湿法刻蚀在晶体硅太阳能电池生产中的应用

湿法刻蚀在晶体硅太阳能电池生产中的应用

摘要：湿法刻蚀可以用来代替太阳能电池生产中通常使用的等离子刻蚀，将扩散后正面和背面的p-n结分开。在太阳能电池的生产工艺中，湿法刻蚀的背腐蚀效果的优劣决定了太阳能电池的腐蚀效果和清洗效果，且会对制程的管控造成严重的影响。本文主要总结了HF-HNO3体系的背腐蚀原理，并对氢氟酸，硝酸等化学品的配比，流量，温度等对太阳能电池片的影响做了分析。

关键词：背腐蚀；流量；温度；太阳能电池

引言

硅材料中含有大量的杂质和缺陷，导致硅中少数载流子寿命及扩散长度降低。为提高硅太阳电池的效率，首先必须对硅材料中具有电活性的杂质和缺陷进行钝化和清洗。近年来，湿法刻蚀的钝化作用和清洗引起人们广泛的关注，它具有低温、高效率、成本低等优点，并能一次性完成钝化和清洗去除杂质。一系列的文章都报导了采用湿法刻蚀能够去除硅表面的杂质和金属离子，最终提高电池的效率。

硅刻蚀技术在光电子器件[1]、压电电阻[2]、量热光检测[3]、基因芯片[4]等多种领域均有广泛应用。化学刻蚀因其方法简单、操作容易、适合于大面积硅片蚀刻和大规模生产的特点倍受关注。湿法刻蚀是刻蚀的一种方法，其他的有干刻蚀，等离子刻蚀等。湿法刻蚀是利用合适的化学试剂先将未被光刻胶覆盖的晶片部分分解，然后转成可溶的化合物达到去除的目的。这种刻蚀技术主要是借助腐蚀液和晶片材料的化学反应，因此我们可以借助化学试剂的选取、配比以及温度的控制等来达到合适的刻蚀速率和良好的刻蚀选择比。

本文主要总结了HF-HNO3体系的背腐蚀原理，并对氢氟酸，硝酸等化学品的配比，流量，温度等对太阳能电池片的影响做了分析。

湿法刻蚀定义及工艺

1.1湿法刻蚀的定义

湿法刻蚀：一般将硅片放入具有确定化学成分和固定温度的腐蚀液体里通过化学反应来进行的腐蚀。一般湿法刻蚀是各向同性的。硅的各向同性腐蚀是指腐蚀速率与晶向(晶面)基本无关，在各个方向上硅的腐蚀速度相等。硅在腐蚀液中的腐蚀受到多种因素的影响，例如温度及配比等对腐蚀速率和形貌都有大影响。一般腐蚀速率随温度升高而增大，并呈指数关系，而且不同配比的腐蚀剂其腐蚀速率随温度变化的快慢也有差异。另外，不同配比的腐蚀液，腐蚀速率也不同。硅的各向异性腐蚀，是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率。

1.2湿法刻蚀的原理

晶体硅太阳能电池的制造工艺流程

晶体硅太阳能电池的制造 工艺流程 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。 晶体硅太阳能电池的制造工艺流程说明如下： （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－。 （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。

由此可见，太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相同，但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。

