陶龙忠快速扩散与丝网印刷制备多晶硅太阳电池

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1、快 速 扩 散 与 丝 网 印 刷 制 备多 晶 硅 太 阳 电 池陶 龙 忠 沈 辉 中 山 大 学 太 阳 能 系 统 研 究 所2008.06.07 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 -863计 划 （ 2006AA05Z409） 提 纲 太 阳 电 池 产 业 化 发 展 连 续 式 快 速 扩 散 设 备 的 介 绍 方 块 电 阻 与 扩 散 温 度 和 扩 散 时 间 的 关 系 快 速 扩 散 对 方 块 电 阻 均 匀 性 的 影 响 快 速 扩 散 形 成 的 p n结 快 速 扩 散 对 少 子 寿 命 的 影 响 与 丝 网 印 刷 结 合 制 备 多 晶 硅

2、 太 阳 电 池 及 性能 分 析 图 1 近 年 来 太 阳 电 池 的 发 展 状 况 （ 来 源 于 Photon杂 志 ， 2008年 4月 ） 1. 太 阳 电 池 产 业 化 发 展 图 3 从 1999年 至 2007年 不 同 种 类 的 太 阳 电 池 产 量 百 分 比 （ 来 源 于 Photon杂 志 ， 2008年 4月 ） 图 2 2007年 （ 2006年 ） 全 球 太 阳 电 池 产 量 分 布 （ 来 源 于 Photon杂 志 ， 2008年 4月 ） 从 技 术 上 说 ， 国 内 的 扩 散 工 艺 基 本 上 全 部 采 用 常规 管 式 扩 散 ，

3、 扩 散 时 间 长 ， 是 整 个 生 产 工 艺 中 的瓶 颈 ， 并 且 难 以 和 后 继 工 艺 形 成 连 续 化 生 产 线 。国 外 研 究 机 构 非 常 重 视 快 速 扩 散 制 备 太 阳 电 池 的研 究 ， 并 且 成 功 将 硅 片 的 清 洗 腐 蚀 、 扩 散 、 沉 积氮 化 硅 薄 膜 、 丝 网 印 刷 和 烧 结 这 些 工 艺 完 全 整 合成 一 条 连 续 生 产 线 ， 促 进 了 规 模 化 和 产 业 化 。 目前 ， 德 国 一 些 太 阳 电 池 企 业 已 经 开 始 定 购 这 样 的设 备 ， 采 用 连 续 式 快 速 扩 散

4、炉 来 代 替 常 规 管 式 扩散 炉 ， 台 时 产 量 可 达 5600片 。 图 4 连 续 式 快 速 扩 散 炉 的 截 面 图 2. 连 续 式 快 速 扩 散 设 备 的 介 绍 图 5 陶 瓷 绳 传 送 带 扩 散 方 式 进 片方 式 加 热方 式 传 热方 式 围 壁温 度 升 、 降温 速 率 工 艺时 间 扩 散 室 洁净 程 度 操 作 与 其 它 设 备配 合 情 况连 续 式 快速 扩 散 连 续 卤 钨 灯 辐 射 冷 壁 很 大 短 好 简 便 可 形 成 连 续式 生 产 线管 式 扩 散 间 断 电 阻 丝 辐 射 、传 导 、对 流 热 壁 很 小

5、长 一 般 复 杂 难 以 形 成 连续 式 生 产 线表 1 连 续 式 快 速 扩 散 与 常 规 管 式 扩 散 的 比 较 试 验 采 用 Deutsche Solar的 多 晶 硅 片 参 数 为 ： 156 mm 156mm， 240 40m， P/boron， 0.52.0 ohmcm。 利 用 旋 转 涂 源 法 进 行 涂 源 掺 杂 ， 掺 杂 液 为 磷 酸 溶 液 。 将 掺杂 液 中 磷 酸 的 含 量 提 高 到 20 以 上 ， 可 以 保 证 快 速 扩 散 方式 为 恒 定 源 扩 散 。 对 于 连 续 式 快 速 扩 散 ， 只 需 要 调 整 扩 散 温

6、 度 和 扩 散 时 间 两个 参 数 ， 就 可 得 到 确 定 的 方 块 电 阻 值 。3. 方 块 电 阻 与 扩 散 温 度 和 扩 散 时 间 的 关 系 图 6 方 块 电 阻 与 扩 散 时 间 的 关 系 12sR At1 22 1ssR tR t 212 12( )ssRt tR 图 7 方 块 电 阻 与 扩 散 温 度 的 关 系 exp( )s BR A T2 1 2 11 1exp ln ( )s sR R B T T 12 21 1ln ssT BT RB T R 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 780 79

