太阳能电池片热处理工艺专利目的

《太阳能电池片热处理工艺》目的是提供一种太阳能电池片热处理工艺，进一步提高电池片光电转换效率，提高经济效益。

太阳能电池片热处理工艺技术方案

一种太阳能电池片热处理工艺，包括：a）从经过印刷烧结后的太阳能电池片中，筛选出转换效率低于18%，且填充因子在70%以上的电池片；b）对筛选出的电池片进行低温退火，以提高所述筛选出的电池片的转换效率，所述低温退火的温度低于正常的烧结温度；c）对经低温退火后的电池片进行分拣测试，筛选出填充因子下降的电池片；d）对步骤c）中筛选出的电池片进行重新烧结，以提高所述电池片的填充因子，所述重新烧结的温度与正常烧结温度相同；e）对经重新烧结的电池片进行分拣测试，筛选出转换效率低于18%的电池片，返回步骤b），直至筛选出的大部分或全部电池片的转换效率均高于18%，且填充因子在70%以上。

优选的，所述电池片的基底材料为单晶硅，所述筛选出的电池片为因单晶硅拉制过程中引入的缺陷导致的转换效率低的太阳能电池片。

优选的，在印刷烧结之前还包括：电池片表面的制绒过程、扩散制结过程和周边等离子刻蚀过程，所述扩散制结过程为，在电池片的正面进行扩散制结，在电池片的背面扩散制作背场。

优选的，进行周边等离子刻蚀过程后还包括，沉积减反射膜过程和印刷电极过程，所述沉积减反射膜过程为，在电池片的正面和背面先后均进行减反射膜的沉积。

优选的，制作所述电池片的基底材料为N型单晶硅。

优选的，所述低温退火的时间为30秒-4分钟。

优选的，所述低温退火的温度为250摄氏度-550摄氏度。

优选的，所述减反射膜为富氢的氮化硅薄膜、富氢的氮氧化硅薄膜和富氢的氮化钛薄膜中的至少一种。

优选的，所述低温退火过程可在非氧化性气氛下进行。

太阳能电池片热处理工艺改善效果

《太阳能电池片热处理工艺》实施例提供的太阳能电池片热处理工艺，通过筛选出转换效率偏低的太阳能电池片，并对筛选出的电池片进行低温退火，即重新返烧过程，由于筛选出的电池片转换效率低是由在硅基底材料制备过程中引入的缺陷引起的，这些缺陷在太阳能电池片的制备过程中是无法完全消除的，但是该实施例中以低于正常烧结温度和烧结时间进行重新返烧，可使减反射膜中具有钝化作用的元素（主要为氢元素）进一步的钝化基底材料中的缺陷，即可进一步的减少基底材料中的缺陷从而提高了晶体硅太阳能电池片的转换效率。

在经过低温退火之后，由于低温退火过程可能导致电池片栅线中的玻璃体性质发生变化，从而可能导致填充因子下降，进而也会影响电池片的转换效率，因此对填充因子下降的电池片再次以正常烧结温度进行烧结，从而提高其填充因子。

低温退火和重新烧结过程循环进行，低温退火过程可以修复单晶硅和多晶硅基底材料中的缺陷，而重新进行的正常烧结过程又可以修复低温退火过程产生的缺陷，两个处理过程相互配合，在每一步骤后都会得到转换效率高于18%，且填充因子在70%以上的电池片，之后再对剩余不满足要求的电池片进行处理，如此往复，经过一步步的筛选、返烧等，能够使大部分或全部电池片的转换效率和填充因子满足要求，即大大减少了低效片的数量，提高了经济效益。

太阳能电池，也称光伏电池，是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是绿色环保产品，不会引起环境污染，而且是可再生资源，所以在能源短缺的情形下，太阳能电池是一种有广阔发展前途的新型能源。截至2011年9月，80%以上的太阳电池是由晶体硅（单晶硅和多晶硅）材料制备而成，因此，制备高效率的晶体硅太阳电池对于大规模利用太阳能发电有着十分重要的意义。