利用湿法刻蚀的方式制备黑硅

2011年9月15日第34卷第18期 现代电子技术 M odern Electro nics T echnique Sep.2011V ol.34N o.18 利用湿法刻蚀的方式制备黑硅 张安元,吴志明,赵国栋,姜 晶,郭振宇 (电子科技大学光电信息学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都 610054) 摘 要:采用一种简便的方法制备出具有很好光吸收性能的黑硅材料,利用化学气象沉积和光刻的方式在硅片(100)表面形成圆形Si 3N 4掩膜,然后采用两种湿法刻蚀相结合方式来制备黑硅材料。首先采用碱刻蚀的方式对硅片进行各向异性刻蚀,刻蚀完成后在硅片表面形成尖锥形貌;后期利用金纳米颗粒作为催化剂,采用酸刻蚀的方式对硅片表面进行改性,在硅片表面形成多孔结构。这种黑硅材料在250~1000nm 波段的光吸收率可以达到95%以上。 关键词:黑硅材料;湿法刻蚀;表面形貌;光吸收率 中图分类号:T N304-34 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2011)18-0133-04 Preparation of Black Silicon by Means of Wet Etching ZH A NG A n -y uan,WU Zh-i ming ,ZH A O G uo -do ng ,JIA N G Jing ,GU O Zhen -yu (St ate K e y L abo ratory of Elect ro nic T hin Fil m s and Integ rat ed Dev ices,School of Opt oelect ro nic Inf ormat i o n, Universi t y of Electronic Sci ence and T echnolo gy of China,Cheng du 610054,China) Abstract :A simple met ho d of preparing black silico n (BS)with hig h o ptical absor pt ivity is introduced.During t he prepa -r atio n,the chemical vapor deposition and photo litho gr aphy are emplo yed to fo rm a nitride mask on the surface of silicon (100),and then tw o kinds o f wet etching ar e used to prepare the black silico n mater ial.T he fir st step is that the anisot ropic etching on a silico n wafer is perfor med w ith the method of a lkali etching to for m the t ip mor pho log y on the silicon surface.Af -ter that,some go ld nanoparticles ar e taken as t he cataly st to mo dif y the sur face of the silico n by the method o f acid etching fo r for ming a po rous str ucture on the silico n sur face.T he optical absor ptivity o f the black silico n can reach 95%at t he wav elength of 250~1000nm. Keywords :black silico n mater ial;w et etching ;surface mor pho log y;optical absor ptivity 收稿日期:2011-04-29 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61021061);电子薄膜 与集成器件国家重点实验室开放资助基金(KFJJ200806) 0 引 言 黑硅(black silicon)[1]作为兴起的一种新型硅材料,以其在可见光与近红外波段有极高的光吸收率[2],使其对光线十分敏感,它的光敏感度可以达到传统硅材料的100~500倍。在正常情况下,一个光子只能产生一个电子,而在黑硅这种材料中,由于它具备光电导增益效果[3],可以由一个光子产生多个电子,从而使电流增大到200~300倍,使其在微光探测方面的性能较一般材料有着飞跃般的进步,并且黑硅的制造工艺可以较容易地嵌入到目前的半导体工艺中,使其在照相机、夜视仪等光电探测[4]方面有着广阔的应用前景。目前国际上其通用的制备方式主要有两种:飞秒激光器刻蚀和深反应离子刻蚀(DRIE)。其中,飞秒激光器刻蚀 [5] 是 SF 6环境下,利用飞秒激光器产生的超短脉冲激光对硅片表面进行辐照,其激光脉冲的高能在与硅片表面作用的同时,在表面附近积聚大量能量,能瞬间使背景气体 SF 6分解出游离的F -离子,并与表面汽化的Si 原子生成易挥发的SiF 2和SiF 4,使硅片表面不断被刻蚀,最终形成准规则排列的微米量级尖锥结构。这样改造后的硅表面具有极高的光吸收率,而反应离子刻蚀(RIE)[6]的原理是利用一定压强下的刻蚀气体在高频电场的作用下,通过气体辉光发电产生等离子体(其中包含了大量的分子游离基团),通过电场加速活性基团对被刻蚀物体进行离子轰击和化学反应,生成挥发性气体,反应产物在低压真空腔中被抽走来实现对材料的刻蚀,最终在硅片表面得到与飞秒激光器刻蚀相似的微结构,从而制备所说的黑硅。目前这两种方式都比较成熟,都能得到稳定的结果,但是这两种方式对反应条件要求苛刻,实验设备成本高昂,不利于大规模生产。 本文采用两种湿法刻蚀相结合的方法制备黑硅材料。先利用Si 3N 4充当掩膜层,用光刻的方式在硅片表面形成图案,然后通过KOH 溶液对其进行刻蚀,在硅

晶体硅太阳能电池

晶体硅太阳能电池 专业班级：机械设计制造及其自动化13秋姓名：张正红 学号： 1334001250324 报告时间： 2015年12月

晶体硅太阳能电池 摘要：人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力，能源己经成为越来越值得关注的社会与环境问题。人们开始急切地寻找其他的能源物质，而光能、风能、海洋能以及生物质能这些可再生能源无疑越来越受到人们的关注。光伏技术也便随之形成并快速地发展了起来，因此近年来，光伏市场也得到了快速发展并取得可喜的成就。本文主要就晶体硅太阳能电池发电原理及关键材料进行介绍，并对晶体硅太阳能电池及其关键材料的市场发展方向进行了展望。 关键词：太阳能电池；工作原理；晶体硅；特点；发展趋势 前言 “开发太阳能，造福全人类”人类这一美好的愿景随着硅材料技术、半导体工业装备制造技术以及光伏电池关键制造工艺技术的不断获得突破而离我们的现实生活越来越近！近20年来，光伏科学家与光伏电池制造工艺技术人员的研究成果已经使太阳能光伏发电成本从最初的几美元/KWh减少到低于20美分/KWh。而这一趋势通过研发更新的工艺技术、开发更先进的配套装备、更廉价的光伏电子材料以及新型高效太阳能电池结构，太阳能光伏（PV）发电成本将会进一步降低，到本世纪中叶将降至4美分/KWh，优于传统的发电费用。 大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。通过降低峰瓦电池的硅材料成本，通过提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本，通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本，通过合理的机制建立优秀的技术团队、避免人才的不合理流动、充分保证技术上的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在！ 一、晶体硅太阳能电池工作原理 太阳能电池是一种把光能转换成电能的能量转换器，太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。

湿法刻蚀毕业论文

苏州市职业大学 毕业设计（论文）说明书 设计（论文）题目太阳能电池片湿刻蚀的应用系电子信息工程系专业班级08电气2 姓名李华宁 学号087301218 指导教师孙洪 年月日

