前道

一制絨工藝

制絨目的

1.消除表面硅片有機物和金屬雜質。

2.去處硅片表面機械損傷層。

3.在硅片表面形成表面組織，增加太陽光的吸收減少反射。

工藝流程

來料，開盒，檢查，裝片，稱重，配液加液，制絨，甩干，制絨后稱重，絨面檢查，流出。

基本原理

1#超聲

去除有機物和表面機械損傷層。

目前采用檸檬酸超聲，和雙氧水與氨水混合超聲。

3#4#5#6#制絨

利用NaOH溶液對單晶硅片進行各向異性腐蝕的特點來制備絨面。當各向異性因子（（100）面與（111）面單晶硅腐蝕速率之比）=10時，可以得到整齊均勻的金字塔形的角錐體組成的絨面。絨面具有受光面積大，反射率低的特點。可以提高單晶硅太陽能電池的短路電流，從而提高太陽能電池的光轉換效率。

化學反應方程式：Si+2NaOH+H2O=Nasio3+2H2↑

　　影響因素

　　1.溫度

溫度過高，首先就是IPA不好控制，溫度一高，IPA的揮發很快，氣泡印就會隨之出現，這樣就大大減少了PN結的有效面積，反應加劇,還會出現片子的漂浮，造成碎片率的增加。

可控程度：調節機器的設置，可以很好的調節溫度。

　　2.時間

金字塔隨時間的變化：金字塔逐漸冒出來；表面上基本被小金字塔覆蓋，少數開始成長；金字塔密布的絨面已經形成，只是大小不均勻，反射率也降到比較低的情況；金字塔向外擴張兼并，體積逐漸膨脹，尺寸趨于均等，反射率略有下降。

可控程度：調節設備參數，可以精確的調節時間。

　　3.IPA

1.協助氫氣的釋放。2.減弱NaOH溶液對硅片的腐蝕力度，調節各向因子。純NaOH溶液在高溫下對原子排列比較稀疏的100晶面和比較致密的111晶面破壞比較大，各個晶面被腐蝕而消融，IPA明顯減弱NaOH的腐蝕強度，增加了腐蝕的各向異性，有利于金字塔的成形。乙醇含量過高，堿溶液對硅溶液腐蝕能力變得很弱，各向異性因子又趨于1。

可控程度：根據首次配液的含量，及每次大約消耗的量，來補充一定量的液體，控制精度不高。

　　4.NaOH

形成金字塔絨面。NaOH濃度越高，金字塔體積越小，反應初期，金字塔成核密度近似不受NaOH濃度影響，堿溶液的腐蝕性隨NaOH濃度變化比較顯著，濃度高的NaOH溶液與硅反映的速度加快，再反應一段時間后，金字塔體積更大。NaOH濃度超過一定界限時，各向異性因子變小，絨面會越來越差，類似于拋光。

可控程度：與IPA類似，控制精度不高。

5.Na2SiO3

SI和NaOH反應生產的Na2SiO3和加入的Na2SiO3能起到緩沖劑的作用，使反應不至于很劇烈,變的平緩。Na2SiO3使反應有了更多的起點，生長出的金字塔更均勻，更小一點Na2SiO3多的時候要及時的排掉，Na2SiO3導熱性差，會影響反應,溶液的粘稠度也增加，容易形成水紋、花藍印和表面斑點。

