XINYU UNIVERSITY毕业设计（论文）（2013届）题目多晶硅太阳能电池制备工艺二级学院新能源科学与工程学院专业光伏材料加工及其应用班级 10级光伏材料（一）班学号 1003020138 学生姓名纪涛指导教师胡耐根目录摘要 (1)Abstract (2)第 1 章绪论 (3)第 2 章多晶硅太阳电池制备工艺 (5)2.1 一次清洗工序 (5)2.1.1 一次清洗工序的原理 (5)2.1.2 一次清洗工序的工艺参数 (5)2.2 扩散工序 (6)2.2.1 扩散原理 (6)2.2.2 扩散工艺 (7)2.3 湿法刻蚀的工序及其原理 (8)2.4 等离子体增强化学气相沉积工序 (10)2.4.1 等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜的原理 (10)2.5 丝网印刷工序及其工作原理 (11)2.6 测试分选工序及太阳能测试仪的原理 (13)2.7 小结 (15)第 3 章多晶硅太阳能电池行业展望 (16)参考文献(References) (17)致谢 (18)多晶硅太阳能电池制备工艺摘要长期以来随着能源危机的日益突出，传统能源已不能满足能源结构的需求，然而光伏发电技术被认为是解决能源衰竭和环境危机的主要途径。
而多晶硅太阳能电池份额占据光伏市场的绝大部分，并呈现逐年上升趋势，有极大的发展潜力。
本文在阐明了国内外光伏市场以及光伏技术发展趋势的基础上，对多晶硅太阳能电池的结构及其特性简述，同时对其制备工艺：一次清洗→扩散→湿法刻蚀去背结→PECVD(等离子体增强化学气相沉积)→丝网印刷→烧结→测试分选做简要介绍。
关键词：多晶硅太阳能电池；光伏技术；光伏工艺；Preparation technology of polycrystalline silicon solar cellAbstractFor a long time as the energy crisis increasingly prominent, the traditional energy cannot satisfy the needs of the energy structure, however, photovoltaic power generation technology is regarded as the main way to solve the crisis of energy exhaustion and environment and polycrystalline silicon solar cell occupies most parts of photovoltaic market share, and presents the rising trend year by year, has great development potential。
This paper illustrates the domestic PV market trends and the development of photovoltaic technology firstly, and makes a brief introduction on the preparation process of polycrystalline silicon solar cell secondly: cleaning →diffusion →wet etching →PECVD →screen printing →sintering →tes ting and sorting.Keywords: polycrystalline silicon solar cell; photovoltaic technology;photovoltaic process ;第 1 章绪论随着经济全球化贸易国际化的发展，传统能源煤、石油、天然气等已不再是世界能源市场占有率扩张最快的，相反，新型可再生能源核能发电、水力发电、风能发电、生物质能发电，而光伏行业经历了从航天到地面应用的巨大变化，太阳能发电正飞速增加其市场份额，以求缓解能源危机和环境问题。
鉴于各种新型能源发电的弊端，相比较之下人们普遍认为太阳能发电具备广阔的发展前景。
太阳能作为一种新型、洁净、可再生能源，它与常规能源以及其它新型能源相比有以下几个优点[1]：第一：储能丰富，取之不尽用之不竭。
第二：不存在地域性限制，方便且不存在输电线路的远程运输问题。
第三，洁浄，不会影响生态平衡和人类的身体健康，太阳能发电的种种优势，得到人类社会的一致认可。
尤其是在遭受能源衰竭和环境危机的今天，人们更是把它当做缓解能源短缺和环境污染问题的有效途径。
世界各地政府纷纷采取一系列相关政策，加大对光伏产业的财政补贴，促使光伏技术快速进步，生产规模不断壮大，早日实现光伏发电的大规模普及。
多晶硅太阳电池是一种将光能转化为电能的光电转换装置，在P 型硅液态源扩散工艺制得厚度约为0.5um 的N型重掺杂层，衬底表面，利用POCl3P 型层与N 型层接触，形成pn 结，产生光伏效应[2]。
同时，正Ag 电极可与N 型重掺杂层形成良好的欧姆接触，用于收集光生电流。
位于最上层的氮化硅薄膜起到钝化和减反射的作用。
背Al 与P型硅片接触，在烧结的过程中，形成良好的Al 背场，降低背表面复合电流，增加开路电压。