2011年9月前，晶体硅太阳能电池的生产过程已经标准化，其主要步骤如下：

步骤S11、化学清洗硅片表面以及表面织构化处理（即表面制绒），通过化学反应在原本光滑的硅片表面形成凹凸不平的结构，以增强光的吸收；

步骤S12、扩散制结，将P型（或N型）的硅片放入扩散炉内，使N型（或P型）杂质原子接触硅片表面层，通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成PN结，使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样便形成电流，也就是使硅片具有光伏效应，扩散的浓度、结深以及扩散的均匀性直接影响太阳能电池的电性能，扩散进杂质的总量用方块电阻来衡量，杂质总量越小，方块电阻越大，转换效率越低，在常规P型晶体硅太阳能电池中，一般只在电池正面进行扩散制结，在N型晶体硅太阳能电池中，还会在电池背面采用扩散工艺形成背场，所述P型晶体硅包括P型的单晶硅和多晶硅，同理，所述N型晶体硅包括N型的单晶硅和多晶硅；

步骤S13、周边等离子刻蚀，去除扩散过程中在硅片边缘形成的将PN结短路的导电层；

步骤S14、平板PECVD（plasma enhanced chemical vapor deposition，等离子增强型化学气相淀积），即沉积减反射膜，主要采用氮化硅膜、氮氧化硅和/或氮化钛膜，利用薄膜干涉原理，减少光的反射，起到钝化作用，增大电池的短路电流和输出功率，提高转换效率；

步骤S15、印刷电极，在常规P型晶体硅太阳能电池中，一般采用银浆印刷正电极和背电极，采用铝浆印刷背电场，以收集电流并起到导电的作用，在N型晶体硅太阳能电池中，一般背场是在扩散过程中形成的；

步骤S16、烧结，在高温下使印刷的金属电极与硅片之间形成合金，也就是使各接触面都形成良好的欧姆接触，减小电池的串联电阻，增加电池的输出电压和输出电流，因此能否形成良好的欧姆接触对整个电池片的转换效率有着至关重要的作用。

在实际生产过程中发现，经过上述方法生产出的电池片中往往会出现一定比例的转换效率偏低的电池片，这里将转换效率低于18%的太阳能电池片称为等外低效片或低效片。已有技术中处理上述低效片的方法就是通过分拣测试后，将上述低效片筛选出来，直接按照等外低效产品进行入库包装，这种处理方式没有充分挖掘出电池片的转换效率，降低了经济效益。

图1为相关技术中晶体硅太阳能电池热处理工艺流程图；

图2为《太阳能电池片热处理工艺》实施例公开的太阳能电池片热处理工艺的流程图；

图3为《太阳能电池片热处理工艺》另一实施例公开的太阳能电池片热处理工艺的流程图。

《太阳能电池片热处理工艺》涉及太阳能电池的生产加工领域，更具体地说，涉及一种太阳能电池片热处理工艺。

1.一种太阳能电池片热处理工艺，其特征在于，包括：a）从经过印刷烧结后的太阳能电池片中，筛选出转换效率低于18%，且填充因子在70%以上的电池片；b）对筛选出的电池片进行低温退火，以提高所述筛选出的电池片的转换效率，所述低温退火的温度低于正常的烧结温度；c）对经低温退火后的电池片进行分拣测试，筛选出填充因子下降的电池片；d）对步骤c）中筛选出的电池片进行重新烧结，以提高所述电池片的填充因子，所述重新烧结的温度与正常烧结温度相同；e）对经重新烧结的电池片进行分拣测试，筛选出转换效率低于18%的电池片，返回步骤b），直至筛选出的大部分或全部电池片的转换效率均高于18%，且填充因子在70%以上。

2.根据权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于，所述电池片的基底材料为单晶硅，所述筛选出的电池片为因单晶硅拉制过程中引入的缺陷导致的转换效率低的太阳能电池片。

3.根据权利要求2所述的热处理工艺，在印刷烧结之前还包括：电池片表面的制绒过程、扩散制结过程和周边等离子刻蚀过程，其特征在于，所述扩散制结过程为，在电池片的正面进行扩散制结，在电池片的背面扩散制作背场。

