电池片生产工艺

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1、--硅电池生成工艺基础知识一、光伏理论知识1.1光生伏特效应：1839年，法国Becqueral第一次发现，在光照条件下，某些系统的两端具有电压，用导线将两端连接起来后，有电流输出，这就是光生伏特效应（photovoltaics，简称PV）。1954年,贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6％的单晶硅太阳电池，现代硅太阳电池时代从此开始。1.2太阳能电池的应用太阳能电池在航空航天、工农业、生活中随处可见。神州五号飞船上的太阳能帆板光伏发电站太阳能飞行器光伏供电的通信基站---太阳能充电器太阳能路灯

2、1.3太阳能电池的分类太阳能电池的分类，如图示。太阳电池硅太阳电池薄膜太阳化合物太有机半导电池阳电池体太阳电单晶硅太多晶硅太非晶硅太阳电池阳电池阳电池---单晶硅多晶硅---二．硅太阳能电池工作原理与结构2.1太阳能电池发电的原理太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应。当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质

3、是：光子能量转换成电能的过程。2.2硅（半导体）材料中P-N结的形成硅材料是一种半导体材料，太阳能电池发电的原理主要就是利用这种半导体的光电效应。一般半导体的分子结构是这样的：图1中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼（黑色或银灰色固体，熔点2300℃，沸点3658℃，密度2.34克/厘米，硬度仅次于金刚石，在室温下较稳定，可与氮、碳、硅作用，高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应，形成金属硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高导电率和化学惰性的物

4、质。）、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在一个空穴。在图2中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子，而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生如图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。（在半导体材料硅或锗晶体中掺入三价元素杂质可构成缺壳粒的P型半导体，掺入五价元素杂质可构成多余壳粒的N型半导体。）同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（nega

5、tive）型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子，如图2所示。图1图2P型半导体中含有较多的空穴，而N型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。---当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体---多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。P区的空穴会自发扩散到N区，N区的电子会自发扩散到P区，由于电子和空穴的相向，原来呈现电中性的P型半

6、导体在界面附近就富集负电荷(由于一部分空穴扩散到N区去了)，类似的，原来呈现电中性的N型半导体在界面附近就富集正电荷(由于一部分电子扩散到P区去了)，这样就形成了一个有N指向P的“内电场”，从而阻止电子和空穴扩散的进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，从而形成PN结。当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。下面就是这样的电源图。由于半导体不是电的良导体，电子在通过p

7、-n结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖p-n结（如图梳状电极），以增加入射光的面积。另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜（如图），实际工业生产基本都是用化学气相沉积沉积一层氮化硅膜，厚度在1000埃左右。将反射损失减小到5%甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是36个）并联或串联起来使用，形成太

8、阳能光电板。三、硅片生产工艺3.1硅片生产方法3.1.1单晶硅硅棒生产方法目前单晶硅硅棒生产方法主要有CZ法（直拉法），FZ法（区熔法）。（1）CZ法是利用旋转着的籽晶从坩埚中的熔体中提拉制备出单晶的方法，又称直拉法。目前国内太阳电池单晶硅硅片生产厂家大多采用这种技术。（2）区域熔化是对锭条的一部份进行熔化，熔化的部分称为熔区，当熔区从头到尾移动一次后，杂质随熔区移到尾部。利用这种方法可以进行多次提纯，一次一次移动熔区以达到最好的提纯效果，但由于液固相转变温度高，能耗