多晶硅太阳电池主要是依靠半导体pn结的光生伏特效应来实现光电转换的[3]。
当光线照射到太阳能电池的正表面时，大部分光子被硅材料吸收。
其中，能量E=h v＞E g 的光子就会将能量传递给硅原子，使处于价带的电子激发到导带，产生新的电子-空穴对。
新的电子-空穴又会在内建电场的作用下被分离，电子由p区流向n区，空穴由n区流向p区，电子和空穴在pn 结两侧集聚形成了电势差，当外部接通电路后，在该电势差的作用下，将会有电流流过外部电路，从而产生一定的输出功率。
其结构和光电转换原理图如下1-1和1-2。
图1-1多晶硅太阳电池结构图1-2多晶硅光电转换原理第 2 章多晶硅太阳能电池制备工艺由晶体硅太阳能电池的结构和原理可知，多晶硅太阳能电池的常规制备流程[4]如下：一次清洗（制绒）→扩散（形成pn 结）→二次清洗（湿法刻蚀去背结）→ PECVD（镀氮化硅）→丝网印刷（形成电极和背场）→烧结（形成欧姆接触）→测试（获得电性能）。
接下来，将逐一介绍制备多晶硅太阳能电池各工序的工艺及原理。
2.1 一次清洗工序2.1.1 一次清洗工序的原理多晶硅太阳能电池制备流程中的一次清洗工序，主要目的是去除硅片表面的脏污和机械损伤层，在硅片表面形成绒面结构（俗称制绒），增强太阳能电池的陷光作用。
我们知道，单晶硅太阳能电池制绒主要是依靠碱的各向异性腐蚀特性，在（100）晶面上形成连续、均匀、细腻的正金字塔结构，从而起到良好的减反射作用。
而多晶硅各个晶粒的晶向不一样，若同样采用碱腐蚀，则得不到很好的金字塔绒面化结构。
为了得到良好的多晶硅绒面化结构，人们尝试了许多方法，比如反应离子刻蚀法、机械刻槽法和化学腐蚀法等。
综合成本以及制备工艺的难易程度考虑，化学腐蚀法在工业化大规模生产中得到了广泛的应用。
接下来就对化学腐蚀法制备多晶硅太阳能电池绒面的原理做一下简单介绍。
与单晶硅太阳能电池碱制绒工艺不同的是，多晶硅太阳能电池采取酸制绒工艺。
酸制绒体系主要由HNO3和HF 组成，具体的反应方程式[5]如下：3Si+4HNO3——3SiO2+2H2O+4NO (2.1)SiO2+6HF——H2(SiF6)+2H2O (2.2)其中，HNO3作为强氧化剂，将Si 氧化成致密不溶于水的SiO2附着在硅片表面上，阻止HNO3与Si 的进一步反应。
但SiO2可以与溶液中的HF 发生反应，生成可溶于水的络合物H2(SiF6)，导致SiO2层被破坏，此时，HNO3与Si 再次发生化学反应，硅片表面不断的被腐蚀，最终形成连续致密的“虫孔状”结构。
此方法不需要采用特定的反应装置、工艺简单、制造成本低，而且制备出的多晶硅绒面反射率低，可以与双层减反射膜相比。
但此方法为纯化学反应，反应的稳定性不易控制，而且影响制绒效果的因素众多，比如滚轮速度、反应温度、硅片掺杂水平以及原始硅片的表面状况等。
2.1.2 一次清洗工序的工艺参数本工序采用由腐蚀槽、碱洗槽、酸洗槽构成的自动制绒设备。
在向各槽内配置化学溶液前，需对槽体进行预处理。
首先用水枪将滚轮、槽盖、槽体冲洗干净，然后注入一定量的去离子水，让设备自动循环10min 后，排掉污水。
再按照上述操作重复一遍，待废水排干净后即可制备化学溶液。
各槽内化学溶液的初始配方[6]为：腐蚀槽：浓度为50%的氢氟酸溶液45L，浓度为68%的硝酸溶液28L；碱洗槽：浓度为45%的氢氧化钠溶液5.2L；酸洗槽：浓度为50%的氢氟酸溶液28L，浓度为36%的盐酸溶液58L。
由于各槽是依靠化学反应来对硅片进行腐蚀的，反应的过程中必须伴有新的生成物产生和初始化学品的消耗，这就要求我们按时补液以及换液。
伴随着化学反应的不断进行，我们需要每小时向各槽填充的溶液量为：腐蚀槽：浓度为50%的氢氟酸溶液12.6L，浓度为68%的硝酸溶液11.4L；碱洗槽：浓度为45%的氢氧化钠溶液1.6L；酸洗槽：浓度为50%的氢氟酸溶液0.8L，浓度为36%的盐酸溶液2.4L。
另外，腐蚀槽每生产156×156(cm2)规格的硅片15万片后，需重新制配腐蚀液；设备连续一小时以上不生产时需把腐蚀液打回储备槽；碱槽溶液和酸槽溶液在配置250h 后必须重新配液。
否则都将影响最终制得的多晶硅太阳能电池片的电性能。
2.2 扩散工序2.2.1 扩散原理扩散实际上就是物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。
太阳能电池制备流程中的扩散工序，就是在P 型衬底上扩散一层N 型杂质，进而形成太阳能电池的心脏--pn 结。
多晶硅太阳能电池的）液态源扩散、喷涂磷酸水溶液扩散方式有很多种，比如三氯氧磷（POCl3）后链式扩散、丝网印刷磷浆料后链式扩散等。
本文着重采用三氯氧磷（POCl3）液态源扩散的原理液态源扩散工艺来制取pn结，下面是三氯氧磷（POCl3[7]：氮气携带的POCl3在某种特定的条件下，可分解成五氧化二磷（P2O5）和五氯化磷（PCl5），具体反应方程式如下：5POCl3→3 PCl5+ P2O5（T＞600℃）（2.3）生成的P2O5在800-900℃的高温下与Si 反应，生成磷原子和SiO2，具体反应方程式如下：2P2O5+5Si→5SiO2+4P↓（2.4）由以上化学反应方程式可得，POCl3在没有O2的条件下，热分解生成PCl5，而PCl5极不易分解，且对硅表面有很强的腐蚀作用，严重损害了硅片的表面状态以及pn 结的质量。