硅材料是當(dāng)前最重要的半導(dǎo)材料，目前常用的太陽(yáng)能電池是硅電池。單質(zhì)硅是比較活潑的一種非金屬元素，它能和96種穩(wěn)定元素中的64種元素形成化合物。硅的主要用途是取決于它的半導(dǎo)性?！?/p>
晶體硅包括單晶硅和多晶硅，晶體硅的制備方法大致是先用碳還原SiO2成為Si，用HCl反應(yīng)再提純獲得更高純度多晶硅，單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無(wú)定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長(zhǎng)出棒狀單晶硅。硅的單晶體。具有基本完整的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體。用于制造太陽(yáng)能電池的多晶硅純度要求達(dá)到99.9999％。
晶體硅生產(chǎn)一般工藝流程
⑴ 清洗
清洗的目的：
1去除硅片表面的機(jī)械損傷層。
2對(duì)硅片的表面進(jìn)行凹凸面(金字塔絨面)處理,增加光在太陽(yáng)電池片表面的折射次數(shù),利于太陽(yáng)能電池片對(duì)光的吸收,以達(dá)到電池片對(duì)太陽(yáng)能價(jià)值的最大利用率。
3清除表面硅酸鈉、氧化物、油污以及金屬離子雜質(zhì)。
化學(xué)清理原理：
HF去除硅片表面氧化層：
HCl去除硅片表面金屬雜質(zhì)：鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作用，氯離子能與溶解片子表面可能沾污的雜質(zhì)，鋁、鎂等活潑金屬及其它氧化物。但不能溶解銅、銀、金等不活潑的金屬以及二氧化硅等難溶物質(zhì)。
安全提示：NaOH、HCl、HF都是強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)藥品，其固體顆粒、溶液、蒸汽會(huì)傷害到人的皮膚、眼睛、呼吸道，所以操作人員要按照規(guī)定穿戴防護(hù)服、防護(hù)面具、防護(hù)眼鏡、長(zhǎng)袖膠皮手套。一旦有化學(xué)試劑傷害了員工的身體，馬上用純水沖洗30分鐘，送醫(yī)院就醫(yī)。
硅材料是當(dāng)前最重要的半導(dǎo)材料，目前常用的太陽(yáng)能電池是硅電池。單質(zhì)硅是比較活潑的一種非金屬元素，它能和96種穩(wěn)定元素中的64種元素形成化合物。硅的主要用途是取決于它的半導(dǎo)性。
晶體硅包括單晶硅和多晶硅，晶體硅的制備方法大致是先用碳還原SiO2成為Si，用HCl反應(yīng)再提純獲得更高純度多晶硅，單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無(wú)定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長(zhǎng)出棒狀單晶硅。硅的單晶體。具有基本完整的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體。用于制造太陽(yáng)能電池的多晶硅純度要求達(dá)到99.9999％。
晶體硅生產(chǎn)一般工藝流程
?、?清洗
清洗的目的：
1去除硅片表面的機(jī)械損傷層。
2對(duì)硅片的表面進(jìn)行凹凸面(金字塔絨面)處理,增加光在太陽(yáng)電池片表面的折射次數(shù),利于太陽(yáng)能電池片對(duì)光的吸收,以達(dá)到電池片對(duì)太陽(yáng)能價(jià)值的最大利用率。
3清除表面硅酸鈉、氧化物、油污以及金屬離子雜質(zhì)。
化學(xué)清理原理：
HF去除硅片表面氧化層：
HCl去除硅片表面金屬雜質(zhì)：鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作用，氯離子能與溶解片子表面可能沾污的雜質(zhì)，鋁、鎂等活潑金屬及其它氧化物。但不能溶解銅、銀、金等不活潑的金屬以及二氧化硅等難溶物質(zhì)。
安全提示：NaOH、HCl、HF都是強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)藥品，其固體顆粒、溶液、蒸汽會(huì)傷害到人的皮膚、眼睛、呼吸道，所以操作人員要按照規(guī)定穿戴防護(hù)服、防護(hù)面具、防護(hù)眼鏡、長(zhǎng)袖膠皮手套。一旦有化學(xué)試劑傷害了員工的身體，馬上用純水沖洗30分鐘，送醫(yī)院就醫(yī)。
?、浦平q
制絨的目的：減少光的反射率，提高短路電流(Isc)，最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
制絨的原理
利用低濃度堿溶液對(duì)晶體硅在不同晶體取向上具有不同腐蝕速率的各向異性腐蝕特性，在硅片表面腐蝕形成角錐體密布的表面形貌 ，就稱為表面織構(gòu)化。角錐體四面全是由〈111〉面包圍形成。
反應(yīng)為：Si+2NaOH+H2O →Na2SiO3 +2H2 ↑
影響絨面的因素：
NaOH濃度
無(wú)水乙醇或異丙醇濃度
制絨槽內(nèi)硅酸鈉的累計(jì)量
制絨腐蝕的溫度
制絨腐蝕時(shí)間的長(zhǎng)短
槽體密封程度、乙醇或異丙醇的揮發(fā)程度
?、菙U(kuò)散
擴(kuò)散的目的：在p型晶體硅上進(jìn)行N型擴(kuò)散，形成PN結(jié)，它是半導(dǎo)體器件工作的“心臟”;
擴(kuò)散方法：
1.三氯氧磷(POCl3)液態(tài)源擴(kuò)散
2.噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散
3.絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散
POCl3磷擴(kuò)散原理：
1. 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(yīng)式如下：