可控程度：很難控制。

4#酸洗

HCL去除硅片表面的金屬雜質

鹽酸具有酸和絡合劑的雙重作用，氯離子能與多種金屬離子形成可溶與水的絡合物。

6#酸洗

HF去除硅片表面氧化層，SiO2+6HF=H2[siF6]+2H2O。

控制點

　1．減薄量

定義：硅片制絨前后的前后重量差。

控制范圍

單晶125，硅片厚度在200±25微米以上，減薄量在0.5±0.2g；硅片厚度在200±25微米以上，減薄量在0.4±0.2g。

單晶156，首籃減薄量在0.7±0.2g；以后減薄量在0.6±0.2g。

　2．絨面

判斷標準：成核密度高，大小適當，均勻。

控制范圍：單晶：金字塔尺寸3~10um。

　　3．外觀

無缺口，斑點，裂紋，切割線，劃痕，凹坑，有無白斑，贓污。

二擴散工藝

擴散目的

在來料硅片P型硅片的基礎上擴散一層N型磷源，形成PN結。

　擴散原理

POCl3在高溫下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反應式如下：

5POCl3=3PCl5+P2O5

生成的P2O5在擴散溫度下與硅反應，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反應式如下：

2P2O5+5Si=5SiO2+4P

POCl3熱分解時，如果沒有外來的氧（O2）參與其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且對硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態。但在有外來O2存在的情況下，PCl5會進一步分解成P2O5并放出氯氣（Cl2）其反應式如下：

4PCl5+5O2=2P2O5+10Cl2

生成的P2O5又進一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見，在磷擴散時，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮氣的同時通入一定流量的氧氣。就這樣POCl3分解產生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一層磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中進行擴散。

　　擴散類型

1.恒定源擴散：在穩態擴散的條件下，單位時間內通過垂直于擴散方向的單位面積的擴散質量與該截面處的濃度梯度成正比。

2.限定源擴散：在再分布過程中，擴散是在限定源的條件下進有的，整個擴散過程的雜質源，限定于擴散前積累在硅片表面的無限薄層內的雜質總量，沒有外來雜質補充即在硅片表面處的雜質流密度。

車間使用的是兩步擴散：預淀積+擴散。預擴散是恒定源擴散，主要是使得硅片表面氣體濃度一致，保持整批方塊電阻是均勻性。主擴散是限定源擴散，并且在主擴散后通入大氮氣體，作為推進氣體，加大PN結深度。

　影響因素

　　1.溫度

溫度T越高，擴散系數D越大，擴散速度越快。

　　2.時間

對于恒定源：時間t越長結深越深，但表面濃度不變。

對于限定源：時間t越長結深越深，表面濃度越小。

　　3.濃度

決定濃度是因素：氮氣流量、源溫。

表面濃度越大，擴散速度越快。

　　4.第三組元

主要是摻硼量對擴散的影響，雜質增強擴散機制。在二元合金中加入第三元素時，擴散系數也會發生變化。摻硼量越大，擴散速率越快。即電阻率越小，越容易擴散。

　　控制點

方塊電阻，外觀，單片均勻性，整管均勻性。

方塊電阻：表面為正方形的半導體薄層在電流方向所呈現的電阻。R=電阻率*L/S,對方塊硅片，長度等于寬度，則R=電阻率/厚度，方塊電阻～(１／Ns*Xj)Ns：電化學濃度，Xj：擴散結深。

　　控制范圍

中心方塊電阻：單晶：42~48。

同一硅片擴散方塊電阻中心值不均勻度：小于等于12%（48）10%（T）。

同一爐擴散方塊電阻中心值不均勻度：小于等于25%（48）15%（T）。

　48所擴散過程中問題解決方案

　返工處理

方塊電阻不在規定范圍內：1.輕微超出范圍要求重新擴散，嚴重超出要求重新制絨。2.低于范圍要求從新制絨。

氧化發藍：去PSG工序，反面擴散。

去PSG后，重新制絨：去PSG后，重新制絨。

偏磷酸：去PSG后，重新制絨。

三刻蝕工藝

　刻蝕目的

將硅片邊緣的帶有的磷去除干凈，避免PN結短路造成并聯電阻降低。

刻蝕原理

采用干法刻蝕。采用高頻輝光放電反應，采用高頻輝光放電反應，使反應氣體激活成活性粒子，如原子或各種游離基，這些活性粒子擴散到硅片邊緣，在那里與硅進行反應，形成揮發性生成物四氟化硅而被去除。