太阳能电池片湿刻蚀的应用 摘要 湿刻就是湿法刻蚀，它是一种刻蚀方法，主要在较为平整的膜面上刻出绒面，从而增加光程，减少光的反射，刻蚀可用稀释的盐酸等。湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。它是一种纯化学刻蚀，具有优良的选择性，刻蚀完当前薄膜就会停止，而不会损坏下面一层其他材料的薄膜。着重研究各种化学品的流量对电池片刻蚀深度的影响。首先查看各种资料，掌握本课题相关的知识:通过对氢氟酸，硝酸，盐酸，氢氧化钠等化学品流量，温度，湿度等对太阳能电池片的影响。通过技术软件分析，优化工艺参数，得到最优参数。 关键词：湿法刻蚀；腐蚀；流量；太阳能电池

Solar cell wet etching application Abstract Wet carved is wet etching, it is a kind of etching method, mainly in the relatively flat membrane surface, thereby increasing suede carving out process, reduce light light reflection, etching available dilute hydrochloric acid etc. Wet etching is will etching materials soaked in a mordant within the corrosion of technology. It is a kind of pure chemical etching, has excellent selectivity, etching the current film will cease, and won't damaged following a layer of film to other materials. Research on various chemicals to the flow the influence of battery piece etching depth. First check all kinds of material, grasps this topic relevant knowledge: by hydrofluoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, sodium hydroxide etc chemicals flow, temperature, humidity and so on the influence of solar cell. Through technology software analysis, optimization of process parameters, obtain optimal parameters. Keyword:wet etching; Corrosion; Flow; Solar battery

湿法刻蚀硅片v型槽

用湿法刻蚀的方法在硅片上做连续V型槽 图l 硅片v型槽示意图 图中V型槽的两个斜面为(111)晶面，底面为(100)晶面。由晶体结构学原理可以知道，(111)晶面与(100)晶面的夹角为54．74°。在（100）硅片上，沿着（110）方向腐蚀时可以暴露出倾角为54.74°的（111）面，从而形成V型槽结构。由于硅片的腐蚀存在备向异性，硅(111)晶面的腐蚀速度远小于(100)面的。因此，只要选择适当的腐蚀温度和时间，就能得到如图1所示的硅片V型槽。将硅单晶体按（100）方向切成所需大小的硅片。通过氧化、光刻、腐蚀，即可制作出合格的硅片V型槽。 1氧化 硅片经抛光表面、清洗后，在1130℃下，先通湿氧氧化2.5 h，再通干氧氧化l h，在其表面就氧化出一层厚度大约为1μm、均匀致密的氧化层，该氧化层作为腐蚀硅的掩模层。 2光刻 采用双层掩模法，即在氧化硅表面蒸发上一层铬、金，厚度分别为50 nm、80 nm。因为铬、金腐蚀时间较短，光刻胶的抗腐蚀性已足够。这样，用光刻胶作掩模先腐蚀铬、金，再用铬、金作掩模腐蚀SiO2。SiO2腐蚀液配为HF：NH4F：H20=1：2：3，腐蚀时间约10 min。这种双层掩模光刻法腐蚀出的SiO2层图形边缘平整、无锯齿。最后去胶，将SiO2层残留的铬、金完全腐蚀掉。整个光刻过程如图2所示。 图2 湿法刻蚀流程示意图 3硅腐蚀

将已定域腐蚀SiO2层的硅片放入已配好的硅腐蚀液中，硅腐蚀液的配方为氢氧化钾：异丙醇：水=1：2：2。在78℃下腐蚀。由于硅的腐蚀存在各向异性，经一定的腐蚀时间，大约80 min 即可得到要求的V型槽。另外，为防止V型槽底部出现“小岛”，在腐蚀过程中，需要一定的搅拌。

晶硅太阳能电池的特点和种类

晶体硅太阳能电池的种类及特点 太阳能电池已经有30多年的发展历史。目前世界各国研制的硅太阳能电池种类繁多，；主要系列有单晶、多晶、非晶硅几种。其中单晶硅太阳能电池占50％，多晶硅电池占20％、非晶占30％。我国光伏发电发展需解决的关键问题。太阳能光伏发电发展的瓶颈是成本高。为此，需加大研发力度，集中在降低成本和提高效率的关键技术上有所突破，主要包括：a)晶体硅电池技术。降低太阳硅材料的制备成本：开发专门用于晶体硅太阳能电池的硅材料，是生产高效和低成本太阳电池的基本条件；同时实现硅材料国产化和提高性能，从产业链的源头，抓好降低成本工作。提高电池／组件转换效率：高效钝化技术，高效陷光技术，选择性发射区，背表面场，细栅或者单面技术，封装材料的最佳折射率等高效封装技术等。光伏技术的发展以薄膜电池为方向，高效率、高稳定性、低成本是光伏电池发展的基本原则。 单晶硅在太阳能的有效利用当中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，也是最具活力的研究领域。而硅材料太阳能电池无疑是市场的主体，硅基(多晶硅、单晶硅)太阳能电池占80％以上，每年全世界需消费硅材料3000t左右。生产太阳能电池用单晶硅，虽然利润比较低，但是市场需求量大，供不应求，如果进行规模化生产，其利润仍然很可观。目前，中国拟建和在建的太阳能电池生产线每年将需要680多吨的太阳能电池用多晶硅和单晶硅材料，其中单晶硅400多吨，而且，需求量还以每年15％～20％的增长率快速增长。硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池在实验室里最高的转换效率为23％，而规模生产的单晶硅太阳能电池，其效率为15％，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成熟的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电池工艺已近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23％。单晶硅具有完整的金刚石结构。通过掺杂得到n，P型单晶硅，进而制备出p／n结、二极管及晶体管，从而使硅材料有了真正的用途。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。 多晶硅众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标，从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料(包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜)。从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为：(1)可

