電池片

太陽能電池片的生產(chǎn)工藝流程分為硅片檢測——表面制絨及酸洗——擴散制結(jié)——去磷硅玻璃——等離子刻蝕及酸洗——鍍減反射膜——絲網(wǎng)印刷——快速燒結(jié)等。具體介紹如下：

一、硅片檢測

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行檢測。該工序主要用來對硅片的一些技術(shù)參數(shù)進行在線測量，這些參數(shù)主要包括硅片表面不平整度、少子壽命、電阻率、P/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。

二、表面制絨

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，可用的堿有氫氧化鈉，氫氧化鉀、氫氧化鋰和乙二胺等。大多使用廉價的濃度約為1%的氫氧化鈉稀溶液來制備絨面硅，腐蝕溫度為70-85℃。為了獲得均勻的絨面，還應(yīng)在溶液中酌量添加醇類如乙醇和異丙醇等作為絡(luò)合劑，以加快硅的腐蝕。制備絨面前，硅片須先進行初步表面腐蝕，用堿性或酸性腐蝕液蝕去約20～25μm，在腐蝕絨面后，進行一般的化學(xué)清洗。經(jīng)過表面準備的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，應(yīng)盡快擴散制結(jié)。

三、擴散制結(jié)

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，而擴散爐即為制造太陽能電池PN結(jié)的專用設(shè)備。管式擴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。擴散一般用三氯氧磷液態(tài)源作為擴散源。把P型硅片放在管式擴散爐的石英容器內(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行反應(yīng)，得到磷原子。經(jīng)過一定時間，磷原子從四周進入硅片的表面層，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)。這種方法制出的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)是太陽電池生產(chǎn)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。

四、去磷硅玻璃

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氫氟酸溶液中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸，以去除擴散制結(jié)后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃。在擴散過程中，POCL3與O2反應(yīng)生成P2O5淀積在硅片表面。P2O5與Si反應(yīng)又生成SiO2和磷原子，

這樣就在硅片表面形成一層含有磷元素的SiO2，稱之為磷硅玻璃。去磷硅玻璃的設(shè)備一般由本體、清洗槽、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、機械臂、電氣控制系統(tǒng)和自動配酸系統(tǒng)等部分組成，主要動力源有氫氟酸、氮氣、壓縮空氣、純水，熱排風(fēng)和廢水。氫氟酸能夠溶解二氧化硅是因為氫氟酸與二氧化硅反應(yīng)生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。若氫氟酸過量，反應(yīng)生成的四氟化硅會進一步與氫氟酸反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸。

五、等離子刻蝕

由于在擴散過程中，即使采用背靠背擴散，硅片的所有表面包括邊緣都將不可避免地擴散上磷。PN結(jié)的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣擴散有磷的區(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行刻蝕，以去除電池邊緣的PN結(jié)。通常采用等離子刻蝕技術(shù)完成這一工藝。等離子刻蝕是在低壓狀態(tài)下，反應(yīng)氣體CF4的母體分子在射頻功率的激發(fā)下，產(chǎn)生電離并形成等離子體。等離子體是由帶電的電子和離子組成，反應(yīng)腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉(zhuǎn)變成離子外，還能吸收能量并形成大量的活性基團。活性反應(yīng)基團由于擴散或者在電場作用下到達SiO2表面，在那里與被刻蝕材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并形成揮發(fā)性的反應(yīng)生成物脫離被刻蝕物質(zhì)表面，被真空系統(tǒng)抽出腔體。

六、鍍減反射膜

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型化學(xué)氣相沉積的方法沉積的薄膜厚度在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?shù)奶岣摺?/p>

七、絲網(wǎng)印刷

太陽電池經(jīng)過制絨、擴散及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、負兩個電極。制造電極的方法很多，而絲網(wǎng)印刷是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。

八、快速燒結(jié)

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。當銀電極和晶體硅在溫度達到共晶溫度時，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。

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。

九、外圍設(shè)備

在電池片生產(chǎn)過程中，還需要供電、動力、給水、排水、暖通、真空、特汽等外圍設(shè)施。消防和環(huán)保設(shè)備對于保證安全和持續(xù)發(fā)展也顯得尤為重要。一條年產(chǎn)50MW能力的太陽能電池片生產(chǎn)線，僅工藝和動力設(shè)備用電功率就在1800KW左右。工藝純水的用量在每小時15噸左右，水質(zhì)要求達到中國電子級水GB/T11446.1-1997中EW-1級技術(shù)標準。工藝冷卻水用量也在每小時15噸左右，水質(zhì)中微粒粒徑不宜大于10微米，供水溫度宜在15-20℃。真空排氣量在300M3/H左右。同時，還需要大約氮氣儲罐20立方米，氧氣儲罐10立方米。考慮到特殊氣體如硅烷的安全因素，還需要單獨設(shè)置一個特氣間，以絕對保證生產(chǎn)安全。另外，硅烷燃燒塔、污水處理站等也是電池片生產(chǎn)的必備設(shè)施。

一種太陽能電池片加工工藝專利目的

《一種太陽能電池片加工工藝》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。

一種太陽能電池片加工工藝技術(shù)方案

《一種太陽能電池片加工工藝》解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該太陽能電池片加工工藝，包括以下步驟：

