn)生重要影響。由此可見(jiàn)，凡是液體能浸到且聲場(chǎng)存在的地方都有清洗作用，尤其是采用這一技術(shù)后，可減少化學(xué)溶劑的用量，從而大大降低環(huán)境污染。超聲清洗可節(jié)省勞動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)往往使其成為最經(jīng)濟(jì)的清洗方式； 一致：無(wú)論被清洗件是大是小，簡(jiǎn)單還是復(fù)雜，單件還是批量或在自動(dòng)流水線(xiàn)上，使用超聲清洗都可以獲得手工清洗無(wú)可比擬的均一的清潔度。通常實(shí)際應(yīng)用超聲波時(shí)，采用 50℃ 70℃的工作溫度。頻率高則超聲波方向性強(qiáng)，適用于精細(xì)的物件清洗。必須充分考慮工件清洗時(shí)候的載入方式，一些較大的工件，內(nèi)部比較難以清洗的工件（例如一些鑄造件），一個(gè)原則是只能載入清洗液的一半重量的工件清洗，在大多數(shù)案例中，分兩次載入較少的工件清洗比一次載入較大的工件清洗效 硅片的制絨 在太陽(yáng)電池中，硅片表面制備絨面可以有效降低太陽(yáng)電池的表面反射率，入射光在電池表面多次反射延長(zhǎng)了光程，增加了對(duì)紅外光子的吸收（如圖 ），而且有較多的光子在 PN 結(jié)附近產(chǎn)生光生載流子，從而增加了光生載流子的收集幾率；另外，同樣尺寸的基片，絨面電池的 PN 結(jié)面積較大，可以提高短路電流，轉(zhuǎn)換效率也有相應(yīng)的提高。 陷光原理： 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 14 當(dāng)光入射到一定角度的斜面 (金字塔理論角度 176。 表表 面面 機(jī)機(jī) 械械 損損 傷傷 層層 的的 腐腐 蝕蝕 由于硅片在切割過(guò)程中表面留有大約 10～ 20μ m 的鋸后損傷層，對(duì)制絨有很大影響，若損傷層去除不足可能會(huì)殘留切割時(shí)所遺留的雜質(zhì)，在制絨的時(shí)候也會(huì)因?yàn)閾p傷層的緣故而導(dǎo)致金字塔的無(wú)法出現(xiàn)，而 且會(huì)在后續(xù)工序中繼續(xù)破壞硅片表面，導(dǎo)致電池各類(lèi)參數(shù)不符合要求。一般硅酸鈉超過(guò)一定的量時(shí)，腐蝕產(chǎn)生的熱量超過(guò)從溶液表面和容器側(cè)面所散發(fā)的熱量，使溶液的溫度持續(xù)升高。各向同性腐蝕主要用于多晶硅絨面制備，各向異性腐蝕主要用于單晶硅絨面制備。 多晶硅片由于晶向復(fù)雜，不能像單晶硅一樣用堿性溶液腐蝕產(chǎn)生金字塔型的絨面結(jié)構(gòu)。入射光可以在金字塔的側(cè)面上形成兩次或兩次以上入射，從而大大降低了硅片的反射率。 硅在堿溶液中的腐蝕現(xiàn)象，可以用電化學(xué)腐蝕的微電池理論進(jìn)行解釋。 ③這些不同區(qū)域的半導(dǎo)體要處于互相連通的電解質(zhì)溶液中。但有兩點(diǎn)為人們所廣泛接受， 一是總反應(yīng)為： i 2 2 i 3 2S 2 N a O H + H O N a S O H? ? ? ? 二是反應(yīng)的一般過(guò)程為： 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 17 （ 1）反應(yīng)物分子通過(guò)界面擴(kuò)散到硅表面； （ 2）硅表面對(duì)反應(yīng)物分子進(jìn)行吸附； （ 3）在硅表面發(fā)生反應(yīng)； （ 4）反應(yīng)產(chǎn)物和副產(chǎn)物通過(guò)界面擴(kuò)散進(jìn)入電解液中。 晶面是在晶格點(diǎn)陣中，通過(guò)任意三個(gè)不共線(xiàn)的原子排列構(gòu)成的平面，該平面將包含無(wú)限多個(gè)周期性分布的格點(diǎn)。硅片的表面沾污，缺陷等對(duì)絨面形成有 圖 42 晶體 面中央立方體結(jié)構(gòu)。 我們將（ 100）晶向上腐蝕速率與 (111)晶向腐蝕速率比值定義為各向異性因 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 18 子 (Anisotropic Factor, AF)。如前所述，一般說(shuō)來(lái)，低濃度的堿溶液和較低的溶液溫度具有較高的 AF 值 。氣泡的大小和在硅表面的附著時(shí)間，對(duì)表面反應(yīng)的進(jìn)行乃至腐蝕形成的表面形貌有直接影響 。 180?? 。 時(shí)，完全不潤(rùn)濕。并與溶液濃度有關(guān)。周而復(fù)始，硅片表面逐層被腐蝕掉，并形成與表面晶向、溶液濃度、粘度、溫度、腐蝕時(shí)間等因素相關(guān)的表面腐蝕形貌。適當(dāng)濃度的異丙醇在溶液中起到消泡的作用。對(duì)于表面張力較大的情形 (b)，氣泡不容易離開(kāi)硅片表面，在角錐體成核的地方形成氣泡隔離，氣泡要長(zhǎng)大到浮力大于表面附著力時(shí)，才從硅片表面離開(kāi)。成核階段對(duì)絨面覆蓋率至關(guān)重要，實(shí)際上，成核密度高，覆蓋率就高 。在同樣尺寸的基片上，絨面光電池的 pn 結(jié)面積比光面大得多，因而可以提高短路電流和光生載流子 圖 47 陷光原理示意 圖 48 在掃描電鏡下絨面電池表面的形貌 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 21 圖 49 倒金字塔絨面反射機(jī)制 制制 絨絨 的的 因因 素素 分分 析析 為了 提高單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率，工業(yè)生產(chǎn)中通常采用堿與醇的混合溶液對(duì)（ 100）晶向的單晶硅片進(jìn)行各向異性腐蝕，在表面形成類(lèi)“金字塔”狀的絨面，有效增強(qiáng)硅片對(duì)入射太陽(yáng)光的吸收，從而提高光生電流密度。經(jīng)熱的濃堿去除損傷層后，硅片表面留下了許多膚淺的準(zhǔn)方形的腐蝕坑。很多相關(guān)的研究工作就是著力于增大金字塔的成核密度。另一方面，我們通過(guò)大量生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，大金字塔的絨面單晶硅電池，性能略遜于小金字塔。表面只有一些稀疏的金字塔，體積比較小。只需將乙丙