几种商业化的高效晶体硅太阳能电池技术

高效晶体硅太阳能电池技术 摘要：晶体硅太阳能电池是目前应用技术最成熟、市场占有率最高的太阳能电池。本文在解释常规太阳能电池能量损失机理的基础上，介绍了可应用于商业化生产的高效晶体硅太阳能电池技术及其工艺流程，并对每种电池技术的优、缺点及工艺难度进行了评价。 关键词：晶体硅电池；高效电池；商业化 1 引言 能源是一个国家经济和社会发展的基础. 目前广泛使用的石油、天然气、煤炭等化石能源面临着严峻的挑战. 2005年2 月我国通过了《中华人民共和国可再生能源法》,从立法角度推进可再生能源的开发和利用,这是解决我国能源与环境、实现可持续发展的重要战略决策。 不论从资源的数量、分布的普遍性,还是从清洁性、技术的可靠成熟性来说,太阳能在可再生能源中都具有更大的优越性,光伏发电已成为可再生能源利用的首要方式。而晶硅太阳电池一直占据着光伏市场的最大份额. 与其它的可再生能源一样,目前要使之从补充能源过渡到替代能源,太阳电池光伏发电推广的最大制约因素仍然是发电成本。围绕着降低生产成本的目标,以高效电池获取更多的能量来代替低效电池一直是科学研究的的热门[1]. 近年来 高效单晶硅太阳能电池研究已取得巨大成就，在美国、德国和日本,高效太阳能电池研究正如火如荼，特别是美国，商品化高效电池的转换效率已超过20%。 . 2 硅太阳能电池能量损失机理 目前研究成果表面，影响晶体硅太阳能电池转换效率的原因主要来自两个方面：①光学损失. 包括电池前表面反射损失、接触栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失,其中反射和阴影损失是可以通过技术措施减小的,而长波非吸收损失与半导体性质有关；②电学损失. 它包括半导体表面及体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻以及金属-半导体接触（欧姆接触）电阻损失. 相对而言,欧姆损失在技术上比较容易降低,其中最关键的是降低光生载流子的复合,它直接影响太阳电池的开路电压。而提高电池效率的关键之一就是提高开路电压V oc。光生载流子的复合主要是由于高浓度的扩散层在前表面引入了大量的复合中心。此外,当少数载流子的扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片厚度时,背表面的复合速度S b 对太阳电池特性的影响也很明显。而从商业太阳电池来看,为了降低太阳电池的成本和提高效率,现在生产厂家也在不断地减小硅片的厚度,以降低原材料的价格.因此必须有减少前、背两个表面的光生载流子复合的结构和措施. 3 高效晶体硅太阳能电池技术 3.1 背接触电池IBC/MWT/EWT （1）IBC电池（PCC电池） 背接触电池是由Sunpower公司开发的高效电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背面，量产效率可达19%～20%。 这种把正面金属栅线去掉的电池结构有很多优点[2]：（1）减少正面遮光损失，相当于增加了有效半导体面积，有利于增加电池效率；（2）有可能大大降低组件装配成本，因为全部外部接触均在单一表面上；（3）从建造结构的观点看来提供了增值，因为汇流条和焊线串接存在引起的视觉不适被组件背面所替代。

晶硅太阳能电池片的制作过程

晶硅太阳能电池板的制作过程 1、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。 2、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。 3、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。 4、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

高效晶体硅太阳能电池介绍

高效晶体硅太阳电池简介（1） PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究 的高效电池。它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％[26]。由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。为了尽可能降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。另外，在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。 为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。这种想法早已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。后来在实验过程中发现采用液态源BBr3进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小，并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。1990年在PERC结构和工艺的基础上，J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示[27]。定域掺硼的温度为900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，2 h）。经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 μm，大大减少了横

