标准硅太阳能电池工艺课件.ppt

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1、第六章标准硅太阳能电池工艺1内容6.2冶金级硅提纯为半导体级硅6.4单晶硅片制成太阳能电池6.3半导体级多晶硅转变为单晶硅片6.1由砂还原为冶金级硅26.5太阳能电池封装成太阳能电池组件6.6能量收支结算太阳能电池材料禁带宽度1.1eV~1.7eV，以直接带隙半导体为佳；组成的材料不具有毒性；材料易取得，成本低；有良好的光电转换效率；有长期的稳定性；硅太阳能电池的种类单晶硅：硅原子排列是周期性的，且朝同一个方向。多晶硅：由许许多多不同排列方向的单晶粒组成。非晶硅：排列松散，没有规则。晶格缺陷较少，用作太阳能电池材料时转换效率高。晶界缺陷使得转换效率降低，但成本相对较低。目前

2、全球生产的太阳能电池90%以上使用的是结晶硅，10%使用了薄膜技术。在结晶硅太阳能电池中，多晶硅太阳能电池占了50%以上，单晶硅占40%左右。薄膜太阳电池薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造。薄膜厚度仅为数μm，目前转换效率最高可达20.8%。6.1由砂还原为冶金级硅提炼硅的原始材料是SiO2，是砂的主要成分。在电弧炉中加入碳，利用氧化还原反应提取硅：所得到的硅为冶金级硅（MG-Si），纯度为98%~99%。将液态硅倒入铸模内进行凝固，用压碎机压成小块。生产冶金级多晶硅原料的电弧炉电能加热石墨电极产生电弧焦炭、煤炭和木屑为还原剂

3、电弧炉外观液态硅倒入铸模铝和铁为主要杂质冶金级硅中杂质的浓度可在液化硅中加入氧化气体，与比硅活性强的元素（Al，Ca，Mg等）发生反应，形成炉渣，从而移除杂质。只有很少的一部分用于半导体行业，用于制作太阳能电池的更少。生产的冶金级硅中，大部分被用于钢铁与铝工业上。6.2冶金级硅提纯为半导体级硅将冶金级硅转变为挥发性的化合物，采用分馏的方法将它冷凝、提纯，然后提取超纯硅。1.利用HCl将冶金级硅原料转换为液态的三氯硅烷SiHCl3。2.SiHCl3为无色易燃液体，沸点为31.9℃，通过多重的分馏法可将它与其他卤化物分离，提高纯度。3.采用西门子化学沉积法，将SiHCl3及H2通

4、入1100℃反应炉内，进行200~300小时：Si被还原，以细晶粒的多晶硅形式沉积到电加热的硅棒上。这一过程中，Fe、Al、B等杂质也形成了各自的卤化物。在600℃三氯硅烷的制造与纯化11600℃时，低温保存，避免日照，防止SiHCl3发生急速气化而爆炸。Siemens方法生产多晶硅1100℃反应炉：将晶种固定在电极上，加热电极H2还充当了SiHCl3的运输气体被还原的Si将沉积在晶种上多晶硅原料多晶棒块状多晶原料硅多晶棒经过敲打成为块状，通过酸洗、干燥、包装等程序后，成为CZ硅单晶生长或铸造多晶硅使用的块状原料。半导体级硅原料制备流程图146.3半导体级多晶硅转变为单晶硅片

5、单晶硅片通常都拥有比较好的材料性能，但因为需要精确和缓慢的制造过程，但成本较高，是最为昂贵的硅材料。单晶硅原子的价带结构。每个硅原子的最外层都有四个电子，与相邻原子共享电子对。单晶硅通常被制成大的圆筒形硅锭，然后切割成圆形或半方的太阳能电池。还需将边缘切掉，便于装入模块。单晶硅片的制备生长单晶硅的方法：CZ法（Czochralski）FZ法（FloatZone浮融法）CZ拉晶法：Czochralski于1917年发明。在石英坩埚中加入半导体级多晶硅，熔融。加入微量掺杂剂。控制温度，籽晶能够从熔融硅中拉出圆柱形单晶硅。电池理论转换效率24.7%。CZ拉晶设备石英坩埚（SiO2）

6、是最为重要的热场组件。石英坩埚内装有熔融态的硅熔液，两者会发生化学反应，产生SiO,将影响长出晶棒的质量。降低成本：设计热场，提高长晶的良率（生产不含任何位错的硅单晶棒的能力）重复加料，增加出产率CZ拉晶炉设备的外观拉晶炉内部18石英坩埚石英坩埚溶解反应：SiO易挥发，通入Ar2将其带走CZ拉晶流程a.加料b.熔化c.稳定化在石英坩埚中加入多晶硅原料和掺杂物。P型掺杂B，N型掺杂P。长晶炉关闭并抽成真空，使其保持一定的压力值。打开石墨加热器电源，将原料加热至熔融。将硅溶液的温度调节到适合拉晶的稳定状态。CZ拉晶流程f.晶冠和晶肩生长e.晶颈生长d.晶种浸入一般使用<100>方

7、向的硅晶片，将该方向的晶种浸入硅熔液。降低拉速与温度，使得晶体直径渐渐增大到所需大小。将晶种快速向上提升，使长出的晶体直径缩小到一定的大小（3~6mm）。CZ拉晶流程g.晶身生长h.晶尾生长i.单晶棒直径固定的部分为晶身。硅晶片取自晶身。将晶棒直径慢慢缩小，直到成一个尖点再与液面分开。长完后的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出。修边与切片在整个太阳能电池级单晶硅片的制造中，成本构成为：多晶硅原料：40%；CZ拉晶：30%；晶圆加工成型：30%，切片最为重要。修边圆形的单晶硅片浪费了许多面积使用方形的硅晶