4.根据权利要求3所述的热处理工艺，进行周边等离子刻蚀过程后还包括，沉积减反射膜过程和印刷电极过程，其特征在于，所述沉积减反射膜过程为，在电池片的正面和背面先后均进行减反射膜的沉积。

5.根据权利要求4所述的热处理工艺，其特征在于，制作所述电池片的基底材料为N型单晶硅。

6.根据权利要求5所述的热处理工艺，其特征在于，所述低温退火的时间为30秒-4分钟。

7.根据权利要求6所述的热处理工艺，其特征在于，所述低温退火的温度为250摄氏度-550摄氏度。

8.根据权利要求7所述的热处理工艺，其特征在于，所述减反射膜为富氢的氮化硅薄膜、富氢的氮氧化硅薄膜和富氢的氮化钛薄膜中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于，所述低温退火过程可在非氧化性气氛下进行。

《太阳能电池片热处理工艺》实施例提供了一种太阳能电池片热处理工艺，该方法的流程图如图2所示，包括以下步骤：

步骤S21：从经过印刷烧结后的太阳能电池片中，筛选出转换效率低于18%，且填充因子在70%以上的电池片，这些电池片上多存在环形缺陷或黑心缺陷，主要是因基底材料本身的缺陷引起的转换效率低的电池片，举例来说，这些电池片若为多晶硅电池片，这些缺陷多是由多晶硅基底中的晶界和位错引起的，若为单晶硅电池片，这些缺陷多是由单晶硅拉制过程中引入的氧诱导堆垛层错（OSF）的环和空隙，或者空位团的“漩涡”缺陷引起的，这些基底材料本身的缺陷按照正常的太阳能电池片生产工艺是无法消除的。

其中，正常情况下填充因子在70%以上的电池片，其转换效率不会过低，往往均在可以接受的范围内，但是由于硅基底材料本身存在缺陷等原因，这类电池片也会出现转换效率低的情况，因此，该实施例中筛选出的电池片主要是填充因子在70%以上，且转换效率低于18%的电池片，并且电池片上沉积的减反射膜多为富氢的氮化硅或氮氧化硅薄膜。

步骤S22：对筛选出的电池片进行低温退火，以提高所述筛选出的电池片的转换效率，所述低温退火的温度低于正常的烧结温度，该低温退火过程可在非氧化性气氛下进行，如在氮气或氢气气氛下进行，该实施例对低温退火过程的气体氛围不做具体限定，工艺方案可以灵活掌控；

发明人研究发现，在多种低效太阳能电池片中，存在填充因子较大，但转换效率低的电池片经过低温退火处理之后，在一定程度上能够提高其转换效率，但是低温退火的温度须低于正常烧结温度，这样经过低温退火过程，可使减反射膜层中的氢可以进一步的深入基底材料内部，从而可以进一步的钝化硅基底材料中的缺陷，从而提高Voc和Isc，也就提高了转换效率。

具体说来，在正常的电池片制作过程中，硅基底材料内存在的缺陷可通过烧结过程进行消除，但由于某些硅基底材料在制作过程中引入的缺陷过多，仅通过一步正常的烧结过程无法完全消除基底材料中的缺陷，此时就会产生部分低效片，该实施例中对因基底材料本身缺陷导致的转换效率偏低的电池片进行低温退火过程，可使减反射膜层（富氢的氮化硅膜或氮氧化硅膜）中的氢进一步钝化硅基底中的缺陷，从而使Voc和Isc得到提升，进而提高转换效率。

并且，由于是正常烧结后的退火工艺，为了保证电池片的基本性能，《太阳能电池片热处理工艺》实施例中的低温退火温度低于正常烧结温度，而且，由于该退火过程中是电池片的正反两面同时进行的退火，对于多晶硅电池片来说，银浆的熔点远高于铝浆的熔点，因此，对于多晶硅电池片，优选的，退火温度需低于铝的熔点，以免影响铝背场的光滑度；对于单晶硅电池片来说，其背场是在扩散过程中形成的，为避免电池片栅线的性质受到影响，该退火温度也不宜过高。