化學公式：CF4+SIO2=SIF4+CO2

工藝流程

預抽，主抽，送氣，輝光，抽空，清洗，預抽，主抽，充氣。

　影響因素

　　1.射頻功率

射頻功率過高：等離子體中離子的能量較高會對硅片邊緣造成較大的轟擊損傷，導致邊緣區域的電性能差從而使電池的性能下降。在結區（耗盡層）造成的損傷會使得結區復合增加。

射頻功率太低：會使等離子體不穩定和分布不均勻，從而使某些區域刻蝕過度而某些區域刻蝕不足，導致并聯電阻下降。

　2.時間

刻蝕時間過長：刻蝕時間越長對電池片的正反面造成損傷影響越大，時間長到一定程度損傷不可避免會延伸到正面結區，從而導致損傷區域高復合。

刻蝕時間過短：刻蝕不充分，沒有把邊緣鱗去干凈，PN結依然有可能短路造成并聯電阻降低。

　　4.壓力

壓力越大，氣體含量越少，參與反應的氣體也越多，刻蝕也越充份。

　注意事項

1.操作人員必須隨時觀察氣流量、反射功率、反應室壓力和輝光顏色的穩定性。輝光顏色或功率如有異常，應及時報告相關設備人員。必須抽測刻蝕效果，如有異常，重新刻蝕，并通知工藝人員。注意，不能將擴散面弄混。

2.夾具、環氧板、刻蝕機石英罩等要定期清洗，保持刻蝕間的工藝衛生，長時間停止使用，再次使用之前必須輝光清洗。

　　去磷硅玻璃

擴散過程中，POCl3分解產生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與Si反應生成SiO2和磷原子，這一含有磷原子的二氧化硅層稱之為磷硅玻璃。

　基本原理

利用HF能SiO2反應，與其反應式為：

SiO2+4HF→SiF4↑+2H2O

但是如果HF過量，則SiF4會和HF繼續反應，總的反應式為：

SiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O

　　工藝流程

　　注意事項

　1.插片務必確認擴散面的方向。

2.必須對花籃進行隨時擦拭，更化氫氟酸必須同時對槽進行徹底清洗。在配制和清洗時，一定要做好保護措施。有氫氟酸和硅片接觸的地方，禁止近距離使用照明。硅片在兩個槽中（懸掛在空中）的停留時間不得過長，防止硅片被氧化。

3.烘干或甩干的時間不能隨便縮短！防止干燥不徹底。當硅片從1號槽氫氟酸中提起時，觀察其表面是否脫水，如果脫水，則表明磷硅玻璃已去除干凈；如果表面還沾有水珠，則表明磷硅玻璃未被去除干凈。

　　控制點

1.邊緣有效刻蝕寬度小于0.5mm。

2.側面導電類型為P型。

　返工處理

測試邊緣為N型：重新刻蝕。

后道

四PECVD

PE目的

在硅片表面沉積一層氮化硅減反射膜，以增加入射在硅片上的光的透射，減少反射，氫原子攙雜在氮化硅中附加了氫的鈍化作用。

其化學反應可以簡單寫成：SiH4+NH3=SiN:H+3H2。

基本原理

PECVD技術原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電（或另加發熱體）使樣品升溫到預定的溫度，然后通入適量的反應氣體，氣體經一系列化學反應和等離子體反應，在樣品表面形成固態薄膜。PECVD方法區別于其它CVD方法的特點在于等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學氣相沉積過程所需的激活能。電子與氣相分子的碰撞可以促進氣體分子的分解、化合、激發和電離過程，生成活性很高的各種化學基團，因而顯著降低CVD薄膜沉積的溫度范圍，使得原來需要在高溫下才能進行的CVD過程得以在低溫下實現。

　基本特征

1.薄膜沉積工藝的低溫化（<450℃）。

2.節省能源，降低成本。

3.提高產能。

4.減少了高溫導致的硅片中少子壽命衰減。

擴散方式

PE設備有兩類：平板式和管式。

按反應方式分為：直接式（島津）和間接式（Roth＆Rau）。

直接式：基片位于一個電極上，直接接觸等離子體。

間接式：基片不接觸激發電極。在微波激發等離子的設備里，等離子產生在反應腔之外，然后由石英管導入反應腔中。在這種設備里微波只激發NH3，而SiH4直接進入反應腔。間接PECVD的沉積速率比直接的要高很多，這對大規模生產尤其重要。