A、對需要加工的硅片進行檢測，去除不合格硅片；

B、將經(jīng)過檢測的合格硅片放入堿性溶液中進行表面制絨處理，并將制絨處理后殘余的堿性廢液收集起來；

C、將制絨處理過的硅片放入擴散設(shè)備中進行擴散制結(jié)處理；

D、將經(jīng)過擴散制結(jié)處理的硅片放入酸性溶液中進行去磷硅玻璃處理，并將去磷硅玻璃處理后殘余的酸性廢液收集起來；

E、對擴散制結(jié)后得到的硅片進行濕法刻蝕處理；先使用氫氟酸對擴散制結(jié)后得到的硅片的各個表面進行潤洗并將潤洗后殘余的氫氟酸廢液收集起來，將步驟D中得到的去磷硅玻璃太陽能電池片清洗后；然后將硅片放入硝酸溶液中進行刻蝕并將刻蝕后殘余的硝酸廢液收集起來，接著用堿性溶液對刻蝕后的硅片進行清洗并將清洗后殘余的堿性溶液收集起來，最后利用純水對硅片進行清洗并進行干燥處理；

F、利用PECVD設(shè)備在經(jīng)過濕法刻蝕處理的硅片表面制備氮化硅反射層；

G、將鍍有減反射膜的硅片采用絲網(wǎng)印刷的方式在硅片的上下表面印制正、負電極；

H、將經(jīng)過絲網(wǎng)印刷的硅片放入燒結(jié)設(shè)備中進行燒結(jié)處理后得到太陽能電池片；

I、將不合格的太陽能電池片放入收集起來的堿性廢液中除去太陽能電池片鋁背場的部分鋁層，再將經(jīng)過堿性廢液浸泡的不合格太陽能電池片放入收集起來的酸性廢液中除去太陽能電池片的剩余鋁層得到去鋁太陽能電池片以及含鋁廢液，含鋁廢液通過化學(xué)方式轉(zhuǎn)化為氧化鋁進而用于制備電子鋁漿，所述電子鋁漿用于步驟G中絲網(wǎng)印刷的漿料；去鋁太陽能電池片經(jīng)過清洗后，浸泡在收集起來的硝酸廢液中將去鋁太陽能電池片表面的銀浸出，得到去銀太陽能電池片以及含銀酸液；將去銀太陽能電池片放入收集起來的氫氟酸廢液中除去去銀太陽能電池片表面的氮化硅反射層，得到去氮化硅太陽能電池片清洗后得到純凈的硅片，所述硅片經(jīng)過步驟A至H后被加工成合格的太陽能電池片；含銀酸液中加入銅粉制成銀包銅粉用于制備電子漿料，所述電子漿料用于步驟G中絲網(wǎng)印刷的漿料。

進一步的是，所述含銀酸液中加入銅粉制成銀包銅粉的具體方法如下所述：在含銀酸液中加入銅粉得到固液混合物，所述含銀酸液與銅粉的重量比為1.5～3，將固液混合物抽入研磨設(shè)備中循環(huán)研磨20～50分鐘即可得到銀包銅粉。

進一步的是，所述含銀酸液與銅粉的重量比為2。

進一步的是，所述銅粉的粒徑為2～3微米。

進一步的是，所述固液混合物抽入研磨設(shè)備中循環(huán)研磨的時間為30分鐘。

進一步的是，所述含銀酸液的溫度為20℃。

進一步的是，所述步驟B中收集起來的堿性廢液濃度為5％。

進一步的是，所述步驟D中收集起來的酸性廢液濃度為5％。

進一步的是，所述步驟E中收集起來的氫氟酸廢液濃度為0.5％。

進一步的是，所述步驟E中收集起來的硝酸廢液濃度為1.5％。

一種太陽能電池片加工工藝改善效果

《一種太陽能電池片加工工藝》的有益效果是:該太陽能電池片加工工藝通過將加工過程中產(chǎn)生的大量堿性廢液、酸性廢液、氫氟酸廢液、硝酸廢液收集起來，將報廢失效以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的不合格太陽能電池片放入收集起來的堿性廢液中除去太陽能電池片鋁背場的部分鋁層，再將經(jīng)過堿性廢液浸泡的不合格太陽能電池片放入收集起來的酸性廢液中除去太陽能電池片的剩余鋁層得到去鋁太陽能電池片以及含鋁廢液，含鋁廢液通過化學(xué)方式轉(zhuǎn)化為氧化鋁進而用于制備電子鋁漿，所述電子鋁漿用于絲網(wǎng)印刷的漿料；去鋁太陽能電池片經(jīng)過清洗后，浸泡在收集起來的硝酸廢液中將去鋁太陽能電池片表面的銀浸出，得到去銀太陽能電池片以及含銀酸液；將去銀太陽能電池片放入收集起來的氫氟酸廢液中除去去銀太陽能電池片表的氮化硅反射層，得到去氮化硅太陽能電池片清洗后得到純凈的硅片，所述硅片可重新用于太陽能電池片的加工原料，含銀酸液中加入銅粉制成銀包銅粉用于制備電子漿料，所述電子漿料用于絲網(wǎng)印刷的漿料，該工藝利用太陽能電池片生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種廢液用于回收處理報廢失效以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的不合格太陽能電池片，不但避免了大量廢液排放以及不合格太陽能電池片銷毀造成的環(huán)境污染，同時回收的硅片、銀包銅粉、鋁漿可直接供應(yīng)給太陽能電池片生產(chǎn)線，既做到了廢液的重復(fù)利用，同時還減少了廢棄物的產(chǎn)生，更加利用環(huán)保生產(chǎn)，可以大大降低太陽能電池片加工過程中原料的使用量，從而降低了太陽能電池片的生產(chǎn)成本。