向电阻。如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。 1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。这种PERL电池取得高效的原因是[28]：（1）正面采光面为倒金字塔结构，结合背电极反射器，形成了优异的光陷阱结构；（2）在正面上蒸镀了MgF2/ZnS双层减反射膜，进一步降低了表面反射；（3）正面与背面的氧化层均采用TCA工艺（三氯乙烯工艺）生长高质量的氧化层，降低了表面复合；（4）为了和双层减反射膜很好配合，正面氧化硅层要求很薄，但是随着氧化层的减薄，电池的开路电压和短路电流又会降低。为了解决这个矛盾，相对于以前的研究，增加了“alneal”工艺，即在正面的氧化层上蒸镀铝膜，然后在370 ℃的合成气氛中退火30 min，最后用磷酸腐蚀掉这层铝膜。经过“alneal”工艺后，载流子寿命和开路电压都得到较大提高，而与正面氧化层的厚度关系不大。这种工艺的原理是，在一定温度下，铝和氧化物中OH-离子发生反应产生了原子氢，在Si/SiO2的界面处对一些悬挂键进行钝化。（5）电池的背电场通过定域掺杂形成，掺杂的温度和时间至关重要，对实现定域掺杂的接触孔的设计也非常重要，因为这关系到能否在整个背面形成背电场以及体串联电阻的大小。在这个电池中浓硼扩散区面积为30 μm×30 μm，接触孔的面积为10 μm ×10 μm，孔间距为250 μm，浓硼扩散区的面积仅占背面积的1.44%。定域扩散

硅刻蚀

硅刻蚀技术简介 在半导体制程中，单晶硅与多晶硅的刻蚀通常包括湿法刻蚀和干法刻蚀，两种方法各有优劣，各有特点。 湿法刻蚀即利用特定的溶液与薄膜间所进行的化学反应来去除薄膜未被光刻胶掩膜覆盖的部分，而达到刻蚀的目的。因为湿法刻蚀是利用化学反应来进行薄膜的去除，而化学反应本身不具方向性，因此湿法刻蚀过程为等向性。湿法刻蚀过程可分为三个步骤：1) 化学刻蚀液扩散至待刻蚀材料之表面；2) 刻蚀液与待刻蚀材料发生化学反应； 3) 反应后之产物从刻蚀材料之表面扩散至溶液中，并随溶液排出。 湿法刻蚀之所以在微电子制作过程中被广泛的采用乃由于其具有低成本、高可靠性、高产能及优越的刻蚀选择比等优点。但相对于干法刻蚀，除了无法定义较细的线宽外，湿法刻蚀仍有以下的缺点：1) 需花费较高成本的反应溶液及去离子水；2) 化学药品处理时人员所遭遇的安全问题；3) 光刻胶掩膜附着性问题；4) 气泡形成及化学腐蚀液无法完全与晶片表面接触所造成的不完全及不均匀的刻蚀。 基于以上种种原因，这里就以下三个方面着重介绍下干法刻蚀。 1、硅等离子体刻蚀工艺的基本原理 干法刻蚀是利用射频电源使反应气体生成反应活性高的离子和电子，对硅片进行物理轰击及化学反应，以选择性的去除我们需要去除的区域。被刻蚀的物质变成挥发性的气体，经抽气系统抽离，最后按照设计图形要求刻蚀出我们需要实现的深度。 干法刻蚀可以实现各向异性，垂直方向的刻蚀速率远大于侧向的。其原理如图所示，生成CF基的聚合物以进行侧壁掩护，以实现各向异性刻蚀。 刻蚀过程一般来说包含物理溅射性刻蚀和化学反应性刻蚀。对于物理溅射性刻蚀就是利用辉光放电，将气体解离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被蚀刻物的表面，而将被蚀刻物质原子击出（各向异性）。对于化学反应性刻蚀则是产生化学活性极强的原(分)子团，此原(分)子团扩散至待刻蚀物质的表面，并与待刻蚀物质反应产生挥发性的反应生成物（各向同性），并被真空设备抽离反应腔。 2、硅刻蚀工艺的要求

半导体设备硅刻蚀机概述

半导体设备硅刻蚀机概述 在众多半导体工艺中，刻蚀是决定特征尺寸的核心工艺技术之一。刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀采用化学腐蚀进行，是传统的刻蚀工艺。它具有各向同性的缺点，即在刻蚀过程中不但有所需要的纵向刻蚀，也有不需要的横向刻蚀，因而精度差，线宽一般在3um以上。干法刻蚀是因大规模集成电路生产的需要而开发的精细加工技术，它具有各向异性特点，在最大限度上保证了纵向刻蚀，还可以控制横向刻蚀。本节介绍的硅刻蚀机就是属于干法ICP（Inductively Coupled Plasma）刻蚀系统。它被广泛应用在微处理器（CPU）、存储（DRAM）和各种逻辑电路的制造中。 典型的硅刻蚀机系统结构如下图2-1所示。整个系统分为传输模块（Transfer Module）、工艺模块（Process Module）等。 图2-1 典型的硅刻蚀机系统结构 传输模块由Loadport、机械手（Robot）、硅片中心检测器等主要

