详解电池片全工序工艺

前道

一制绒工艺

制绒目的

1.消除表面硅片有机物和金属杂质。

2.去处硅片表面机械损伤层。

3.在硅片表面形成表面组织，增加太阳光的吸收减少反射。

工艺流程

来料，开盒，检查，装片，称重，配液加液，制绒，甩干，制绒后称重，绒面检查，流出。

基本原理

1#超声

去除有机物和表面机械损伤层。

目前采用柠檬酸超声，和双氧水与氨水混合超声。

3#4#5#6#制绒

利用NaOH溶液对单晶硅片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面。当各向异性因子（（100）面与（111）面单晶硅腐蚀速率之比）=10时，可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。绒面具有受光面积大，反射率低的特点。可以提高单晶硅太阳能电池的短路电流，从而提高太阳能电池的光转换效率。

化学反应方程式：Si+2NaOH+H2O=Nasio3+2H2↑

　　影响因素

　　1.温度

温度过高，首先就是IPA不好控制，温度一高，IPA的挥发很快，气泡印就会随之出现，这样就大大减少了PN结的有效面积，反应加剧,还会出现片子的漂浮，造成碎片率的增加。

可控程度：调节机器的设置，可以很好的调节温度。

　　2.时间

金字塔随时间的变化：金字塔逐渐冒出来；表面上基本被小金字塔覆盖，少数开始成长；金字塔密布的绒面已经形成，只是大小不均匀，反射率也降到比较低的情况；金字塔向外扩张兼并，体积逐渐膨胀，尺寸趋于均等，反射率略有下降。

可控程度：调节设备参数，可以精确的调节时间。

　　3.IPA

1.协助氢气的释放。2.减弱NaOH溶液对硅片的腐蚀力度，调节各向因子。纯NaOH溶液在高温下对原子排列比较稀疏的100晶面和比较致密的111晶面破坏比较大，各个晶面被腐蚀而消融，IPA明显减弱NaOH的腐蚀强度，增加了腐蚀的各向异性，有利于金字塔的成形。乙醇含量过高，碱溶液对硅溶液腐蚀能力变得很弱，各向异性因子又趋于1。

可控程度：根据首次配液的含量，及每次大约消耗的量，来补充一定量的液体，控制精度不高。

　　4.NaOH

形成金字塔绒面。NaOH浓度越高，金字塔体积越小，反应初期，金字塔成核密度近似不受NaOH浓度影响，碱溶液的腐蚀性随NaOH浓度变化比较显著，浓度高的NaOH溶液与硅反映的速度加快，再反应一段时间后，金字塔体积更大。NaOH浓度超过一定界限时，各向异性因子变小，绒面会越来越差，类似于抛光。

可控程度：与IPA类似，控制精度不高。

5.Na2SiO3

SI和NaOH反应生产的Na2SiO3和加入的Na2SiO3能起到缓冲剂的作用，使反应不至于很剧烈,变的平缓。Na2SiO3使反应有了更多的起点，生长出的金字塔更均匀，更小一点Na2SiO3多的时候要及时的排掉，Na2SiO3导热性差，会影响反应,溶液的粘稠度也增加，容易形成水纹、花蓝印和表面斑点。

可控程度：很难控制。

4#酸洗

HCL去除硅片表面的金属杂质

盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与多种金属离子形成可溶与水的络合物。

6#酸洗

HF去除硅片表面氧化层，SiO2+6HF=H2[siF6]+2H2O。

控制点

　1．减薄量

定义：硅片制绒前后的前后重量差。

控制范围

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

单晶156，首篮减薄量在0.7±0.2g；以后减薄量在0.6±0.2g。

　2．绒面

判断标准：成核密度高，大小适当，均匀。

控制范围：单晶：金字塔尺寸3~10um。

　　3．外观

无缺口，斑点，裂纹，切割线，划痕，凹坑，有无白斑，赃污。

二扩散工艺

扩散目的

在来料硅片P型硅片的基础上扩散一层N型磷源，形成PN结。

　扩散原理

POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：

5POCl3=3PCl5+P2O5

生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：

2P2O5+5Si=5SiO2+4P

POCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：

4PCl5+5O2=2P2O5+10Cl2

生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气。就这样POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。

　　扩散类型

1.恒定源扩散：在稳态扩散的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散质量与该截面处的浓度梯度成正比。

