《光伏材料加工工艺》
实践报告
题 目 专 业 光伏材料及应用 学生姓名 李生怀 准考证号 指导教师
年月
目录
一、实践目的 .................................................................................... 3
二、多晶硅太阳能电池简介 ............................................................ 3
三、PN结的形成技术 ...................................................................... 3
四、太阳能电池片的制作流程 ........................................................ 4
五、太阳能电池片的化学清洗工艺 ................................................ 5
六、太阳能电池组件封装工艺流程 ................................................ 6
七、实践心得 .................................................................................... 7
一、实践目的
光伏材料是指能将太阳能直接转换成电能的材料。光伏材料又称太阳电池材料，只有半导体材料具有这种功能。可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空间的有单晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅。本实践课程的主要目的就是学习光伏材料的加工工艺，掌握光伏材料加工的流程。
二、多晶硅太阳能电池简介
多晶硅太阳电池使用的材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅材料和冶金级硅材料熔化浇铸而成，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材料利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，其光电转换效率在12%左右，稍低于单晶硅太阳电池，但其材料制造简便，电耗低，总的生产成本较低，因此得到广泛应用。
三、PN结的形成技术
[1]发射区形成和磷吸杂
对于高效太阳能电池，发射区的形成一般采用选择扩散，在金属电极下方形成重杂质区域而在电极间实现浅浓度扩散，发射区的浅浓度扩散即增强了电池对蓝光的响应，又使硅表面易于钝化。扩散的方法有两步扩散工艺、扩散加腐蚀工艺和掩埋扩散工艺。目前采用选择扩散，15×15cm2电池转换效率达到16.4%，n++、n+区域的表面方块电阻分别为20Ω和80Ω.对于Mc—Si材料，扩磷吸杂对电池的影响得到广泛的研究，较长时间的磷吸杂过程（一般3～4小时），可使一些Mc—Si的少子扩散长度提高两个数量级。在对衬底浓度对吸杂效应的研究中发现，即便对高浓度的衬第材料，经吸杂也能够获得较大的少子扩散长度（大于200微米），电池的开路电压大于638mv, 转换效率超过17％。
[2]背表面场的形成及铝吸杂技术
在Mc—Si电池中，背p+p结由均匀扩散铝或硼形成，硼源一般为BN、BBr、APCVD SiO2：B2O8等，铝扩散为蒸发或丝网印刷铝，800度下烧结所完成，对铝吸杂的作用也开展了大量的研究，与磷扩散吸杂不同，铝吸杂在相对较低的温度下进行。其中体缺陷也参与了杂质的溶解和沉积，而在较高温度下，沉积的杂质易于溶解进入硅中，对Mc—Si产生不利的影响。到目前为至，区域背场已应用于单晶硅电池工艺中，但在多晶硅中，还是应用全铝背表面场结构。
[3]双面Mc—Si电池
Mc—Si双面电池其正面为常规结构，背面为N＋和P＋相互交叉的结构，这样，正面光照产生的但位于背面附近的光生少子可由背电极有效吸收。背电极作为对正面电极的有效补充，也作为一个独立的栽流子收集器对背面光照和散射光产生作用，据报道，在AM1.5条件下，转换效率超过19％。
四、太阳能电池片的制作流程
太阳能电池片制作工艺流程如图
1
图1
具体的制作工艺说明：
（1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。
（2） 清洗：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。
（3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。
（4）磷扩散：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。
（5）周边刻蚀：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。
（6）去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。
（7）制作上下电极：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。
（8）制作减反射膜：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。
（9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。
（10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。
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。这里介绍的是晶硅太阳能电池片生产的一般工艺与设备。
五、太阳能电池片的化学清洗工艺
切片要求：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。③提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。④提高切割速度，实现自动化切割。
具体来说太阳能硅片表面沾污大致可分为三类：
1、有机杂质沾污： 可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来去除。
2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声波清洗技术来去除粒径 ≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除 ≥ 0.2 μm颗粒。
3、金属离子沾污：该污染必须采用化学的方法才能将其清洗掉。硅片表面金属杂质沾污又可分为两大类：
①沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。
②带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。 金属离子沾污的清除方法如下：
①用 H2O2作强氧化剂，使“电镀”附着到硅表面的金属离子氧化成金属，溶解
在清洗液中或吸附在硅片表面。
②用无害的小直径强正离子（如H+），一般用HCL作为H+的来源，替代吸附在硅片表面的金属离子，使其溶解于清洗液中，从而清除金属离子。
③用大量去离子水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。
由于SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH的溶解作
用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除；同时溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。因此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除某些金属沾污。在使用SC-1液时结合使用兆声波来清洗可获得更好的清洗效果。
另外SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，具有极强的氧化性和络合性，能与氧
化以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。
六、太阳能电池组件封装工艺流程
组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。
太阳能电池组件封装工艺流程如下：
电池检测→正面焊接→检验→背面串接→检验→敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设→层压→去毛边（去边、清洗）→装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）→焊接接线盒→高压测试→组件测试→外观检验→包装入库
在这里简单的介绍一下工艺的作用：
1、电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。
2、正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连
3、背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池
片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。
4、层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。
5、组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150℃。
6、修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。
7、装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。
8、焊接接线盒：在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。
9、高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。
10、组件测试：测试的目的是对电池的输出功率进行标定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。
七、实践心得
通过实践，对晶体硅太阳能电池的加工过程、电池组件的生产流程有了一个全面是认识，对今后从事这方面的工作打下了非常重要的实践基础。在实践的过程中，认识到，组件高效和高寿命如何保证，可以从以下几方面着手：
1、高转换效率、高质量的电池片；
2、高质量的原材料，例如：高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等；
3、合理的封装工艺；
4、员工严谨的工作作风；由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和
