单晶硅介绍ppt课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,12/6/2020,#,单晶硅太阳能电池,单晶硅太阳能电池,2,单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一,单晶硅的基本知识,2单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分,单晶硅的应用,单晶硅在日常生活中是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料电视、电脑、冰箱、、手表、汽车，处处都离不开单晶硅材料，单晶硅作为科技应用普及材料之一，已经渗透到人们生活中的各个角落单晶硅在火星上是火星探测器中太阳能转换器的制成材料火星探测器在火星上的能量全部来自太阳光，探测器白天休息,-,利用太阳能电池板把光能转化为电能存储起来，晚上则进行科学研究活动也就是说，只要有了单晶硅，在太阳光照到的地方，就有了能量来源单晶硅在太空中是航天飞机、宇宙飞船、人造卫星必不可少的原材料。

人类在征服宇宙的征途上，所取得的每一步进步，都有着单晶硅的身影航天器材大部分的零部件都要以单晶硅为基础离开单晶硅，卫星会没有能源，没有单晶硅，航天飞机和宇航员不会和地球取得联系，单晶硅作为人类科技进步的基石，为人类征服太空作出了不可磨灭的贡献单晶硅在太阳能电池中的应用高纯的单晶硅是重要的半导体材料在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始3,单晶硅的应用 单晶硅在日常生活中是电子计,单晶硅的产业技术,单晶硅作为现代信息社会的关键性支撑材料，可以说是目前世界上最重要的单晶材料之一，国内对硅材料需求旺盛，年增长率为,22%,，但国内目前只能满足,6,英寸（,150m m,）以硅片需求量的,30%,，,8,英寸及其以上尺寸硅片,100%,依赖进口从芯片尺寸上看，国内太阳能电池用硅片主要以,6,英寸为主；,8,英寸硅片用量次之；,3,英寸、,4,英寸、,5,英寸硅片用量则相对较少；而,12,英寸硅片目前还集中在半导体领域中，太阳能领域还没有应用直径越大的圆片，所能刻制的集成电路越多，芯片的成本也就越低，但大尺寸晶片对原材料和拉制技术的要求也越高。

4,目前生长单晶硅的工艺主要采用,直拉法,(CZ),、磁场直拉法,(MCZ),、区熔,法,(F Z),以及双坩埚拉晶法，,C Z,、,F Z,和,MCZ,单晶各自适用于不同的电阻率范,围的器件，而,MC Z,可完全代替,C Z,，可,部分代替,FZ,全球电子工业用,CZ,单晶,硅约占单晶硅总用量的,80%,，,F Z,单晶,硅约占,15%,，硅外延片,(EPl),约占,5%3,直拉法、区熔法用于生长单晶硅棒材，,直拉法生长的单晶硅主要用于半导,体集成电路、二极管、外延片衬底、太,阳能电池，晶体直径可控制在,3,8,英,寸；区熔法单晶主要用于高压大功率,可控整流器件领域，广泛用于大功率,输变电、电力机车、整流、变频、机电一,体化、节能灯、电视机等系列产品，晶,体直径可控制在,3,6,英寸单晶硅的产业技术单晶硅作为现代信息社会的关键性支撑材料，可以,单晶硅的产业市场,从市场布局来看，硅片市场的国际化和生产垄断化已经形成20,世纪,90,年代末，日本、德国和韩国（主要是日、德两国）控制的,8,大硅片公司销量占世界硅片销量的,90%,以上，其中，日本信越、德国瓦克、日本住友、美国,M E M C,公司和日本三菱材料公司，这,5,家公司,2001,年硅晶片的销售总额为,42.73,亿元，占全球销售额的,79.1%,，而其中的,3,家日本公司占据了全球市场份额的,50.7%,，表明日本在全球硅晶片行业中占据了主导地位。

我国生产单晶硅所需要的多晶硅，,90%,尚需从国外进口；单晶硅产量虽然呈逐年稳步上升趋势，但跟国内巨大的市场需求相比，市场缺口仍然很大5,目前，我国硅材料行业与世水,平相比还存在相当大的差距约相当于国际上,20,世纪,80,年代中期的水平，大约落后,25,年左右我国单晶硅生产厂发展的制约因素，主要是缺乏优质多晶硅材料、性能优良的大单晶炉和一些关键技术在大直径单晶硅的生长及硅片加工方面，我国还有许多国际先进技术尚未掌握，如单晶硅制备中的控氧,技术、大直径单晶硅线切割技术、硅边缘抛光技术、硅片吸除技术、硅片大生产的计算机系统管理技术等单晶硅的产业市场从市场布局来看，硅片市场的国际化和生产垄断化,单晶硅太阳能电池,单晶硅太阳能电池,是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池，是当前开发得最快的一种太阳能电池它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒将单晶硅棒切成片，一般片厚约,0.3,毫米硅片经过抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。