基于此，该实施例中低温退火的温度优选为低于600摄氏度，更优选为250摄氏度-550摄氏度，低温退火的时间为30秒-4分钟，具体退火时间可根据电池片的缺陷情况确定，缺陷越多，退火时间也就相应的较长。

步骤S23：对经低温退火后的电池片进行分拣测试，筛选出填充因子下降的电池片，对填充因子没有下降且转换效率高于18%的电池片，即可进入步骤S26，按照正常的高效片进行包装入库保存；

在实际生产过程中发现，经过低温退火过程，大部分电池片的填充因子和转换效率均得到了提高，不再属于低效片，但也可能会导致小部分电池片的填充因子下降，因填充因子下降，这部分电池片的转换效率也可能会有所提升，但提升水平有限，多数的转换效率还是会较低。

发明人研究发现，退火过程导致填充因子下降的其主要原因是低温退火过程中，由于栅线中的导电性物质挥发，使栅线中的玻璃体不具腐蚀性，且导电性能变差，导致串联电阻变大，填充因子下降，而且低温退火过程Voc和Isc提升明显，在一定程度上也会使填充因子下降，而填充因子下降后也必然会影响到电池片的转换效率，因此必须对这些电池片进行处理。

步骤S24：对步骤S23中筛选出的电池片进行重新烧结，以提高所述电池片的填充因子，所述重新烧结的温度与正常烧结温度相同；

该步骤将经低温退火过程，填充因子下降明显且转换效率低于18%的电池片进行重新烧结，该烧结过程的参数与正常烧结过程参数相同，经该步骤处理后，修复了低温退火过程出现的缺陷，提高了电池片的填充因子，但是经过此步骤的重新烧结后，可能会使减反射膜中起钝化作用的氢元素部分溢出，基底材料中的缺陷又会重新生成，因此该步骤后也可能会出现Voc和Isc下降，即转换效率下降的情况，但出现这种问题的可能性较小，可根据存在这种缺陷电池片的数量确定是否进行下一步处理，该实施例中仅以需要处理的情况进行说明。

步骤S25：对经重新烧结的电池片进行分拣测试，筛选出转换效率低于18%的电池片，即筛选出Voc和Isc下降的电池片，重复步骤S22-步骤S24，直至筛选出的大部分或全部电池片的转换效率均高于18%，且填充因子在70%以上。

每一处理步骤后，筛选出的填充因子在70%以上且转换效率高于18%的电池片，均可进入步骤S26，按照正常的高效片进行包装入库保存。在实际生产过程中，基本上经过一次低温退火-再烧结-再次低温退火过程，大部分电池片的转换效率和填充因子即可满足要求。

该实施例中通过筛选出转换效率偏低的太阳能电池片，并对筛选出的电池片进行低温退火，可改善正常烧结过程中的缺陷，但是在经过低温退火之后，会出现填充因子下降的问题，而对填充因子下降的电池片再次以正常烧结温度进行烧结，便可提高其填充因子。

该实施例中低温退火和重新烧结过程循环进行，低温退火过程可以修复正常烧结过程产生的缺陷，而重新进行的正常烧结过程又可以修复低温退火过程产生的缺陷，两个处理过程相互配合，在每一步骤后都会得到转换效率高于18%，且填充因子在70%以上的电池片，之后再对剩余不满足要求的电池片进行处理，如此往复，经过一步步的筛选、返烧等，能够使大部分或全部电池片的转换效率和填充因子满足要求，即大大减少了低效片的数量，提高了经济效益。

需要说明的是，该实施例的太阳能电池片热处理工艺可应用于采用N型或P型单晶硅，以及N型或P型多晶硅为基底材料制作的太阳能电池片，均能提高电池片的转换效率。以下实施例仅以N型晶体硅，优选为N型单晶硅太阳能电池为例，对《太阳能电池片热处理工艺》实施例的主体思想和有益效果进行进一步的阐述。

《太阳能电池片热处理工艺》另一实施例提供的太阳能电池片热处理工艺的流程图如图3所示，与上一实施例不同的是，该实施例中以制作太阳能电池片的基底材料为N型晶体硅，优选为N型单晶硅为例，对上述方法进行了进一步改进，具体包括以下步骤：