部件组成，其功能是完成硅片从硅片盒到PM的传输。Loadport用于装载硅片盒，机械手负责硅片的传入和传出。在传送过程中，中心检测器会自动检测硅片中心在机械手上的位置，进而补偿机械手伸展和旋转的步数以保证硅片被放置在PM静电卡盘的中心。 工艺模块（PM，如图2-2所示）是整个系统的核心，刻蚀工艺就在PM中完成。一个机台可以带2－4个工艺模块，工艺模块包括反应腔室、真空及压力控制系统、射频（RF）系统、静电卡盘和硅片温度控制系统、气体流量控制系统以及刻蚀终点检测系统等。其反应原理概述如下： 刻蚀气体（主要是F基和Cl基的气体）通过气体流量控制系统通入反应腔室，在高频电场（频率通常为13.56MHZ）作用下产生辉光放电，使气体分子或原子发生电离，形成“等离子体”（Plasma）。在等离子体中，包含由正离子（Ion＋）、负离子（Ion－）、游离基（Radical）和自由电子（e）。游离基在化学上很活波、它与被刻蚀的材料发生化学反应，生成能够由气流带走的挥发性化合物，从而实现化学刻蚀。另一方面，如图2-2所示，反应离子刻蚀腔室采用了阴极面积小，阳极面积大的不对称设计。在射频电源所产生的电场作用下带负电的自由电子因质量小，运动速度快，很快到达阴极；而正离子则由于质量大，速度慢不能在相同的时间内到达阴极，从而使阴极附近形成了带负电的鞘层电压。同时由于反应腔室的工作气压在10－3～10－2Torr，这样正离子在阴极附近得到非常有效的加速，垂直轰击放置于阴极表面的硅片，这种离子轰击可大大加快表面的化学反应以及反应生产物

几种商业化的高效晶体硅太阳能电池技术

几种商业化的高效晶体硅太阳能电池技术 摘要：晶体硅太阳能电池是目前应用技术最成熟、市场占有率最高的太阳能电池。本文在解释常规太阳能电池能量损失机理的基础上，介绍了可应用于商业化生产的高效晶体硅太阳能电池技术及其工艺流程，并对每种电池技术的优、缺点及工艺难度进行了评价。 关键词：晶体硅电池；高效电池；商业化 1 引言 能源是一个国家经济和社会发展的基础. 目前广泛使用的石油、天然气、煤炭等化石能源面临着严峻的挑战. 2005年2 月我国通过了《中华人民共和国可再生能源法》,从立法角度推进可再生能源的开发和利用,这是解决我国能源与环境、实现可持续发展的重要战略决策。 不论从资源的数量、分布的普遍性,还是从清洁性、技术的可靠成熟性来说,太阳能在可再生能源中都具有更大的优越性,光伏发电已成为可再生能源利用的首要方式。而晶硅太阳电池一直占据着光伏市场的最大份额. 与其它的可再生能源一样,目前要使之从补充能源过渡到替代能源,太阳电池光伏发电推广的最大制约因素仍然是发电成本。围绕着降低生产成本的目标,以高效电池获取更多的能量来代替低效电池一直是科学研究的的热门[1]. 近年来 高效单晶硅太阳能电池研究已取得巨大成就，在美国、德国和日本,高效太阳能电池研究正如火如荼，特别是美国，商品化高效电池的转换效率已超过20%。 . 2 硅太阳能电池能量损失机理 目前研究成果表面，影响晶体硅太阳能电池转换效率的原因主要来自两个方面：①光学损失. 包括电池前表面反射损失、接触栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失,其中反射和阴影损失是可以通过技术措施减小的,而长波非吸收损失与半导体性质有关；②电学损失. 它包括半导体表面及体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻以及金属-半导体接触（欧姆接触）电阻损失. 相对而言,欧姆损失在技术上比较容易降低,其中最关键的是降低光生载流子的复合,它直接影响太阳电池的开路电压。而提高电池效率的关键之一就是提高开路电压V oc。光生载流子的复合主要是由于高浓度的扩散层在前表面引入了大量的复合中心。此外,当少数载流子的扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片厚度时,背表面的复合速度S b 对太阳电池特性的影响也很明显。而从商业太阳电池来看,为了降低太阳电池的成本和提高效率,现在生产厂家也在不断地减小硅片的厚度,以降低原材料的价格.因此必须有减少前、背两个表面的光生载流子复合的结构和措施. 3 高效晶体硅太阳能电池技术 3.1 背接触电池IBC/MWT/EWT （1）IBC电池（PCC电池） 背接触电池是由Sunpower公司开发的高效电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背面，量产效率可达19%～20%。 这种把正面金属栅线去掉的电池结构有很多优点[2]：（1）减少正面遮光损失，相当于增加了有效半导体面积，有利于增加电池效率；（2）有可能大大降低组件装配成本，因为全部外部接触均在单一表面上；（3）从建造结构的观点看来提供了增值，因为汇流条和焊线串接存在引起的视觉不适被组件背面所替代。