加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行这样就硅片上形成,PN,结然后采用丝网印刷法，精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉因此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流最后用框架和材料进行封装用户根据系统设计，可将太阳能电池组件组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为,15,左右，实验室成果也有,20,以上的单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池,是以高纯的单晶硅棒为原,单晶硅太阳能电池制作工艺流程,7,用常规的硅片清洗方法清洗然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去,30,50um,用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面,采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成,PN,结，结深一般为,0.3,0.5um,扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层,常用湿法腐蚀或磨片法除去背面,PN,结,。

用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺先制作下电极，然后制作上电极铝浆印刷是大量采用的工艺方法为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜制作减反射膜的材料有,MgF2,，,SiO2,，,Al2O3,，,SiO,，,Si3N4,，,TiO2,，,Ta2O5,等工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、,PECVD,法或喷涂法等将电池芯片烧结于镍或铜的底板上按规定参数规范，测试分类单晶硅太阳能电池制作工艺流程7用常规的硅片清洗方法清洗然后用,生产电池片的工艺,生产电池片的工艺比较复杂，一般要经过硅片检测、表面制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀、镀减反射膜、丝网印刷、快速烧结和检测分装等主要步骤下面介绍晶硅太阳能电池片生产的一般工艺与设备一）硅片检测,硅片是太阳能电池片的载体，硅片质量的好坏直接决定了太阳能电池片转换效率的高低，因此需要对来料硅片进行检测该工序主要用来对硅片的一些技术参数进行测量，这些参数主要包括硅片表面不平整度、少子寿命、电阻率、,P/N,型和微裂纹等该组设备分自动上下料、硅片传输、系统整合部分和四个检测模块8,生产电池片的工艺生产电池片的工艺比较复杂，一般要经过硅片检测,（二）表面制绒,单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方锥体也即金字塔结构。

由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等大多使用廉价的浓度约为,1%,的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀温度为,70-85,三）扩散制结,太阳能电池需要一个大面积的,PN,结以实现光能到电能的转换，而扩散炉即为制造太阳能电池,PN,结的专用设备扩散一般用三氯氧磷液态源作为扩散源9,（二）表面制绒9,（四）去磷硅玻璃,该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀法也即把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层磷硅玻璃在扩散过程中，,POCL,3,与,O,2,反应生成,P,2,O,5,淀积在硅片表面P,2,O,5,与,Si,反应又生成,SiO,2,和磷原子，这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的,SiO,2,，称之为磷硅玻璃去磷硅玻璃的设备一般由本体、清洗槽、伺服驱动系统、机械臂、电气控制系统和自动配酸系统等部分组成，主要动力源有氢氟酸、氮气、压缩空气、纯水，热排风和废水氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸与二氧化硅反应生成易挥发的四氟化硅气体。

若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸五）等离子刻蚀,由于在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，硅片的所有表面包括边缘都将不可避免地扩散上磷PN,结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到,PN,结的背面，而造成短路因此，必须对太阳能电池周边的掺杂硅进行刻蚀，以去除电池边缘的,PN,结通常采用等离子刻蚀技术完成这一工艺等离子刻蚀是在低压状态下，反应气体,CF,4,的母体分子在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团活性反应基团由于扩散或者在电场作用下到达,SiO,2,表面，在那里与被刻蚀材料表面发生化学反应，并形成挥发性的反应生成物脱离被刻蚀物质表面，被真空系统抽出腔体10,（四）去磷硅玻璃10,（,六）镀减反射膜,抛光硅表面的反射率为,35%,为了减少表面反射,提高电池的转换效率,需要沉积一层氮化硅减反射膜现在工业生产中常采用,PECVD,设备制备减反射膜PECVD,即等离子增强型化学气相沉积它的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，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体,SiH,4,和,NH,3,，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即氮化硅薄膜。

一般情况下，使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在,70nm,左右这样厚度的薄膜具有光学的功能性利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，电池的短路电流和输出就有很大增加，效率也有相当的提高七）丝网印刷,太阳电池经过制绒、扩散及,PECVD,等工序后，已经制成,PN,结，可以在光照下产生电流，为了将产生的电流导出，需要在电池表面上制作正、负两个电极制造电极的方法很多，而丝网印刷是目前制作太阳电池电极最普遍的一种生产工艺丝网印刷是采用压印的方式将预定的图形印刷在基板上，该设备由电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成其工作原理为：利用丝网图形部分网孔透过浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动油墨在移动中被刮刀从图形部分的网孔中挤压到基片上由于浆料的粘性作用使印迹固着在一定范围内，印刷中刮板始终与丝网印版和基片呈线性接触，接触线随刮刀移动而移动，从而完成印刷行程11,（六）镀减反射膜11,(,八,),快速烧结,经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧掉，剩。