一種太陽能電池片加工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，尤其是一種太陽能電池片加工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源的需要日益增加，化石能源的日趨枯竭和給生態(tài)環(huán)境造成的污染，嚴(yán)重威脅著社會和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，迫切需要采用可再生能源進(jìn)行替代。太陽能作為一種取之不盡，用之不竭的綠色可再生能源，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注。
[0003]太陽能電池原理主要是以半導(dǎo)體材料硅為基體，利用擴(kuò)散工藝在硅晶體中摻入雜質(zhì):當(dāng)摻入硼、磷等雜質(zhì)時，硅晶體中就會存在著一個空穴，形成η型半導(dǎo)體；同樣，摻入磷原子以后，硅晶體中就會有一個電子，形成Ρ型半導(dǎo)體，Ρ型半導(dǎo)體與η型半導(dǎo)體結(jié)合在一起形成ρη結(jié)，當(dāng)太陽光照射硅晶體后，ρη結(jié)中η型半導(dǎo)體的空穴往ρ型區(qū)移動，而ρ型區(qū)中的電子往η型區(qū)移動，從而形成從η型區(qū)到ρ型區(qū)的電流，在ρη結(jié)中形成電勢差，這就形成了太陽能電池。
[0004]太陽能電池片的加工工藝分為娃片檢測表面制域擴(kuò)散制結(jié)去憐娃玻璃一一濕法刻蝕一一鍍減反射膜一一絲網(wǎng)印刷一一‘決速燒結(jié)等。具體介紹如下:
[0005]一、硅片檢測
[0006]硅片是太陽能電池片的載體，硅片質(zhì)量的好壞直接決定了太陽能電池片轉(zhuǎn)換效率的高低，因此需要對來料硅片進(jìn)行檢測。該工序主要用來對硅片的一些技術(shù)參數(shù)進(jìn)行在線測量，這些參數(shù)主要包括硅片表面不平整度、少子壽命、電阻率、Ρ/N型和微裂紋等。該組設(shè)備分自動上下料、硅片傳輸、系統(tǒng)整合部分和四個檢測模塊。其中，光伏硅片檢測儀對硅片表面不平整度進(jìn)行檢測，同時檢測硅片的尺寸和對角線等外觀參數(shù)；微裂紋檢測模塊用來檢測硅片的內(nèi)部微裂紋；另外還有兩個檢測模組，其中一個在線測試模組主要測試硅片體電阻率和硅片類型，另一個模塊用于檢測硅片的少子壽命。在進(jìn)行少子壽命和電阻率檢測之前，需要先對硅片的對角線、微裂紋進(jìn)行檢測，并自動剔除破損硅片。硅片檢測設(shè)備能夠自動裝片和卸片，并且能夠?qū)⒉缓细衿贩诺焦潭ㄎ恢?，從而提高檢測精度和效率。
[0007]二、表面制絨
[0008]單晶硅絨面的制備是利用硅的各向異性腐蝕，在每平方厘米硅表面形成幾百萬個四面方錐體也即金字塔結(jié)構(gòu)。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率。硅的各向異性腐蝕液通常用熱的堿性溶液來制備絨面硅，在腐蝕絨面后，進(jìn)行一般的化學(xué)清洗。經(jīng)過表面準(zhǔn)備的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，應(yīng)盡快擴(kuò)散制結(jié)。
[0009]三、擴(kuò)散制結(jié)
[0010]太陽能電池需要一個大面積的PN結(jié)以實現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，而擴(kuò)散爐即為制造太陽能電池PN結(jié)的專用設(shè)備。管式擴(kuò)散爐主要由石英舟的上下載部分、廢氣室、爐體部分和氣柜部分等四大部分組成。擴(kuò)散一般用三氯氧磷液態(tài)源作為擴(kuò)散源。把P型硅片放在管式擴(kuò)散爐的石英容器內(nèi)，在850—900攝氏度高溫下使用氮氣將三氯氧磷帶入石英容器，通過三氯氧磷和硅片進(jìn)行反應(yīng)，得到磷原子。經(jīng)過一定時間，磷原子從四周進(jìn)入硅片的表面層，并且通過硅原子之間的空隙向硅片內(nèi)部滲透擴(kuò)散，形成了 N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的交界面，也就是PN結(jié)。這種工藝制出的PN結(jié)均勻性好，方塊電阻的不均勻性小于百分之十，少子壽命可大于10ms。制造PN結(jié)是太陽電池生廣最基本也是最關(guān)鍵的工序。因為正是PN結(jié)的形成，才使電子和空穴在流動后不再回到原處，這樣就形成了電流，用導(dǎo)線將電流引出，就是直流電。
[0011]四、去磷硅玻璃
[0012]該工藝用于太陽能電池片生產(chǎn)制造過程中，通過化學(xué)腐蝕法也即把硅片放在酸性溶液中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物，以去除擴(kuò)散制結(jié)后在硅片表面形成的一層磷娃玻璃。
[0013]五、濕法刻蝕
[0014]由于在擴(kuò)散過程中，即使采用背靠背擴(kuò)散，硅片的所有表面包括邊緣都將不可避免地擴(kuò)散上磷。PN結(jié)的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)的背面，而造成短路。因此，必須對太陽能電池周邊的摻雜硅進(jìn)行刻蝕，以去除電池邊緣的PN結(jié)。通常采用濕法刻蝕技術(shù)完成這一工藝。