2.限定源扩散：在再分布过程中，扩散是在限定源的条件下进有的，整个扩散过程的杂质源，限定于扩散前积累在硅片表面的无限薄层内的杂质总量，没有外来杂质补充即在硅片表面处的杂质流密度。

车间使用的是两步扩散：预淀积+扩散。预扩散是恒定源扩散，主要是使得硅片表面气体浓度一致，保持整批方块电阻是均匀性。主扩散是限定源扩散，并且在主扩散后通入大氮气体，作为推进气体，加大PN结深度。

　影响因素

　　1.温度

温度T越高，扩散系数D越大，扩散速度越快。

　　2.时间

对于恒定源：时间t越长结深越深，但表面浓度不变。

对于限定源：时间t越长结深越深，表面浓度越小。

　　3.浓度

决定浓度是因素：氮气流量、源温。

表面浓度越大，扩散速度越快。

　　4.第三组元

主要是掺硼量对扩散的影响，杂质增强扩散机制。在二元合金中加入第三元素时，扩散系数也会发生变化。掺硼量越大，扩散速率越快。即电阻率越小，越容易扩散。

　　控制点

方块电阻，外观，单片均匀性，整管均匀性。

方块电阻：表面为正方形的半导体薄层在电流方向所呈现的电阻。R=电阻率*L/S,对方块硅片，长度等于宽度，则R=电阻率/厚度，方块电阻～(１／Ns*Xj)Ns：电化学浓度，Xj：扩散结深。

　　控制范围

中心方块电阻：单晶：42~48。

同一硅片扩散方块电阻中心值不均匀度：小于等于12%（48）10%（T）。

同一炉扩散方块电阻中心值不均匀度：小于等于25%（48）15%（T）。

　48所扩散过程中问题解决方案

　返工处理

方块电阻不在规定范围内：1.轻微超出范围要求重新扩散，严重超出要求重新制绒。2.低于范围要求从新制绒。

氧化发蓝：去PSG工序，反面扩散。

去PSG后，重新制绒：去PSG后，重新制绒。

偏磷酸：去PSG后，重新制绒。

三刻蚀工艺

　刻蚀目的

将硅片边缘的带有的磷去除干净，避免PN结短路造成并联电阻降低。

刻蚀原理

采用干法刻蚀。采用高频辉光放电反应，采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或各种游离基，这些活性粒子扩散到硅片边缘，在那里与硅进行反应，形成挥发性生成物四氟化硅而被去除。

化学公式：CF4+SIO2=SIF4+CO2

工艺流程

预抽，主抽，送气，辉光，抽空，清洗，预抽，主抽，充气。

　影响因素

　　1.射频功率

射频功率过高：等离子体中离子的能量较高会对硅片边缘造成较大的轰击损伤，导致边缘区域的电性能差从而使电池的性能下降。在结区（耗尽层）造成的损伤会使得结区复合增加。

射频功率太低：会使等离子体不稳定和分布不均匀，从而使某些区域刻蚀过度而某些区域刻蚀不足，导致并联电阻下降。

　2.时间

刻蚀时间过长：刻蚀时间越长对电池片的正反面造成损伤影响越大，时间长到一定程度损伤不可避免会延伸到正面结区，从而导致损伤区域高复合。

刻蚀时间过短：刻蚀不充分，没有把边缘鳞去干净，PN结依然有可能短路造成并联电阻降低。

　　4.压力

压力越大，气体含量越少，参与反应的气体也越多，刻蚀也越充份。

　注意事项

1.操作人员必须随时观察气流量、反射功率、反应室压力和辉光颜色的稳定性。辉光颜色或功率如有异常，应及时报告相关设备人员。必须抽测刻蚀效果，如有异常，重新刻蚀，并通知工艺人员。注意，不能将扩散面弄混。

2.夹具、环氧板、刻蚀机石英罩等要定期清洗，保持刻蚀间的工艺卫生，长时间停止使用，再次使用之前必须辉光清洗。

　　去磷硅玻璃

扩散过程中，POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与Si反应生成SiO2和磷原子，这一含有磷原子的二氧化硅层称之为磷硅玻璃。