影響因素

　1．頻率

射頻PECVD系統大都采用50kHz~13.56MHz的工業頻段射頻電源。較高頻率（>4MHz）沉積的氮化硅薄膜具有更好的鈍化效果和穩定性。

　2．射頻功率

增加RF功率通常會改善SiN膜的質量。但是，功率密度不宜過大，超過1W/cm2時器件會造成嚴重的射頻損傷。

　3．襯底溫度

PECVD膜的沉積溫度一般為250～400℃。這樣能保證氮化硅薄膜在HF中有足夠低的腐蝕速率，并有較低的本征壓力，從而有良好的熱穩定性和抗裂能力。低于200℃下沉積的氮化硅膜，本征應力很大且為張應力，而溫度高于450℃時膜容易龜裂。

4．氣體流量

影響氮化硅膜沉積速率的主要氣體是SiH4。為了防止富硅膜，選擇NH3/SiH4=2~20（體積比）。氣體總流量直接影響沉積的均勻性。為了防止反應區下游反應氣體因耗盡而降低沉積速率，通常采用較大的氣體總流量，以保證沉積的均勻性。

5．反應氣體濃度

SiH4的百分比濃度及SiH4/NH3流量比，對沉積速率、氮化硅膜的組分及物化性質均有重大影響。

理想Si3N4的Si/N＝0.75，而PECVD沉積的氮化硅的化學計量比會隨工藝不同而變化，但多為富硅膜，可寫成SiN。因此，必須控制氣體中的SiH4濃度，不宜過高，并采用較高的SiN比。除了Si和N外，PECVD的氮化硅一般還包含一定比例的氫原子，即SixNyHZ或SiNx:H。

6．反應壓力、和反應室尺寸等都是影響氮化硅薄膜的性能工藝參數。

　　控制點

　　折射率

PECVD氮化硅膜的折射率隨Si/N比在一定范圍內波動，n=1.8-2.4.氮原子含量增加，折射率降低;硅原子含量增加，折射率增大。此外，還和沉積溫度有關，沉積溫度提高，折射率增大，這是由于溫度升高使薄膜致密度提高的緣故。

控制范圍：2.0~2.15

膜厚：氮化硅膜的厚度。

控制范圍：單晶：70mm~83mm。多晶：導津，76mm~89mm；ROTH&RAU，70mm~83mm。

返工處理

膜厚折射率在范圍之外，色澤不勻，鍍膜雜質嚴重：去PSG工序把膜去掉，HF10桶，去膜時間900-1000秒，其他槽水洗360秒。

五絲網印刷

　基本原理

基本原理：利用網版圖文部分網孔透墨，非圖文部分網孔不透墨的基本原理進行印刷。印刷時在網版上加入漿料，刮膠對網版施加一定壓力，同時朝網版另一端移動。漿料在移動中從網孔中擠壓到承印物上，由于粘性作用而固著在一定范圍之內。由于網版與承印物之間保持一定的間隙，網版通過自身的張力產生對刮膠的回彈力，使網版與承印物只呈移動式線接觸，而其它部分與承印物為脫離狀態，漿料與絲網發生斷裂運動，保證了印刷尺寸精度。刮膠刮過整個版面后抬起，同時網版也抬起，并通過回墨刀將漿料輕刮回初始位置，完成一個印刷行程。

絲網結構

網版，刮膠，漿料，印刷臺，承印物

　漿料體系

銀鋁漿：背面導體，作為背電極，提供可焊性。

鋁漿：背面導體，作為背面電場，收集電流。

銀漿：正面導體，作為正電極，收集電荷。

影響因素

1.印刷壓力的影響

在印刷過程中刮膠要對絲網保持一定的壓力，且這個力必須是適當的。印刷壓力過大，易使網版、刮膠使用壽命降低，使絲網變形，導致印刷圖形失真。印刷壓力過小，易使漿料殘留在網孔中，造成虛印和粘網。在適當的范圍內加大印刷壓力，透墨量會減小（漿料濕重減小），柵線高度下降，寬度上升。