步骤S311：化学清洗硅片表面以及电池片表面的制绒过程，该步骤中电池片的正面和背面均需进行制绒，以增强光的吸收；

步骤S312：在电池片的正面进行扩散制结，在电池片的和背面先后均进行扩散制结扩散制作背场；

需要说明的是，常规太阳能电池生产工艺多采用P型硅片，之后扩散N型杂质原子形成PN结，该实施例中正好与其相反，采用N型硅片，之后扩散P型杂质原子形成PN结，常规P型晶体硅太阳能电池工艺中只是在电池片的正面进行扩散制结，而该实施例中由于采用的是N型单晶硅作为基底材料，因此在电池的正面进行扩散制结后，还会在电池片的背面扩散制作背场，从而进一步的降低了硅片的方块电阻，为提高电池片的转换效率奠定了基础。

步骤S313：周边等离子刻蚀过程，去除扩散过程中在硅片边缘形成的将PN结短路的导电层；

步骤S314：沉积减反射膜过程，主要采用氮化硅膜、氮氧化硅和氮化钛膜中的至少一种，利用薄膜干涉原理，减少光的反射，同时减少载流子复合，起到钝化作用，增大电池的短路电流和输出功率，提高转换效率；

与2011年9月前有关技术不同的是，有关技术中一般只在电池片的正面沉积减反射膜，而该实施例中在电池片的正面和背面先后均进行减反射膜的沉积，相当于增大了减反射膜的面积，增加了起到钝化作用的氢元素的含量，可以进一步的钝化单晶硅基底材料中的缺陷，且可以进一步的减少光的反射，同时对电池片的背面也起到了钝化作用，进一步提高了电池片的转换效率。

需要说明的是，该实施例中仅以Ｎ型单晶硅为例来说明正反两面沉积减反射膜的工艺，但该工艺并不仅限于Ｎ型单晶硅或Ｎ型多晶硅，理论上，也可应用于Ｐ型晶体硅。但是，由于N型晶体硅和Ｐ型晶体硅制作背场的方式不同，在实际生产过程中，正反两面沉积减反射膜的工艺不同掺杂类型的晶体硅太阳能电池的转换效率的提高水平也不同，一般情况下，对Ｎ型晶体硅太阳能电池的转换效率提高较大，对P型晶体硅太阳能电池的转换效率提高较小。

另外，需要说明的是，该实施例中为了达到良好的钝化作用，所述减反射膜为富氢的氮化硅薄膜、富氢的氮氧化硅薄膜和富氢的氮化钛薄膜中的至少一种，该实施例中优选为富氢的氮化硅薄膜。

步骤S315：印刷电极过程，该步骤中仅采用银浆印刷正电极和背电极，以收集电流并起到导电的作用；

步骤S316：烧结过程，在高温下使印刷的金属电极与硅片之间形成合金；

之后，进入步骤S317-步骤S316，对烧结后的电池片进行筛选并再处理，这些过程与上一实施例中相同，这里不再赘述。

该实施例中通过在电池片的正面扩散制结，背面扩散形成背场，并且在电池片的正反两面都进行减反射膜的沉积过程，由于增加了氢元素的含量，可使减反射膜中的氢元素的钝化作用更明显，即进一步减少了单晶硅基底材料中的缺陷，从而进一步提高了N型单晶硅太阳能电池片的转换效率。在正常的单晶硅棒的拉制过程中可能引入氧诱导堆垛层错（OSF）的环和空隙、空位团的“漩涡”缺陷或包含较多的氧杂质等，经过多次低温退火-重新烧结-低温退火等过程，并且由于电池片的正反两面均具有减反射膜，可进一步的钝化N单晶硅基底材料中的缺陷，即改善了单晶硅基底内部各种结构缺陷，提高N型单晶硅制作的电池片的Voc和Isc，进而提高电池片的转换效率。