　基本原理

利用HF能SiO2反应，与其反应式为：

SiO2+4HF→SiF4↑+2H2O

但是如果HF过量，则SiF4会和HF继续反应，总的反应式为：

SiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O

　　工艺流程

　　注意事项

　1.插片务必确认扩散面的方向。

2.必须对花篮进行随时擦拭，更化氢氟酸必须同时对槽进行彻底清洗。在配制和清洗时，一定要做好保护措施。有氢氟酸和硅片接触的地方，禁止近距离使用照明。硅片在两个槽中（悬挂在空中）的停留时间不得过长，防止硅片被氧化。

3.烘干或甩干的时间不能随便缩短！防止干燥不彻底。当硅片从1号槽氢氟酸中提起时，观察其表面是否脱水，如果脱水，则表明磷硅玻璃已去除干净；如果表面还沾有水珠，则表明磷硅玻璃未被去除干净。

　　控制点

1.边缘有效刻蚀宽度小于0.5mm。

2.侧面导电类型为P型。

　返工处理

测试边缘为N型：重新刻蚀。

后道

四PECVD

PE目的

在硅片表面沉积一层氮化硅减反射膜，以增加入射在硅片上的光的透射，减少反射，氢原子搀杂在氮化硅中附加了氢的钝化作用。

其化学反应可以简单写成：SiH4+NH3=SiN:H+3H2。

基本原理

PECVD技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。PECVD方法区别于其它CVD方法的特点在于等离子体中含有大量高能量的电子，它们可以提供化学气相沉积过程所需的激活能。电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程，生成活性很高的各种化学基团，因而显著降低CVD薄膜沉积的温度范围，使得原来需要在高温下才能进行的CVD过程得以在低温下实现。

　基本特征

1.薄膜沉积工艺的低温化（<450℃）。

2.节省能源，降低成本。

3.提高产能。

4.减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减。

扩散方式

PE设备有两类：平板式和管式。

按反应方式分为：直接式（岛津）和间接式（Roth＆Rau）。

直接式：基片位于一个电极上，直接接触等离子体。

间接式：基片不接触激发电极。在微波激发等离子的设备里，等离子产生在反应腔之外，然后由石英管导入反应腔中。在这种设备里微波只激发NH3，而SiH4直接进入反应腔。间接PECVD的沉积速率比直接的要高很多，这对大规模生产尤其重要。

影响因素

　1．频率

射频PECVD系统大都采用50kHz~13.56MHz的工业频段射频电源。较高频率（>4MHz）沉积的氮化硅薄膜具有更好的钝化效果和稳定性。

　2．射频功率

增加RF功率通常会改善SiN膜的质量。但是，功率密度不宜过大，超过1W/cm2时器件会造成严重的射频损伤。

　3．衬底温度

PECVD膜的沉积温度一般为250～400℃。这样能保证氮化硅薄膜在HF中有足够低的腐蚀速率，并有较低的本征压力，从而有良好的热稳定性和抗裂能力。低于200℃下沉积的氮化硅膜，本征应力很大且为张应力，而温度高于450℃时膜容易龟裂。

4．气体流量

影响氮化硅膜沉积速率的主要气体是SiH4。为了防止富硅膜，选择NH3/SiH4=2~20（体积比）。气体总流量直接影响沉积的均匀性。为了防止反应区下游反应气体因耗尽而降低沉积速率，通常采用较大的气体总流量，以保证沉积的均匀性。

5．反应气体浓度

SiH4的百分比浓度及SiH4/NH3流量比，对沉积速率、氮化硅膜的组分及物化性质均有重大影响。

理想Si3N4的Si/N＝0.75，而PECVD沉积的氮化硅的化学计量比会随工艺不同而变化，但多为富硅膜，可写成SiN。因此，必须控制气体中的SiH4浓度，不宜过高，并采用较高的SiN比。除了Si和N外，PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子，即SixNyHZ或SiNx:H。

6．反应压力、和反应室尺寸等都是影响氮化硅薄膜的性能工艺参数。

　　控制点

　　折射率

PECVD氮化硅膜的折射率随Si/N比在一定范围内波动，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，还和沉积温度有关，沉积温度提高，折射率增大，这是由于温度升高使薄膜致密度提高的缘故。