2.印刷速度的影響

印刷速度的設定必須兼顧產量和印刷質量。對印刷質量而言，印刷速度過快，漿料進入網孔的時間就短，對網孔的填充性變差，印刷出的柵線平整性受損，易產生葫蘆狀柵線。印刷速度上升，柵線線高上升，線寬下降。印刷速度變慢，下墨量增加，濕重上升。

3.絲網間隙的影響

在其他條件一定的情況下，絲網間隙與濕重大致有如右圖的關系：最初兩者幾乎呈比例上升，之后絲網間隙加大，濕重降低，最后突然變為零。絲網印刷時使用的是曲線的前半段（即呈比例上升段）。由此可知，絲網間隙加大，下墨量多，濕重增大。絲網間隙過大，易使印刷圖形失真；過小，容易粘網。刮膠硬度的影響刮膠材料一般為聚胺脂或氟化橡膠，硬度60-90A。刮膠硬度越大，印刷的圖形越精確，原圖的重現性越好。因此，正面柵線的印刷就需要選用硬度較高刮膠。刮膠硬度小，其他參數不變的情況下濕重就大，線高增加，線寬變大。

　4.刮膠角度的影響

刮膠角度的調節范圍為45-75度。實際的刮膠角度與漿料有關，漿料黏度越高，流動性越差，需要刮膠對漿料向下的壓力越大，刮膠角度接就越小。在印刷壓力作用下，刮膠與絲網摩擦。開始一刷時近似直線，刮膠刃口對絲網的壓力很大，隨著印刷次數增加，刃口呈圓弧形，作用于絲網單位面積的壓力明顯減小，刮膠刃口處與絲網的實際角度小于45度，易使印刷線條模糊，粘網。在可調范圍內，減小刮膠角度，下墨量增加，濕重加大。刮膠刃口鈍，下墨量多，線寬大。

　5.漿料黏度的影響

印刷時漿料黏度的變化（觸變性）如右圖所示：

漿料的黏度與流動性呈反比，黏度越低，流動性越大，可在一定程度保證印刷的質量。漿料黏度過大，透墨性差，印刷時易產生桔皮、小孔。漿料黏度過小，印刷的圖形易擴大（柵線膨脹），產生氣泡、毛邊。

　　6.紗厚、膜厚的影響

一般情況下，絲網目數越低，線徑越粗，印刷后的漿料層越高，因此絲網目數較高時，印刷后漿料層就低一些。對于同目數的絲網，紗厚越厚，透墨量越少。在一定范圍內，感光膠膜越厚，下墨量越大，印刷的柵線越高。但膜厚增大，易造成感光膠脫落。

　　7.印刷臺面的影響

印刷臺面的水平度：印刷時電池片被吸附于印刷臺面，若臺面不平，電池片在負壓下易破裂。一般電池片水平度應小于0.02mm。印刷臺面與網版的平行度：決定了印刷漿料的一致性。一般二者平行度應小于0.04mm。印刷臺的重復定位精度：太陽能電池片印刷臺的重復定位精度需達到0.01mm。

　　參數相互關系

1.壓力與間距：壓力越大時，間距也大；因為壓力大時，刮刀與網板接觸的地方凸出來也多，間距小的話，硅片承受的壓力加大，碎片的概率會加大。兩個參數當中的一個改變,另外一個不改,就可能加大硅片碎的可能性或影響印刷質量。

2.印刷速度影響到產能,同時也影響到印刷到硅片漿料的多少。

　　印刷參數的調整

1.先把印刷速度改小，以方便在調試時能很好的觀察（如印刷速度為50mm)。完全松開鎖定螺絲，并保證刮刀和回刮刀左右的固定螺絲未鎖，能自由活動。

2.先設定印刷間距：印刷間距以漿料能很好的印刷到硅片為宜，無粘片和虛印。(推薦為：1.5+0.3)