下面以N型单晶硅太阳能电池在采用该实施例方法处理前后的具体实验数据为例，来说明《太阳能电池片热处理工艺》实施例的太阳能电池片热处理工艺的效果。

选择5批相同材料相同规格的N型单晶硅太阳能电池片，这些电池片的正反两面均具有富氢的减反射膜，经过正常生产工艺后，对这5批太阳能电池片进行测试分档，在每批中筛选出200片转换效率低于18%，填充因子在70%以上的电池片，对筛选出的电池片的各项电性参数进行测试，得出各批次电池片平均的电性参数，测试结果如表一所示：

对上述筛选出的电池片进行低温退火，退火过程中将烧结炉温度控制在250摄氏度-550摄氏度，退火时间控制在30秒-4分钟，对经低温退火之后的电池片进行测试，测试结果如表二所示：

从上表可以看出，经退火步骤后，1、2、3组的电池片的转换效率均提高到了18%以上，填充因子也均高于70%，退火前后，填充因子没有下降或下降的很低，因此，1、2、3组的电池片仅经过一步低温退火步骤即满足了电池片的效率要求，就可直接按照高效片包装入库，不需再进行后续步骤。而第4、5组电池片的填充因子较退火前下降明显，导致转换效率提升比例很小，甚至下降了，因此，需对4、5组电池片进行后续的再次烧结-退火过程，经重新烧结后的4、5组电池片进行测试，测试结果如表三所示：

从表三中可以看出，经重新烧结后的4、5组电池片的填充因子明显提高了，但是Voc、Isc以及转换效率反而降低了，需对这2组电池片进行再次退火过程，经再次退火后的性能测试结果如表四所示：

从上表可以看出，经再次退火后的4、5组电池片的转换效率均提高到了18%以上，填充因子也均高于70%，且退火前后填充因子下降很低，因此，这2组电池片也满足了电池片的效率要求，可直接按照高效片包装入库，不需再进行烧结和退火步骤。

一般情况下，对于正反两面均具有减反射膜的单晶硅电池片来说，经过上述步骤，大部分低效片的转换效率均能够得到大幅度的提升，若仍由不满足要求的低效片，仍可继续进行烧结和退火步骤。

作为比较例，下面提供一组背面无减反射膜的N型单晶硅电池片的处理结果，该组电池片除背面无减反射膜外，其它参数与以上5组电池片相同，其处理结果如表五所示：

从上表可以看出，对于背面无减反射膜的低效片，经过一步退火后的转换效率虽有所提升，但提升效果不明显，之后可进行再次烧结-退火等步骤，虽然可将电池片的转换效率提升到高效水平，但经过的烧结-退火过程的次数，要远远多于正反两面均具有减反射膜电池片的处理次数。

经过以上处理过程中，低效片性能参数的变化过程，可以明显的看出，《太阳能电池片热处理工艺》实施例的方法进一步提高了电池片的光电转换效率，提高了经济效益。

《太阳能电池片热处理工艺》另一实施例公开了采用上述热处理工艺制作的太阳能电池片，该太阳能电池片的转换效率在18%以上，且填充因子在70%以上，该太阳能电池片的基底材料为单晶硅，优选为N型单晶硅，其正面和背面均具有富氢的减反射膜，从而使该电池片基底材料中的氧诱导堆垛层错（OSF）的环和空隙、空位团的“漩涡”缺陷等明显少于常规单晶硅太阳能电池中的缺陷。并且，该太阳能电池片上基本不存在环形或黑芯等缺陷，转换效率得到了提高。

2021年6月24日，《太阳能电池片热处理工艺》获得第二十二届中国专利优秀奖。 2100433B

书 名： 热处理工艺学

作　者：潘健生

出版社：高等教育出版社

出版时间：2009年01月

ISBN: 9787040224207

开本：16开

定价： 80元

太阳能电池片的生产工艺流程分为硅片检测——表面制绒及酸洗——扩散制结——去磷硅玻璃——等离子刻蚀及酸洗——镀减反射膜——丝网印刷——快速烧结等。具体介绍如下：

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在线测量，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。其中，光伏硅片检测仪对硅片表面不平整度进行检测,同时检测硅片的尺寸和对角线等外观参数;微裂纹检测模块用来检测硅片的内部微裂纹;另外还有两个检测模组，其中一个在线测试模组主要测试硅片体电阻率和硅片类型，另一个模块用于检测硅片的少子寿命。在进行少子寿命和电阻率检测之前，需要先对硅片的对角线、微裂纹进行检测，并自动剔除破损硅片。硅片检测设备能够自动装片和卸片，并且能够将不合格品放到固定位置，从而提高检测精度和效率。