控制范围：2.0~2.15

膜厚：氮化硅膜的厚度。

控制范围：单晶：70mm~83mm。多晶：导津，76mm~89mm；ROTH&RAU，70mm~83mm。

返工处理

膜厚折射率在范围之外，色泽不匀，镀膜杂质严重：去PSG工序把膜去掉，HF10桶，去膜时间900-1000秒，其他槽水洗360秒。

五丝网印刷

　基本原理

基本原理：利用网版图文部分网孔透墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷。印刷时在网版上加入浆料，刮胶对网版施加一定压力，同时朝网版另一端移动。浆料在移动中从网孔中挤压到承印物上，由于粘性作用而固着在一定范围之内。由于网版与承印物之间保持一定的间隙，网版通过自身的张力产生对刮胶的回弹力，使网版与承印物只呈移动式线接触，而其它部分与承印物为脱离状态，浆料与丝网发生断裂运动，保证了印刷尺寸精度。刮胶刮过整个版面后抬起，同时网版也抬起，并通过回墨刀将浆料轻刮回初始位置，完成一个印刷行程。

丝网结构

网版，刮胶，浆料，印刷台，承印物

　浆料体系

银铝浆：背面导体，作为背电极，提供可焊性。

铝浆：背面导体，作为背面电场，收集电流。

银浆：正面导体，作为正电极，收集电荷。

影响因素

1.印刷压力的影响

在印刷过程中刮胶要对丝网保持一定的压力，且这个力必须是适当的。印刷压力过大，易使网版、刮胶使用寿命降低，使丝网变形，导致印刷图形失真。印刷压力过小，易使浆料残留在网孔中，造成虚印和粘网。在适当的范围内加大印刷压力，透墨量会减小（浆料湿重减小），栅线高度下降，宽度上升。

2.印刷速度的影响

印刷速度的设定必须兼顾产量和印刷质量。对印刷质量而言，印刷速度过快，浆料进入网孔的时间就短，对网孔的填充性变差，印刷出的栅线平整性受损，易产生葫芦状栅线。印刷速度上升，栅线线高上升，线宽下降。印刷速度变慢，下墨量增加，湿重上升。

3.丝网间隙的影响

在其他条件一定的情况下，丝网间隙与湿重大致有如右图的关系：最初两者几乎呈比例上升，之后丝网间隙加大，湿重降低，最后突然变为零。丝网印刷时使用的是曲线的前半段（即呈比例上升段）。由此可知，丝网间隙加大，下墨量多，湿重增大。丝网间隙过大，易使印刷图形失真；过小，容易粘网。刮胶硬度的影响刮胶材料一般为聚胺脂或氟化橡胶，硬度60-90A。刮胶硬度越大，印刷的图形越精确，原图的重现性越好。因此，正面栅线的印刷就需要选用硬度较高刮胶。刮胶硬度小，其他参数不变的情况下湿重就大，线高增加，线宽变大。

　4.刮胶角度的影响

刮胶角度的调节范围为45-75度。实际的刮胶角度与浆料有关，浆料黏度越高，流动性越差，需要刮胶对浆料向下的压力越大，刮胶角度接就越小。在印刷压力作用下，刮胶与丝网摩擦。开始一刷时近似直线，刮胶刃口对丝网的压力很大，随着印刷次数增加，刃口呈圆弧形，作用于丝网单位面积的压力明显减小，刮胶刃口处与丝网的实际角度小于45度，易使印刷线条模糊，粘网。在可调范围内，减小刮胶角度，下墨量增加，湿重加大。刮胶刃口钝，下墨量多，线宽大。

　5.浆料黏度的影响

印刷时浆料黏度的变化（触变性）如右图所示：

浆料的黏度与流动性呈反比，黏度越低，流动性越大，可在一定程度保证印刷的质量。浆料黏度过大，透墨性差，印刷时易产生桔皮、小孔。浆料黏度过小，印刷的图形易扩大（栅线膨胀），产生气泡、毛边。

　　6.纱厚、膜厚的影响

一般情况下，丝网目数越低，线径越粗，印刷后的浆料层越高，因此丝网目数较高时，印刷后浆料层就低一些。对于同目数的丝网，纱厚越厚，透墨量越少。在一定范围内，感光胶膜越厚，下墨量越大，印刷的栅线越高。但膜厚增大，易造成感光胶脱落。

　　7.印刷台面的影响

印刷台面的水平度：印刷时电池片被吸附于印刷台面，若台面不平，电池片在负压下易破裂。一般电池片水平度应小于0.02mm。印刷台面与网版的平行度：决定了印刷浆料的一致性。一般二者平行度应小于0.04mm。印刷台的重复定位精度：太阳能电池片印刷台的重复定位精度需达到0.01mm。

