HJT電池片生產(chǎn)工藝流程

高效異質(zhì)結(jié)（HJT）光伏電池片生產(chǎn)工藝流程主要包括：初拋、吸雜、硅片制絨清洗、PECVD沉積正反面本征非晶硅膜層和摻雜微晶硅膜層、PVD沉積正反面TCO薄膜、絲網(wǎng)印刷正反面柵線電極及低溫固化等工藝流程

工藝流程詳見下圖：

1、初拋/吸雜

前端通過硅片分選機(jī)對(duì)硅片電阻率進(jìn)行區(qū)分，電阻率值在1.0-1.6這個(gè)區(qū)間為高質(zhì)量硅片，其余為低質(zhì)量硅片。對(duì)于高質(zhì)量硅片，直接跳過初拋/吸雜工序進(jìn)行制絨清洗，而對(duì)于頭尾料部分低質(zhì)量硅片則進(jìn)行初拋/吸雜處理。

（1）初拋

初拋工序的主要目的為去除硅片表面的顆粒物和有機(jī)物，略微去除損傷層，采用臭氧清洗+初拋+臭氧清洗工藝，最后氫氟酸清洗，慢提拉，烘干。臭氧清洗和制絨臭氧清洗相同。

主要反應(yīng)方程式：

Si+O₂=SiO_x+0₂↑

SiO_x+HF=H₂SiF₂+H₂O

初拋和制絨的初拋相同。

主要反應(yīng)方程式：

2NaOH+Si+2H₂O=Na₂SiO₂+2H₂↑

酸洗主要反應(yīng)方程式：

SiO_x+HF=H₂SiF₂+H₂O

初拋?zhàn)詈筮M(jìn)入烘干槽，在65℃~75℃條件下采用熱風(fēng)干燥硅片表面，進(jìn)入后續(xù)工序。烘干加熱方式為電加熱。

主要反應(yīng)方程式：

Si+O₂=SiO_x

（2）吸雜（擴(kuò)散）

初拋清洗后的硅片進(jìn)行吸雜（摻雜擴(kuò)散），目的在硅片表面上生成摻雜的擴(kuò)散層，即吸雜層，通過雜質(zhì)在硅片和擴(kuò)散層中的溶解度不同，將更多的金屬離子如：Cr,Fe等吸附在擴(kuò)散層中，在后續(xù)工序中去除擴(kuò)散層，同時(shí)去除了擴(kuò)散中集中的有害離子。

工藝使用管式擴(kuò)散爐進(jìn)行吸雜（熱擴(kuò)散），管式爐內(nèi)部為真空，采用爐體式加熱絲加熱。管式擴(kuò)散爐主要由石英舟的上下料部分、廢氣室、爐體部分和氣柜部分等四大部分組成，使用液態(tài)三氯氧磷（POCl₂）作為擴(kuò)散源。將硅片放在管式擴(kuò)散爐的石英容器內(nèi)，在高溫下使用攜帶氣體-氮?dú)猓∟₂）將POCl₂帶入石英管，POCl₂分解后，游離的P和O進(jìn)入硅片表面，形成N+的摻雜層。該方法制備的摻雜結(jié)均勻性好。

主要操作過程如下：

①硅片進(jìn)舟的同時(shí)給爐體加溫，通入N2起到均衡管內(nèi)氣體的作用；

②通入大量的N₂沖洗管道，排除管道氣體；

③為防止POCl₂分解產(chǎn)生PCls腐蝕硅片表面，通入大量O₂將PCls氧化成P₂Os;

④擴(kuò)散過程中，通入POCl₂、N2、O2等原料，同時(shí)增加機(jī)器箱體內(nèi)壓力。N2作為攜帶源，通過裝有液體POCl2的源瓶，攜帶POCl₂進(jìn)入密閉石英管；再通入O₂，過程中POCl2將分解出游離態(tài)的P、O進(jìn)入硅片表面，形成摻雜；游離的Cl形成Cl₂（氣體）,Cl₂隨過量的O₂（氣體）一起排出。

（N₂流量約1000～2000sccm，時(shí)間約30min，可攜帶POCl2約20g;O2流量約1000～3000sccm，時(shí)間約50min，保持溫度≥600℃。主要反應(yīng)方程式如下：

