光伏电池片生产工艺流程详解

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光伏电池片生产工艺流程详解

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光伏电池片的生产过程是一个复杂而精细的技术工艺流程，涉及多个关键工序。从硅片清洗制绒到最终的检验分级，每一步都直接影响着电池片的光电转换效率和性能。本文将详细介绍光伏电池片生产的八个主要工序，帮助读者全面了解这一重要清洁能源技术的核心制造过程。

工序一：硅片清洗制绒

单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方锥体即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。

硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。大多使用廉价、浓度约为1%的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀温度为70-85℃。

为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量添加醇类如乙醇和异丙醇等作为络合剂，以加快硅的腐蚀。制备绒面前，硅片须先进行初步表面腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约20～25μm，在腐蚀绒面后，进行一般的化学清洗。

工序二：扩散制结

硅片的单/双面液态源磷扩散，制作N型发射极区，以形成光电转换的基本结构：PN结。POCl3 液态分子在N2 载气的携带下进入炉管，在高温下经过一系列化学反应磷原子被置换，并扩散进入硅片表面，激活形成N型掺杂，与P型衬底形成PN结。主要的化学反应式如下：

POCl3+ O2 → P2O5 + Cl2； P2O5+ Si → SiO2 + P

工序三：等离子刻蚀

由于在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，硅片的所有表面包括边缘都将不可避免地扩散。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路。

因此，必须对太阳能电池周边的掺杂硅进行刻蚀，以去除电池边缘的PN结。通常采用等离子刻蚀技术完成这一工艺。等离子刻蚀是在低压状态下，反应气体CF4的母体分子在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体。

等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性反应基团由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，在那里与被刻蚀材料表面发生化学反应，并形成挥发性的反应生成物脱离被刻蚀物质表面，被真空系统抽出腔体。

工序四：去除磷硅玻璃

该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀法即把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层磷硅玻璃。

在扩散过程中，POCL3与O2反应生成P2O5淀积在硅片表面。P2O5与Si反应又生成SiO2和磷原子，这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。

去磷硅玻璃的设备一般由本体、清洗槽、伺服驱动系统、机械臂、电气控制系统和自动配酸系统等部分组成，主要动力源有氢氟酸、氮气、压缩空气、纯水，热排风和废水。

氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸与二氧化硅反应生成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。

工序五：减反射膜制备

适合作为抗反射层的材料，包括氧化钛（TiO2）、氮化硅（SiNx）、一氧化硅（SiO）、氧化铝（Al2O3）、氧化铯（CeO2）等。抗反射层的涂布技术，以化学蒸镀法（简称CVD）最普遍被工业界采用。CVD法又可分为APCVD （Atomspheric Pressure CVD）、PECVD(Plasma Enhanced)及RPCVD(Reduced Pressure CVD)。

在工业界上，APCVD和PECVD被普遍采用。物理蒸镀法虽也可被用来制造抗反射层，但普及率不高。

PECVD法一般是被用来产生氮化硅（SiNx）的抗反射层，在做法上，是在反应炉内通入SiH4及NH3（或N2）气体，使它在硅晶表面产生一层非晶质结构的氮化硅（ SiNx ）抗反射层。在这抗反射层里，会含有将近40%原子比例的氢原子，所以虽然我们把非晶质结构的氮化硅化学式写成SiNx，但它实际上应该是a-SiNx:H。