《太阳能电池工艺》PPT课件

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1、常规太阳电池工艺简介晶体硅太阳电池的基本工作原理太阳电池是以光生伏特效应为基础制备的。所谓光生伏特效应就是某种材料吸收了光能之后产生电动势的效应。尤其是在半导体内，光能转换为电能的效率特别高。太阳电池工作原理可概括为以下几个过程：1.光的照射，如单色光，太阳光等。2.光子注入到半导体内部后，激发电子-空穴对。半导体光照后的变化3.必须有一个静电场。绝大部分太阳电池利用P-N结势垒区的静电场实现分离电子-空穴对的目的。4.被分离的电子和空穴，经由电极收集输出到电池体外，形成电流。PN结输送电流常规晶体硅太阳电池样品及制造工艺步骤：晶体硅太阳电池制造的第一步——清洗制绒利用

2、化学工艺方法制作绒面状的硅表面，使得入射光在电池表面经历多次折射和反射，降低电池表面的反射率，增加光的吸收，以此提高电池的短路电流和光电转换效率。RENA湿式化学处理系统是集成型化学处理设备，包含有表面绒面制备和化学清洗处理。复合酸表面绒面制备是它的特点，利用多晶硅表面的缺陷，形成减反射结构图形。制绒反应原理方程式：Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2OSiO2+4HF=4SiF4+2H2O4SiF4+2HF=H2SiF62NO2+H2O=HNO2+HNO3Si+4HNO3=SiO2+4NO+2H2O4HNO3+2NO+H2O=3HNO2多晶硅制绒后表面制备绒面

3、的目的：减少光的反射率，提高短路电流（Isc），最终提高电池的光电转换效率。陷光原理：当光入射到一定角度的斜面，光会反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，从而增加吸收率。晶体硅太阳电池制造的第二步——PN结PN结是晶体硅太阳电池的核心部分，没有PN结，便不能产生电流，也就不能成为太阳电池。有很多种方法制备太阳电池的PN结，比如三氯氧磷液态源扩散法，喷涂磷酸水溶液后链式扩散法，丝网印刷磷浆料后链式扩散法，而我们使用的是液态源热扩散法。PN结的原理在P型半导体和N型半导体结合后，在交界处就产生了电子和空穴的浓度差，N型区内的电子多而空穴很少，P型区内的空穴多而电子很少

4、，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，有些电子要从N型区向P型区扩散，也有空穴要从P型区向N型区扩散。电子和空穴带有相反的电荷，在扩散过程中要产生复合（中和），结果使P区和N区中的电中性被破坏。P区失去空穴留下带负电的离子，N区失去电子留下带正电的离子，这些离子因物质结构的关系，不能移动，称为空间电荷，集中在P区和N区的交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这所谓的PN结。在空间电荷区产生后，由于正负电荷的作用，在空间电荷区中形成一个电场，其方向从带正电的N区指向带负电的P区，该电场是由载流子扩散后在半导体内部形成的，故称为内电场。内电场的方向与电子的扩散

5、方向相同，与空穴的扩散方向相反，它是阻止载流子的扩散运动的。综上所述，PN结中存在着两种载流子的运动。一种是多子克服电场的阻力的扩散运动；另一种是少子在内电场的作用下产生的漂移运动。，只有当扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区的宽度和内建电场才能稳定。两种运动产生的电流方向相反，因而在无外电场或其他因素激励时，PN结中无宏观电流。POCl3磷扩散原理POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：由上面反应式可以看出，POCl3

6、热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气。在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行

7、扩散。晶体硅太阳电池制造的第三步——等离子刻蚀与磷硅玻璃去除由于扩散后电池的边缘会有N型杂质与P型基底形成PN结以及扩散的过程中在电池表面形成了一层很厚的磷硅玻璃层（PSG），因此需要等离子刻蚀将边缘的PN结去除，而磷硅玻璃则通过HF酸短时间浸泡来去除。等离子体刻蚀原理等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性生成物而被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌。（这是各向同性反应）这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。首先，母体