3.在間距定下后，設定印刷壓力。壓力由小到大慢慢加，加到在印刷時漿料能收干凈就可以。

參數的調整

4.在壓力和間距設定好后，印刷一片看看印刷是否合格，否則再作微調。（印刷速度未改）

5.合格后，慢慢朝下擰鎖定螺絲，在感覺到鎖定螺絲剛碰到東西時，把鎖定螺絲鎖住。這個動作相當于找到了一個刮膠下降的一個限位，保證刮刀在壓力加大時不會再下壓。

6.然后加快印刷速度，并測印刷重量，如過大，則減速，過小，則加速。（推薦170mm)。

　　燒結

　　燒結目的

干燥硅片上的漿料，燃盡漿料的有機組分，使漿料和硅片形成良好的歐姆接觸。

燒結對電池片的影響

銀漿的燒結很重要，對電池片電性能影響主要表現在串聯電阻和并聯電阻，即FF的變化。

鋁漿燒結的目的使漿料中的有機溶劑完全揮發，并形成完好的鋁硅合金和鋁層。局部的受熱不均和散熱不均可能會導致起包，嚴重的會起鋁珠。背面場經燒結后形成的鋁硅合金，鋁在硅中是作為P型摻雜，它可以減少金屬與硅交接處的少子復合，從而提高開路電壓和短路電流，改善對紅外線的響應。

燒結過程

1.室溫~300度，溶劑揮發。

2.300~500度，有機樹脂分解排出，需要氧氣。

3.400度以上，玻璃軟化。

4.600度以上，玻璃與減反層反應，實現導電。

六測試分檔

測試分檔的目的

1.通過測試數據監控生產電池片的效率及暗電流等參數是否正常。

2.對生產的電池片進行分檔，將相同電性能的電池片分在一起以便做成組件。

標準測試條件

1.光源輻照度：1000W/m2。

2.測試溫度：25℃。

3.AM1.5地面太陽光譜輻照度分布。

　　測試參數

1.開路電壓

在一定的溫度和輻照度條件下，太陽電池在空載情況下的端電壓，用Voc表示，PN結開路，即I=0，此時PN結兩端的電壓即為開路電壓。將I=0代入伏安特性方程得：KTln(IL/IS+1)/q。太陽電池的開路電壓與電池面積大小無關。太陽電池的開路電壓與入射光譜輻照度的對數成正比。

　2.短路電流

在一定的溫度和輻照條件下，太陽電池在端電壓為零時的輸出電流，通常用Isc來表示。將PN結短路（V=0），因而IF=0，這時所得的電流為短路電流Isc，顯然有：Isc=IL，Isc與太陽電池的面積大小有關，面積越大，Isc越大。Isc與入射光的輻照度成正比。

　3.最大功率點

在太陽電池的伏安特性曲線上對應最大功率的點，又稱最佳工作點。

4.最佳工作電壓

太陽電池伏安特性曲線上最大功率點所對應的電壓。通常用Vm表示

5.最佳工作電流

太陽電池伏安特性曲線上最大功率點所對應的電流。通常用Im表示

　6.轉換效率

受光照太陽電池的最大功率與入射到該太陽電池上的全部輻射功率的百分比。η=VmIm/AtPin其中Vm和Im分別為最大輸出功率點的電壓和電流，At為太陽電池的總面積，Pin為單位面積太陽入射光的功率。

7.填充因子

太陽電池的最大功率與開路電壓和短路電流乘積之比，通常用FF表示：FF=ImVm/IscVoc

IscVoc是太陽電池的極限輸出功率，ImVm是太陽電池的最大輸出功率，填充因子是表征太陽電池性能優劣的一個重要參數。

　8.電流溫度系數

在規定的試驗條件下，被測太陽電池溫度每變化10C，太陽電池短路電流的變化值，通常用α表示。對于一般晶體硅電池α=+0.1%/0C。

　9.電壓溫度系數

在規定的試驗條件下，被測太陽電池溫度每變化10C，太陽電池開路電壓的變化值，通常用β表示。對于一般晶體硅電池β=-0.38%/0C。

編輯：黃飛

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