用于晶体硅太阳能电池链式扩散工艺
本文摘要:作者:中盛光电集团研发中心 太阳能电池研发部经理 初仁龙随着光伏行业迅猛发展,对于提高电池转换效率,降低生产成本显得尤为重要,面临...
    作者:中盛光电集团研发中心 太阳能电池研发部经理  初仁龙 
    随着光伏行业迅猛发展,对于提高电池转换效率,降低生产成本显得尤为重要,面临着传统管式扩散方式带来的高耗能、低产能的诸多问题,一种新的链式扩散方式得以应用,它具有产能大、运营成本低、排放物环保、自动化程度高等优势,得到了广大客户的认可。目前,已经在国内外几家一线太阳能电池大厂得到较好的推广,无论是在常规电池还是高效电池,都有很大潜力去挖掘。
高效晶体硅太阳能电池链式氧化工艺
  高效电池开发的努力方向:1、硅片缺陷钝化(SiO2、SiNx、Al2O3、α-Si等) ; 2、电极设计优化(降低遮光,降低串阻);3、原料质量控制(低缺陷,高少子寿命)。
  产业化生产高效电池的努力方向:1、高效的产出率; 2、稳定的优质率; 3、高度的自动化 。
  PERC和PERL等高效电池的结构,都用到了热生长SiO2的钝化。我们结合现有使用的高效率的链式扩散技术,尝试探讨链式氧化工艺运用的可行性。
 

  运输方式 :合金履带式
  硅片材料 :5寸CZ单晶硅片
  硅片厚度 :180±10mm
  电阻率 :1-3Ω·cm
  少子寿命测试:Semilab  WT-2000
  开路电压测试:万用表
 实验数据
  A、氧化温度 。
  在这个条件中,我们全部的氧化时间为12minute。
      

  可以看出,低温氧化时,由于SiO2的存在,硅片的少子寿命较正常的略有提高,但是随着氧化温度的不断提高,少子寿命下降严重,说明硅片本身质量不高,高温下生成缺陷的影响远高于SiO2钝化的影响。
  B、氧化时间
  恒温区温度为900℃,氧化时间分别取18minute、12minute、10minute;
  对应带速为10ipm、15ipm、18ipm;
      

  结果表明,随着高温时间的减少,硅片的少子寿命呈上升趋势。越长时间的高温带来越多的热损伤。[page]
  C、摆放方式
  多点支撑,即在网带和硅片之间放置石英的支点,避免与网带直接接触。
 
  从图上看,支撑点越多,少子寿命越高,并且支撑点附近的少子寿命都比周围的高出很多,但是每个接触区域的中心都偏低。
  合金的网带在高温时会引入高复合中心,导致载流子的复合增加,温度越高时间越长,带来的负面影响越大。
  波长越大,扫描出来的网带印越明显,说明复合中心数量是由背面向中心递减的;多点支撑的实验又证明了硅片离开网带一定间距,有助于减少金属的污染。
  在摆放方式的实验中,所有的分布图都存在一边或者两条边偏低的现象,有可能是局部温度过高或者气流冲击的影响。
  链式氧化最大的问题是高温下网带的污染,这种污染甚至可以存在于周围气体中,严重增加了硅片尤其是背面的复合。而隔离履带与硅片,增加氧气流通,甚至开发新的传送方式或者材料,都是解决这些问题可能的途径。
  在后续实验中,发现只要能运用适当的清洗剂和清洗方法,这种高温下的污染就有可能会减少很多,使开路电压恢复到630mV以上。

 传统晶体硅太阳能电池链式扩散工艺
 



 
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实验数据与分析
  实验结果主要从扩散方阻均匀性、表面浓度与洁深、电性能参数来分析。对于方块电阻均匀性,主要还是要保证表面亲水性好、喷涂均匀、扩散恒温场均匀。对于多晶材料稍差的电池片,可以双面喷涂扩散,大大提高了磷吸杂,减少了材料本身的有害杂质,降低了复合速率。
   实验调节的方向,主要是从源量、扩散时间、扩散温度等方向进行调节,本实验0.09~0.011mg/片,方阻70~75,扩散时间660s。
  目前,BTU链式扩散炉在大规模生产上比较主流,每小时1800片,转换效率平均16.90%。

相关事项
  链式扩散与管式扩散相比,相同工艺条件下,表面浓度高、结浅,适合做高效电池和高方阻工艺的深入研究。
  方块电阻均匀性能够达到±2以内,使PN结更加平整。
  与比管式扩散相比,扩散源磷酸比三氯氧磷更加环保安全,110ml的混合液可以生产单晶3600片,多晶3000片。
  自动化程度高,可以与现有制绒和边缘刻蚀工艺相连接,大大提高了产能,达到2000片/hr以上,对于提高和稳定转换效率起到一定作用。
  生产中维护简单,与管式相比不需要做TCA或清洗石英管,不间断在线清洗,大大提高产能,降低了运营成本。
  扩散重掺杂区是链式进一步提高转换效率的重点解决问题之一,通过所气相腐蚀的方法,大大可以降低表面复合速率,使Voc和Isc得到明显的改善。
  高方阻工艺是链式扩散提高转换效率的必然方向,如果在实现高方块电阻的前提下,薄层电阻分布及其均匀,可得到很好的结平整度,效率将得到大幅度提升。

 

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