2.生成的P2O5在擴(kuò)散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅(SiO2)和磷原子，其反應(yīng)式如下：
3由上面反應(yīng)式可以看出，POCl3熱分解時(shí)，如果沒(méi)有外來(lái)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(duì)硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態(tài)。但在有外來(lái)O2存在的情況下，PCl5會(huì)進(jìn)一步分解成P2O5并放出氯氣(Cl2)。
4.生成的P2O5又進(jìn)一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見(jiàn)，在磷擴(kuò)散時(shí)，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對(duì)硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮?dú)獾耐瑫r(shí)通入一定流量的氧氣 。
5. 在有氧氣的存在時(shí)，POCl3熱分解的反應(yīng)式為： 4POCL3+5O2→2P2O5+6CL2
6. POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應(yīng)生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一層含P2O5的SIO2(磷硅玻璃)，然后磷原子再向硅中進(jìn)行擴(kuò)散 。
影響擴(kuò)散的因素：
1.管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源濃度的大小決定著硅片N型區(qū)域磷濃度的大小。
2.表面的雜質(zhì)源達(dá)到一定程度時(shí)，將對(duì)N型區(qū)域的磷濃度改變影響不大。
3.擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時(shí)間對(duì)擴(kuò)散結(jié)深影響較大。
4.N型區(qū)域磷濃度和擴(kuò)散結(jié)深共同決定著方塊電阻的大小。
安全操作：所有的石英器具都必須輕拿輕放。源瓶更換的標(biāo)準(zhǔn)操作過(guò)程。依次關(guān)閉進(jìn)氣閥門(mén)、出氣閥門(mén)，拔出連接管道，更換源瓶，連接管道，打開(kāi)出氣閥門(mén)、進(jìn)氣閥門(mén)。
?、戎苓吙涛g
周邊刻腐目的：
1.去除硅片周邊的n層，防止短路。
2.工藝方法有等離子刻蝕和激光劃邊。
3.我們采用等離子刻蝕機(jī)把周邊n層刻蝕掉。
刻蝕方法：等離子刻蝕和濕法刻蝕。
等離子體刻蝕原理：
等離子體刻蝕是采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴(kuò)散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料進(jìn)行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除。它的優(yōu)勢(shì)在于快速的刻蝕速率同時(shí)可獲得良好的物理形貌 。
1.母體分子CF4在高能量的電子的碰撞作用下分解成多種中性基團(tuán)或離子。
2.其次，這些活性粒子由于擴(kuò)散或者在電場(chǎng)作用下到達(dá)SiO2表面，并在表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
3.生產(chǎn)過(guò)程中，CF4中摻入O2，這樣有利于提高Si和SiO2的刻蝕速率。
刻蝕影響因素：刻蝕時(shí)間和射頻功率
硅片作為晶體硅太陽(yáng)能電池的基礎(chǔ)材料，其質(zhì)量對(duì)電池性能有很重要影響，下面以單晶硅片舉例說(shuō)明：
一、少子壽命對(duì)電池性能的影響
少子壽命是指半導(dǎo)體材料在外界注入(光或電)停止后，少數(shù)載流子從最大值衰減到無(wú)注入時(shí)的初值之間的平均時(shí)間。少子壽命值越大，相應(yīng)的材料質(zhì)量越好
二、早期光致衰減對(duì)電池性能的影響
1.早期光致衰減機(jī)理
光照或電流注入導(dǎo)致硅片中的硼和氧形成硼氧復(fù)合體，從而使少子壽命降低，但經(jīng)過(guò)退火處理，少子壽命又可恢復(fù)
2.危害
一方面會(huì)引起組件功率在使用的最初幾天內(nèi)發(fā)生較大幅度的下降，使標(biāo)稱功率和實(shí)際功率不符
另一方面，如果同一組件內(nèi)各個(gè)電池片光致衰減不一致，會(huì)造成原本分選時(shí)電性能一致的電池片，經(jīng)過(guò)光照后，電性能存在很大偏差，引起組件曲線異常和熱斑現(xiàn)象，導(dǎo)致組件早期失效
熱斑電池的溫度與周電池的溫度相差較大，過(guò)熱區(qū)域可引起EVA加快老化變黃，使該區(qū)域透光率下降，從而使熱斑進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致組件的早期失效。
3.解決辦法
1)改善硅單晶質(zhì)量
A.利用磁控直拉硅單晶工藝
此工藝不僅能控制單晶中的氧濃度，也使硅單晶縱向、徑向電阻率均勻性得到改善，但需配置磁場(chǎng)設(shè)備并提供激磁電源，增加成本和工藝難度;
B.使用摻磷的N型硅片
從目前產(chǎn)業(yè)化的絲網(wǎng)印刷P型電池工藝來(lái)看，N型電池在轉(zhuǎn)換效率和制造成本上還沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，一些關(guān)鍵工藝有待解決
C.用稼代替硼作為P型摻雜劑
2)電池片光照預(yù)衰減
三、位錯(cuò)對(duì)電池性能的影響
硅片中存在著極高的位錯(cuò)密度，成為少數(shù)載流子的強(qiáng)復(fù)合中心，最終導(dǎo)致電池和組件性能的嚴(yán)重下降。