晶体硅太阳能电池制作工艺概述

工业化电池工艺 太阳电池从研究室走向工厂，实验研究走向规模化生产是其发展的道路，所以能够达到工业化生产的特征应该是： [1]电池的制作工艺能够满足流水线作业； [2]能够大规模、现代化生产； [3]达到高效、低成本。 当然，其主要目标是降低太阳电池的生产成本。目前多晶硅电池的主要发展方向朝着大面积、薄衬底。例如，市场上可见到125×125mm2、150×150mm2甚至更大规模的单片电池，厚度从原来的300微米减小到目前的250、200及200微米以下。效率得到大幅度的提高。日本京磁（Kyocera）公司150×150的电池小批量生产的光电转换效率达到%，该公司1998年的生产量达到。 （1）丝网印刷及其相关技术 多晶硅电池的规模化生产中广泛使用了丝网印刷工艺，该工艺可用于扩散源的印刷、正面金属电极、背接触电极，减反射膜层等，随着丝网材料的改善和工艺水平的提高，丝网印刷工艺在太阳电池的生产中将会得到更加普遍的应用。 a.发射区的形成 利用丝网印刷形成PN结，代替常规的管式炉扩散工艺。一般在多晶硅的正面印刷含磷的浆料、在反面印刷含铝的金属浆料。印刷完成后，扩散可在网带炉中完成（通常温度在900度），这样，印刷、烘干、扩散可形成连续性生产。丝网印刷扩散技术所形成的发射区通常表面浓度比较高，则表面光生载流子复合较大，为了克服这一缺点，工艺上采用了下面的选择发射区工艺技术，使电池的转换效率得到进一步的提高。 b.选择发射区工艺 在多晶硅电池的扩散工艺中，选择发射区技术分为局部腐蚀或两步扩散法。局部腐蚀为用干法（例如反应离子腐蚀）或化学腐蚀的方法，将金属电极之间区域的重扩散层腐蚀掉。最初，Solarex应用反应离子腐蚀的方法在同一台设备中，先用大反应功率腐蚀掉金属电极间的重掺杂层，再用小功率沉积一层氮化硅薄膜，该膜层发挥减反射和电池表面钝化的双重作用。在100cm2 的多晶上作出转换效率超过13％的电池。在同样面积上，应用两部扩散法，未作机械绒面的情况下转换效率达到16％。 c.背表面场的形成 背PN结通常由丝网印刷A浆料并在网带炉中热退火后形成，该工艺在形成背表面结的同时，对多晶硅中的杂质具有良好的吸除作用，铝吸杂过程一般在高温区段完成，测量结果表明吸杂作用可

晶体硅太阳能电池依然是主流

未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜太阳能电池的发展等原因而下降，但其主导地位仍不会根本改变；而薄膜电池如果能够解决转换效率不高，制备薄膜电池所用设备价格昂贵等问题，会有巨大的发展空间。 目前太阳能电池主要包括晶体硅电池和薄膜电池两种，它们各自的特点决定了它们在不同应用中拥有不可替代的地位。但是，专家认为，未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜太阳能电池的发展等原因而下降，但其主导地位仍不会根本改变；而薄膜电池如果能够解决转换效率不高、制备薄膜电池所用设备价格昂贵等问题，会有巨大的发展空间。晶体硅太阳能电池依然是主力 在太阳能光伏领域，晶体硅太阳能电池的转换效率较高，原材料来源简单，因此虽然薄膜太阳能电池迅速崛起，但晶体硅太阳能电池目前仍是太阳能电池行业的主力。在2007年全球前十大太阳能电池生产商中，有9家是以生产晶体硅太阳能电池为主的。 据应用材料公司提供的PV（光伏）产业预测，尽管多晶硅太阳能电池技术相对市场占有率有下降趋势(即2007年45%，2010年40%，2015年37%)，但总体上多晶硅太阳能电池年增长率在以40%—50%的速度发展，未来市场相当可观。 硅是自然界存量最多的元素之一，硅材料来源广泛、价格低廉且容易获得，大生产制造技术成熟，电池制造成本持续下降，业内专家预计，未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜电池的发展等原因而下降，但主导地位仍不会根本改变。而随着太阳能电池尺寸的加大，多晶硅太阳能电池制造技术的成熟，其转换效率和单晶硅电池的差距越来越小，制造成本优势逐渐显现，所占份额也会不断提高。以高纯多晶硅为原料而制备的晶硅电池占据现有太阳能电池80%以上的市场，由于其原料易于制备，电池制备工艺最为成熟，在硅系太阳能电池中转换效率最高，无论其原料还是产品都对人类无毒无害等优点而获得了广泛的开发和应用。预计在未来的20年～30年里还不可能有其他材料和技术能取代晶硅电池位居第一的地位。 多晶硅产能扩大成本降低 多晶硅太阳能电池之所以占据主流，除取决于此类电池的优异性能外，还在于其充足、廉价、无毒、无污染的硅原料来源，而近年来多晶硅成本的降低更将使多晶硅太阳能电池大行其道。 随着硅太阳能商业化电池效率不断提高、商业化电池硅片厚度持续降低和规模效应等影响，硅太阳能成本仍在降低，规模每扩大1倍，成本降低约20%。