《光伏材料加工工艺》
实践报告
题 目 专 业 光伏材料及应用 学生姓名 李生怀 准考证号 指导教师
年月
目录
一、实践目的 .................................................................................... 3
二、多晶硅太阳能电池简介 ............................................................ 3
三、PN结的形成技术 ...................................................................... 3
四、太阳能电池片的制作流程 ........................................................ 4
五、太阳能电池片的化学清洗工艺 ................................................ 5
六、太阳能电池组件封装工艺流程 ................................................ 6
七、实践心得 .................................................................................... 7
一、实践目的
光伏材料是指能将太阳能直接转换成电能的材料。光伏材料又称太阳电池材料，只有半导体材料具有这种功能。可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空间的有单晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅。本实践课程的主要目的就是学习光伏材料的加工工艺，掌握光伏材料加工的流程。
二、多晶硅太阳能电池简介
多晶硅太阳电池使用的材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅材料和冶金级硅材料熔化浇铸而成，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材料利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，其光电转换效率在12%左右，稍低于单晶硅太阳电池，但其材料制造简便，电耗低，总的生产成本较低，因此得到广泛应用。
三、PN结的形成技术
[1]发射区形成和磷吸杂
对于高效太阳能电池，发射区的形成一般采用选择扩散，在金属电极下方形成重杂质区域而在电极间实现浅浓度扩散，发射区的浅浓度扩散即增强了电池对蓝光的响应，又使硅表面易于钝化。扩散的方法有两步扩散工艺、扩散加腐蚀工艺和掩埋扩散工艺。目前采用选择扩散，15×15cm2电池转换效率达到16.4%，n++、n+区域的表面方块电阻分别为20Ω和80Ω.对于Mc—Si材料，扩磷吸杂对电池的影响得到广泛的研究，较长时间的磷吸杂过程（一般3～4小时），可使一些Mc—Si的少子扩散长度提高两个数量级。在对衬底浓度对吸杂效应的研究中发现，即便对高浓度的衬第材料，经吸杂也能够获得较大的少子扩散长度（大于200微米），电池的开路电压大于638mv, 转换效率超过17％。
[2]背表面场的形成及铝吸杂技术
在Mc—Si电池中，背p+p结由均匀扩散铝或硼形成，硼源一般为BN、BBr、APCVD SiO2：B2O8等，铝扩散为蒸发或丝网印刷铝，800度下烧结所完成，对铝吸杂的作用也开展了大量的研究，与磷扩散吸杂不同，铝吸杂在相对较低的温度下进行。其中体缺陷也参与了杂质的溶解和沉积，而在较高温度下，沉积的杂质易于溶解进入硅中，对Mc—Si产生不利的影响。到目前为至，区域背场已应用于单晶硅电池工艺中，但在多晶硅中，还是应用全铝背表面场结构。
[3]双面Mc—Si电池
Mc—Si双面电池其正面为常规结构，背面为N＋和P＋相互交叉的结构，这样，正面光照产生的但位于背面附近的光生少子可由背电极有效吸收。背电极作为对正面电极的有效补充，也作为一个独立的栽流子收集器对背面光照和散射光产生作用，据报道，在AM1.5条件下，转换效率超过19％。
四、太阳能电池片的制作流程
太阳能电池片制作工艺流程如图
1
图1
具体的制作工艺说明：
（1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。
（2） 清洗：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。
（3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。
（4）磷扩散：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。
（5）周边刻蚀：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。
（6）去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。
（7）制作上下电极：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。
（8）制作减反射膜：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。
（9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。
（10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。
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。这里介绍的是晶硅太阳能电池片生产的一般工艺与设备。
五、太阳能电池片的化学清洗工艺
切片要求：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。③提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。④提高切割速度，实现自动化切割。
具体来说太阳能硅片表面沾污大致可分为三类：
1、有机杂质沾污： 可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来去除。
2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声波清洗技术来去除粒径 ≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除 ≥ 0.2 μm颗粒。
3、金属离子沾污：该污染必须采用化学的方法才能将其清洗掉。硅片表面金属杂质沾污又可分为两大类：
①沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。
②带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。 金属离子沾污的清除方法如下：
①用 H2O2作强氧化剂，使“电镀”附着到硅表面的金属离子氧化成金属，溶解
在清洗液中或吸附在硅片表面。
②用无害的小直径强正离子（如H+），一般用HCL作为H+的来源，替代吸附在硅片表面的金属离子，使其溶解于清洗液中，从而清除金属离子。
③用大量去离子水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。
由于SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH的溶解作
用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除；同时溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。因此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除某些金属沾污。在使用SC-1液时结合使用兆声波来清洗可获得更好的清洗效果。
另外SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，具有极强的氧化性和络合性，能与氧
化以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。
六、太阳能电池组件封装工艺流程
组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。
太阳能电池组件封装工艺流程如下：
电池检测→正面焊接→检验→背面串接→检验→敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设→层压→去毛边（去边、清洗）→装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）→焊接接线盒→高压测试→组件测试→外观检验→包装入库
在这里简单的介绍一下工艺的作用：
1、电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。
2、正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连
3、背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池
片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。
4、层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。
5、组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150℃。
6、修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。
7、装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。
8、焊接接线盒：在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。
9、高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。
10、组件测试：测试的目的是对电池的输出功率进行标定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。
七、实践心得
通过实践，对晶体硅太阳能电池的加工过程、电池组件的生产流程有了一个全面是认识，对今后从事这方面的工作打下了非常重要的实践基础。在实践的过程中，认识到，组件高效和高寿命如何保证，可以从以下几方面着手：
1、高转换效率、高质量的电池片；
2、高质量的原材料，例如：高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等；
3、合理的封装工艺；
4、员工严谨的工作作风；由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和