7、0 800 810 820 830 840 850 860 870 880 890 扩 散 温 度 （ ） 方 块 电 阻 （ oh m/ sq ） 实 测 值 预 算 值图 7 扩 散 时 间 为 300s时 方 块 电 阻 与 扩 散 温 度 的 关 系 尽 管 这 种 掺 杂 方 式 可 得 到 极 为 均 匀 的 p n结 ， 但 显 而 易 见 ，对 于 工 业 化 生 产 ， 单 片 旋 转 涂 源 法 无 法 满 足 大 规 模 生 产 化要 求 。 为 此 ， 我 们 改 进 了 掺 杂 源 和 其 它 工 艺 ， 可 以 成 批 进行 涂 膜 但 又 能 保 证 均 匀 性

8、， 有 望 很 快 就 能 应 用 于 实 际 生 产中 。 图 4 方 块 电 阻 的 均 匀 性4. 快 速 扩 散 对 方 块 电 阻 均 匀 性 的 影 响 5. 快 速 扩 散 形 成 的 p n结 图 4 10 采 用 霍 尔 测 试 仪 和 二 次 离 子 质 谱 仪 测 试 的 P杂 质 分 布 情 况 6. 扩 散 温 度 对 多 晶 硅 少 子 寿 命 的 影 响 图 5 在 相 同 的 扩 散 时 间 下 不 同 的 扩 散 温 度 对 多 晶 硅 片 少 子 寿 命 的 影 响 (a)多 晶 硅 片 (b)初 始 少 子 寿 命 （ 13.1s） （ c） 860 /3

9、00s（ 48.0s） （ d） 850 /300s（ 52.3s） （ e） 840 /300s（ 53.5s） （ f） 830 /300s（ 58.2s） 7. 与 丝 网 印 刷 结 合 制 备 太 阳 电 池 采 用 两 种 规 格 和 来 源 的 多 晶 硅 片 制 备 多 晶 硅 太 阳 电 池 ：（ 1） 156 mm 156mm， 240 40m， P/boron， 0.52.0 ohmcm， Deutsche Solar（ 2） 125 mm 125mm， 300 40m， P/boron， 0.53.0 ohmcm， Solar world 制 备 工 艺 如 下 ： 碱

10、 腐 蚀 去 除 硅 片 损 伤 层 涂 膜 掺 杂 扩 散 (方 块 电 阻 为 50 2 ohm/sq) 去 除 磷 硅 玻 璃 沉 积 氮 化 硅 薄 膜 丝 网 印 刷 电 极 及 烧 结 激 光 去 边 结 测 试 表 2 标 准 条 件 下 测 试 的 5寸 、 6寸 多 晶 硅 光 面 电 池 性 能 参 数硅 片 尺 寸 数 值 Jsc (mA/cm2) Voc (mV) FF (%) Eff. (%)5寸 平 均 值 32.44 614.0 78.2 15.6最 高 值 32.55 616.1 78.5 15.86寸 平 均 值 32.33 613.5 77.0 15.3 最

11、 高 值 32.51 615.3 77.6 15.5 图 7 5寸 光 面 多 晶 硅 太 阳 电 池 最 高 效 率 IV曲 线 图 8 6寸 光 面 多 晶 硅 太 阳 电 池 最 高 效 率 IV曲 线 图 9 LBIC对 6寸 多 晶 硅 太 阳 电 池 的 分 析 结 论 连 续 式 快 速 扩 散 已 经 开 始 用 于 国 外 生 产 线 。它 不 但 可 以 在 极 短 的 时 间 内 完 成 对 硅 片 的 扩 散 ，而 且 制 备 出 的 发 射 极 极 为 均 匀 。 此 外 ， 在 高 温 和快 速 扩 散 的 条 件 下 ， 硅 片 的 少 子 寿 命 不 但 没 有 降低 ， 反 而 有 较 大 提 高 ， 充 分 说 明 这 种 扩 散 方 式 对多 晶 硅 片 还 有 良 好 的 吸 杂 钝 化 作 用 。 利 用 连 续 式快 速 扩 散 与 丝 网 印 刷 等 生 产 工 艺 制 备 两 批 多 晶 硅电 池 ， 其 中 5寸 光 面 电 池 最 高 效 率 达 到 15.8%， 平均 效 率 为 15.6 ， 6寸 光 面 电 池 最 高 效 率 达 到15.5%， 平 均 效 率 约 为 15.3 ， 取 得 了 良 好 效 果 。 谢 谢 ！