[0015]六、鍍減反射膜
[0016]拋光硅表面的反射率為35%，為了減少表面反射，提高電池的轉(zhuǎn)換效率，需要沉積一層氮化硅減反射膜。工業(yè)生產(chǎn)中常采用PECVD設(shè)備制備減反射膜。PECVD即等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積。它的技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體SiH4和NH3，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)薄膜即氮化硅薄膜。一般情況下，使用這種等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積的工藝沉積的薄膜厚度在70nm左右。這樣厚度的薄膜具有光學(xué)的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大為減少，電池的短路電流和輸出就有很大增加，效率也有相當(dāng)?shù)奶岣摺?br>[0017]七、絲網(wǎng)印刷
[0018]太陽電池經(jīng)過制絨、擴(kuò)散及PECVD等工序后，已經(jīng)制成PN結(jié)，可以在光照下產(chǎn)生電流，為了將產(chǎn)生的電流導(dǎo)出，需要在電池表面上制作正、負(fù)兩個電極。制造電極的工藝很多，而絲網(wǎng)印刷是目前制作太陽電池電極最普遍的一種生產(chǎn)工藝。絲網(wǎng)印刷是采用壓印的方式將預(yù)定的圖形印刷在基板上，該設(shè)備由電池背面銀鋁漿印刷、電池背面鋁漿印刷和電池正面銀漿印刷三部分組成。其工作原理為:利用絲網(wǎng)圖形部分網(wǎng)孔透過漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定壓力，同時朝絲網(wǎng)另一端移動。油墨在移動中被刮刀從圖形部分的網(wǎng)孔中擠壓到基片上。由于漿料的粘性作用使印跡固著在一定范圍內(nèi)，印刷中刮板始終與絲網(wǎng)印版和基片呈線性接觸，接觸線隨刮刀移動而移動，從而完成印刷行程。
[0019]八、快速燒結(jié)
[0020]經(jīng)過絲網(wǎng)印刷后的硅片，不能直接使用，需經(jīng)燒結(jié)爐快速燒結(jié)，將有機(jī)樹脂粘合劑燃燒掉，剩下幾乎純粹的、由于玻璃質(zhì)作用而密合在硅片上的銀電極。當(dāng)銀電極和晶體硅在溫度達(dá)到共晶溫度時，晶體硅原子以一定的比例融入到熔融的銀電極材料中去，從而形成上下電極的歐姆接觸，提高電池片的開路電壓和填充因子兩個關(guān)鍵參數(shù)，使其具有電阻特性，以提高電池片的轉(zhuǎn)換效率。
[0021]燒結(jié)爐分為預(yù)燒結(jié)、燒結(jié)、降溫冷卻三個階段。預(yù)燒結(jié)階段目的是使?jié){料中的高分子粘合劑分解、燃燒掉，此階段溫度慢慢上升；燒結(jié)階段中燒結(jié)體內(nèi)完成各種物理化學(xué)反應(yīng)，形成電阻膜結(jié)構(gòu)，使其真正具有電阻特性，該階段溫度達(dá)到峰值；降溫冷卻階段，玻璃冷卻硬化并凝固，使電阻膜結(jié)構(gòu)固定地粘附于基片上。
[0022]上述太陽能電池片的加工工藝在實際使用中存在以下問題:在利用熱的堿性溶液來制備絨面硅過程中會產(chǎn)生大量的堿性廢液，在去磷硅玻璃過程中會產(chǎn)生大量的酸性廢液，在濕法刻蝕過程中會產(chǎn)生大量的氫氟酸廢液和硝酸廢液，目前，對于這些廢液的處理大都是采用酸堿中和處理后直接排放掉，致使太陽能電池片的生產(chǎn)成本較高，不但造成了原料的浪費，同時還會對環(huán)境造成污染，不環(huán)保。
[0023]另外，太陽能電池片的壽命周期一般為25年，當(dāng)轉(zhuǎn)化效率降低到一定程度時，太陽能電池片失效成為不合格太陽能電池片，需要報廢更新合格的太陽能電池片，一般情況下，太陽能被視為一種廢物產(chǎn)生量最小的能源，在組件的使用過程中不會產(chǎn)生對環(huán)境有害的廢物，但太陽能電池片報廢后產(chǎn)生的固體廢棄物也不能夠忽視。從2020年之后，我國的太陽能電池的固體廢棄物會出現(xiàn)大幅度增長，累計廢棄量也逐漸增加，太陽能電池的處理處置和回收利用將會成為一個重要的環(huán)保課題。同時，在太陽能電池片的生產(chǎn)過程中由于各種各樣的原因會產(chǎn)生大量的不合格太陽能電池片，目前，對于使用過后失效的不合格太陽能電池片以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的不合格太陽能電池片大都是采用集中銷毀的方式，太陽能電池片主要含有的材料為硅、銀、鋁等，硅、銀、鋁都是太陽能電池片生產(chǎn)過程中所需要的原料，如果直接將不合格太陽能電池片直接銷毀，不但會造成原材料的巨大浪費，同時，銷毀后的電池片殘渣還會對環(huán)境產(chǎn)生污染，不環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠降低生產(chǎn)成本且能夠減少生產(chǎn)過程中廢棄物排放的太陽能電池片加工工藝。
[0025]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案