　　参数相互关系

1.压力与间距：压力越大时，间距也大；因为压力大时，刮刀与网板接触的地方凸出来也多，间距小的话，硅片承受的压力加大，碎片的概率会加大。两个参数当中的一个改变,另外一个不改,就可能加大硅片碎的可能性或影响印刷质量。

2.印刷速度影响到产能,同时也影响到印刷到硅片浆料的多少。

　　印刷参数的调整

1.先把印刷速度改小，以方便在调试时能很好的观察（如印刷速度为50mm)。完全松开锁定螺丝，并保证刮刀和回刮刀左右的固定螺丝未锁，能自由活动。

2.先设定印刷间距：印刷间距以浆料能很好的印刷到硅片为宜，无粘片和虚印。(推荐为：1.5+0.3)

3.在间距定下后，设定印刷压力。压力由小到大慢慢加，加到在印刷时浆料能收干净就可以。

参数的调整

4.在压力和间距设定好后，印刷一片看看印刷是否合格，否则再作微调。（印刷速度未改）

5.合格后，慢慢朝下拧锁定螺丝，在感觉到锁定螺丝刚碰到东西时，把锁定螺丝锁住。这个动作相当于找到了一个刮胶下降的一个限位，保证刮刀在压力加大时不会再下压。

6.然后加快印刷速度，并测印刷重量，如过大，则减速，过小，则加速。（推荐170mm)。

　　烧结

　　烧结目的

干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触。

烧结对电池片的影响

银浆的烧结很重要，对电池片电性能影响主要表现在串联电阻和并联电阻，即FF的变化。

铝浆烧结的目的使浆料中的有机溶剂完全挥发，并形成完好的铝硅合金和铝层。局部的受热不均和散热不均可能会导致起包，严重的会起铝珠。背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为P型掺杂，它可以减少金属与硅交接处的少子复合，从而提高开路电压和短路电流，改善对红外线的响应。

烧结过程

1.室温~300度，溶剂挥发。

2.300~500度，有机树脂分解排出，需要氧气。

3.400度以上，玻璃软化。

4.600度以上，玻璃与减反层反应，实现导电。

六测试分档

测试分档的目的

1.通过测试数据监控生产电池片的效率及暗电流等参数是否正常。

2.对生产的电池片进行分档，将相同电性能的电池片分在一起以便做成组件。

标准测试条件

1.光源辐照度：1000W/m2。

2.测试温度：25℃。

3.AM1.5地面太阳光谱辐照度分布。

　　测试参数

1.开路电压

在一定的温度和辐照度条件下，太阳电池在空载情况下的端电压，用Voc表示，PN结开路，即I=0，此时PN结两端的电压即为开路电压。将I=0代入伏安特性方程得：KTln(IL/IS+1)/q。太阳电池的开路电压与电池面积大小无关。太阳电池的开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比。

　2.短路电流

在一定的温度和辐照条件下，太阳电池在端电压为零时的输出电流，通常用Isc来表示。将PN结短路（V=0），因而IF=0，这时所得的电流为短路电流Isc，显然有：Isc=IL，Isc与太阳电池的面积大小有关，面积越大，Isc越大。Isc与入射光的辐照度成正比。

　3.最大功率点

在太阳电池的伏安特性曲线上对应最大功率的点，又称最佳工作点。

4.最佳工作电压

太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电压。通常用Vm表示

5.最佳工作电流

太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电流。通常用Im表示

　6.转换效率

受光照太阳电池的最大功率与入射到该太阳电池上的全部辐射功率的百分比。η=VmIm/AtPin其中Vm和Im分别为最大输出功率点的电压和电流，At为太阳电池的总面积，Pin为单位面积太阳入射光的功率。

7.填充因子

太阳电池的最大功率与开路电压和短路电流乘积之比，通常用FF表示：FF=ImVm/IscVoc

IscVoc是太阳电池的极限输出功率，ImVm是太阳电池的最大输出功率，填充因子是表征太阳电池性能优劣的一个重要参数。

　8.电流温度系数

在规定的试验条件下，被测太阳电池温度每变化10C，太阳电池短路电流的变化值，通常用α表示。对于一般晶体硅电池α=+0.1%/0C。

　9.电压温度系数

在规定的试验条件下，被测太阳电池温度每变化10C，太阳电池开路电压的变化值，通常用β表示。对于一般晶体硅电池β=-0.38%/0C。

编辑：黄飞