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℃。为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量添加醇类如乙醇和异丙醇等作为络合剂，以加快硅的腐蚀。制备绒面前，硅片须先进行初步表面腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约20～25μm，在腐蚀绒面后，进行一般的化学清洗。经过表面准备的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结。

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。管式扩散炉主要由石英舟的上下载部分、废气室、炉体部分和气柜部分等四大部分组成。扩散一般用三氯氧磷液态源作为扩散源。把P型硅片放在管式扩散炉的石英容器内，在850---900摄氏度高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过三氯氧磷和硅片进行反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，也就是PN结。这种方法制出的PN结均匀性好,方块电阻的不均匀性小于百分之十,少子寿命可大于10ms。制造PN结是太阳电池生产最基本也是最关键的工序。因为正是PN结的形成，才使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样就形成了电流，用导线将电流引出，就是直流电。

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，POCL3与O2反应生成P2O5淀积在硅片表面。P2O5与Si反应又生成SiO2和磷原子，

这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，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CF4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SiO2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。

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。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SiH4和NH3，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。

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，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。当银电极和晶体硅在温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形成上下电极的欧姆接触，提高电池片的开路电压和填充因子两个关键参数，使其具有电阻特性，以提高电池片的转换效率。

烧结炉分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。预烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升;烧结阶段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶段温度达到峰值;降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于基片上。

九、外围设备

在电池片生产过程中，还需要供电、动力、给水、排水、暖通、真空、特汽等外围设施。消防和环保设备对于保证安全和持续发展也显得尤为重要。一条年产50MW能力的太阳能电池片生产线，仅工艺和动力设备用电功率就在1800KW左右。工艺纯水的用量在每小时15吨左右，水质要求达到中国电子级水GB/T11446.1-1997中EW-1级技术标准。工艺冷却水用量也在每小时15吨左右，水质中微粒粒径不宜大于10微米，供水温度宜在15-20℃。真空排气量在300M3/H左右。同时，还需要大约氮气储罐20立方米，氧气储罐10立方米。考虑到特殊气体如硅烷的安全因素，还需要单独设置一个特气间，以绝对保证生产安全。另外，硅烷燃烧塔、污水处理站等也是电池片生产的必备设施。

一种太阳能电池片加工工艺专利目的

《一种太阳能电池片加工工艺》所要解决的技术问题是提供一种能够降低生产成本且能够减少生产过程中废弃物排放的太阳能电池片加工工艺。

一种太阳能电池片加工工艺技术方案

《一种太阳能电池片加工工艺》解决其技术问题所采用的技术方案是:该太阳能电池片加工工艺，包括以下步骤：

A、对需要加工的硅片进行检测，去除不合格硅片；

B、将经过检测的合格硅片放入碱性溶液中进行表面制绒处理，并将制绒处理后残余的碱性废液收集起来；

C、将制绒处理过的硅片放入扩散设备中进行扩散制结处理；

D、将经过扩散制结处理的硅片放入酸性溶液中进行去磷硅玻璃处理，并将去磷硅玻璃处理后残余的酸性废液收集起来；

E、对扩散制结后得到的硅片进行湿法刻蚀处理；先使用氢氟酸对扩散制结后得到的硅片的各个表面进行润洗并将润洗后残余的氢氟酸废液收集起来，将步骤D中得到的去磷硅玻璃太阳能电池片清洗后；然后将硅片放入硝酸溶液中进行刻蚀并将刻蚀后残余的硝酸废液收集起来，接着用碱性溶液对刻蚀后的硅片进行清洗并将清洗后残余的碱性溶液收集起来，最后利用纯水对硅片进行清洗并进行干燥处理；