1 干法刻蚀和湿法刻蚀

1 干法刻蚀和湿法刻蚀 干法刻蚀是把硅片表面暴露于空气中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应，从而去掉暴露的表面材料。 湿法腐蚀是以液体化学试剂以化学方式去除硅片表面的材料。 2刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度，通常用。A/min表示 刻蚀速率=T/t(。A/min) 其中T=去掉的材料厚度 t=刻蚀所用的时间 为了高的产量，希望有高的刻蚀速率。 3刻蚀选择比指的是同一刻蚀条件下一种材料与另一种刻蚀材料相比刻蚀速率快多少。他定义为被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速率的比。 干法刻蚀的选择比低，通常不能提供对下一层材料足够高的刻蚀选择比。 高选择比意味着只刻除想要刻去的那层。 4干法刻蚀的主要目的完整的把掩膜图形复制到硅片表面上。 优点：刻蚀剖面是各向异性，具有非常好的侧壁剖面控制， 好的CD控制 最小的光刻胶脱落或粘附问题 好的片内，片间，批次间的刻蚀均匀性 较低的化学制品使用和处理费用 不足：对下层材料的差的刻蚀选择比，等离子体带来的器件损伤和昂贵的设备。 5化学机理：等离子体产生的反应元素与硅片表面的物质发生反应，为了获得高的选择比，进入腔体的气体都经过了慎重选择。等离子体化学刻蚀由于它是各向同性的，因而线宽控制差。 物理机理：等离子体产生的带能粒子在强电场下朝硅片表面加速，这些离子通过溅射刻蚀作用去除未被保护的硅片表面材料。 6基本部件：发生刻蚀反应的反应腔，一个产生等离子体的射频电源，气体流量控制系统，去除刻蚀生成物和气体的真空系统。 氟刻蚀二氧化硅，氯和氟刻蚀铝，氯，氟和溴刻蚀硅，氧去除光刻胶。 7 ECR反应器在1-10毫托的工作压力下产生很密的等离子体，他在磁场环境中采用2.45GHz 微波激励源来产生高密度等离子体。ECR反应器的一个关键点是磁场平行于反映剂的流动方向，这使得自由电子由于磁力的作用做螺旋形运动。当电子的回旋频率等于所加的微波电场频率时，能有效把电能转移到等离子体中的电子上。这种振荡增加了电子碰撞的可能性，从而产生高密度的等离子体，获得大的离子流。 8氟基气体 三个步骤：1，预刻蚀，用于去除自然氧化层，硬的掩蔽层和表面污染物来获得均匀的刻蚀2，刻至终点的主刻蚀，用来刻蚀大部分的多晶硅膜，并不损伤栅氧化层和获得理想的各向异性的侧壁剖面。

薄膜晶体硅太阳能电池分析比较

薄膜晶体硅太阳能电池分析比较 《中国组件行业投资前景及策略咨询报告》分析：目前在工业上，硅的成本大约占硅太阳能电池生产成本的一半。为减少硅的消耗量，光伏(PV)产业正期待着一些处于研究开发中的选择方案。其中最显然的一种就是转向更薄的硅衬底。现在，用于太阳能电池生产的硅衬底厚度略大于200mm，而衬底厚度略小于100mm的技术正在开发中。为使硅有源层薄至5-20 mm，可以在成本较低的硅衬底上淀积硅有源层，这样制得的电池被称为薄膜。为使其具有工业可行性，主要的挑战是在适于大规模生产的工艺中，怎样找到提高效率和降低成本之间的理想平衡。已经存在几种制造硅有源层的技术1，本文将讨论其中的三种。 薄膜PV基础 第一种技术是制作外延(epitaxial)(图1)，从高掺杂的晶体硅片(例如优级冶金硅或废料)开始，然后利用化学气相淀积(CVD)方法来淀积外延层。除成本和可用性等优势以外，这种方法还可以使硅太阳能电池从基于硅片的技术逐渐过渡到薄膜技术。由于具有与传统体硅工艺类似的工艺过程，与其它的薄膜技术相比，这种技术更容易在现有工艺线上实现。 第二种是基于层转移(layer transfer)的技术，它在多孔硅薄膜上外延淀积单晶硅层，从而可以在工艺中的某一点将单晶硅层从衬底上分离下来。这种技术的思路是多次重复利用母衬底，从而使每个太阳能电池的最终硅片成本很低。正在研究中的一种有趣的选择方案是在外延之前就分离出多孔硅薄膜，并尝试无支撑薄膜工艺的可能性。 最后一种是薄膜多晶硅太阳能电池，即将一层厚度只有几微米的晶体硅淀积在便宜的异质衬底上，比如陶瓷(图2)或高温玻璃等。晶粒尺寸在1-100mm之间的多晶硅薄膜是一种很好的选择。我们已经证实，利用非晶硅的铝诱导晶化可以获得高质量的多晶硅太阳能电池。这种工艺可以获得平均晶粒尺寸约为5 mm 的很薄的多晶硅层。接着利用生长速率超过1 mm/min的高温CVD技术，将种子层外延生长成几微米厚的吸收层，衬底为陶瓷氧化铝或玻璃陶瓷。选择热CVD是因为它的生长速率高，而且可以获得高质量的晶体。然而这样的选择却限定了只能使用陶瓷等耐热衬底材料。这项技术还不像其它薄膜技术那样成熟，但已经表现出使成本降低的巨大潜力。