F、利用PECVD设备在经过湿法刻蚀处理的硅片表面制备氮化硅反射层；

G、将镀有减反射膜的硅片采用丝网印刷的方式在硅片的上下表面印制正、负电极；

H、将经过丝网印刷的硅片放入烧结设备中进行烧结处理后得到太阳能电池片；

I、将不合格的太阳能电池片放入收集起来的碱性废液中除去太阳能电池片铝背场的部分铝层，再将经过碱性废液浸泡的不合格太阳能电池片放入收集起来的酸性废液中除去太阳能电池片的剩余铝层得到去铝太阳能电池片以及含铝废液，含铝废液通过化学方式转化为氧化铝进而用于制备电子铝浆，所述电子铝浆用于步骤G中丝网印刷的浆料；去铝太阳能电池片经过清洗后，浸泡在收集起来的硝酸废液中将去铝太阳能电池片表面的银浸出，得到去银太阳能电池片以及含银酸液；将去银太阳能电池片放入收集起来的氢氟酸废液中除去去银太阳能电池片表面的氮化硅反射层，得到去氮化硅太阳能电池片清洗后得到纯净的硅片，所述硅片经过步骤A至H后被加工成合格的太阳能电池片；含银酸液中加入铜粉制成银包铜粉用于制备电子浆料，所述电子浆料用于步骤G中丝网印刷的浆料。

进一步的是，所述含银酸液中加入铜粉制成银包铜粉的具体方法如下所述：在含银酸液中加入铜粉得到固液混合物，所述含银酸液与铜粉的重量比为1.5～3，将固液混合物抽入研磨设备中循环研磨20～50分钟即可得到银包铜粉。

进一步的是，所述含银酸液与铜粉的重量比为2。

进一步的是，所述铜粉的粒径为2～3微米。

进一步的是，所述固液混合物抽入研磨设备中循环研磨的时间为30分钟。

进一步的是，所述含银酸液的温度为20℃。

进一步的是，所述步骤B中收集起来的碱性废液浓度为5％。

进一步的是，所述步骤D中收集起来的酸性废液浓度为5％。

进一步的是，所述步骤E中收集起来的氢氟酸废液浓度为0.5％。

进一步的是，所述步骤E中收集起来的硝酸废液浓度为1.5％。

一种太阳能电池片加工工艺改善效果

《一种太阳能电池片加工工艺》的有益效果是:该太阳能电池片加工工艺通过将加工过程中产生的大量碱性废液、酸性废液、氢氟酸废液、硝酸废液收集起来，将报废失效以及生产过程中产生的不合格太阳能电池片放入收集起来的碱性废液中除去太阳能电池片铝背场的部分铝层，再将经过碱性废液浸泡的不合格太阳能电池片放入收集起来的酸性废液中除去太阳能电池片的剩余铝层得到去铝太阳能电池片以及含铝废液，含铝废液通过化学方式转化为氧化铝进而用于制备电子铝浆，所述电子铝浆用于丝网印刷的浆料；去铝太阳能电池片经过清洗后，浸泡在收集起来的硝酸废液中将去铝太阳能电池片表面的银浸出，得到去银太阳能电池片以及含银酸液；将去银太阳能电池片放入收集起来的氢氟酸废液中除去去银太阳能电池片表的氮化硅反射层，得到去氮化硅太阳能电池片清洗后得到纯净的硅片，所述硅片可重新用于太阳能电池片的加工原料，含银酸液中加入铜粉制成银包铜粉用于制备电子浆料，所述电子浆料用于丝网印刷的浆料，该工艺利用太阳能电池片生产过程中产生的各种废液用于回收处理报废失效以及生产过程中产生的不合格太阳能电池片，不但避免了大量废液排放以及不合格太阳能电池片销毁造成的环境污染，同时回收的硅片、银包铜粉、铝浆可直接供应给太阳能电池片生产线，既做到了废液的重复利用，同时还减少了废弃物的产生，更加利用环保生产，可以大大降低太阳能电池片加工过程中原料的使用量，从而降低了太阳能电池片的生产成本。