5POCl₂—260C→3PCl₂+P₂O₂4PCl₂+5O₂→2P₂O₂+10Cl₂↑2P₂O₂+5Si→5SiO₂+4P↓

⑤擴(kuò)散后再通入大量O₂，確保充分反應(yīng)消耗掉剩余的POCl₂，保證安全生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)管內(nèi)開始降溫。

⑥硅片出舟的同時(shí)通入大量N2以排除管內(nèi)氣體（N₂、O₂、Cl₂)，繼續(xù)降溫。

⑦待硅片冷卻后卸片。

2、單晶制絨

單晶制絨是利用NaOH腐蝕液對(duì)N型硅片進(jìn)行各項(xiàng)異性腐蝕，將Si(100）晶面腐蝕為Si(111）晶面的四方椎體結(jié)構(gòu)（“金字塔結(jié)構(gòu)”），即在硅片表面形成絨面，可將硅片表面反射率降低至12.5%以下，從而產(chǎn)生更多的光生載流子，形成潔凈硅片表面，由于HJT電池中硅片襯底表面直接為異質(zhì)結(jié)界面的一部分，故需形成潔凈硅片表面，從而避免不潔凈引進(jìn)的缺陷和雜質(zhì)而帶來(lái)的結(jié)界面處載流子的復(fù)合。

>制絨清洗過程

硅片裝入制絨清洗設(shè)備。制絨清洗設(shè)備采用全密閉、連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)，槽液自動(dòng)配備、通過管道定量投加，槽體頂部設(shè)置廢氣收集管道收集廢氣；廢槽液采用底部管道收集、純水連續(xù)溢流采用管道收集。

（1）預(yù)清洗

去除擴(kuò)散吸雜形成的PSG，達(dá)到去除硅片體內(nèi)雜質(zhì)的效果。

（2）去損傷層

因單晶硅片在生產(chǎn)過程中，表面會(huì)存在不同程度的損傷，故在制絨之前需用堿液對(duì)其表面進(jìn)行腐蝕，對(duì)損傷層進(jìn)行剝離。項(xiàng)目去損傷層工序工作溫度為80℃，工作時(shí)間約120s，槽液主要成分：約10.05%NaOH。槽液按濃度自動(dòng)補(bǔ)加，每天更換2次。該工序會(huì)產(chǎn)生堿性廢氣和堿性廢水。其化學(xué)反應(yīng)過程：

Si+2NaOH+2H₂O=K₂SiO₂+2H₂1

(3)SC1清洗

將合格硅片裝入清洗機(jī)，采用超聲波方法對(duì)硅片表面可能玷污的雜質(zhì)進(jìn)行清洗，主要目的是去除硅片上的污物。將硅片放入超聲波清洗機(jī)后加入純水，并按配比添加適量的清洗液進(jìn)行清洗，然后采用純水清洗。工作溫度為65℃，工作時(shí)間約240s，槽液主要成分：約2.23%NaOH、4.82%H₂O₂。槽液按濃度自動(dòng)補(bǔ)加，每天更換2次。該工序會(huì)產(chǎn)生堿性廢氣和堿性廢水。

（4）制絨

該工序的工藝目的是為了減少光的反射率，提高短路電流（Isc)，最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)，本工藝步驟也為下一步工藝進(jìn)行表面清理和準(zhǔn)備，表面處理的質(zhì)量決定了電池效率的高低。

制絨是晶硅電池的第一道工藝，又稱“表面織構(gòu)化”。制絨是利用堿對(duì)單晶硅表面的各向異性腐蝕特性，采用堿與醇的混合溶液對(duì)晶面進(jìn)行腐蝕，從而在單晶硅片表面形成類似“金字塔”狀的絨面。項(xiàng)目采用氫氧化鈉和制絨添加劑配置的溶液來(lái)制備絨面，添加劑可降低硅片表面張力，改善硅片與NaOH液體的浸潤(rùn)效果以及促進(jìn)氫氣泡的釋放，減弱NaOH溶液對(duì)硅片的腐蝕力度，增強(qiáng)腐蝕的各向異性，使金字塔更加均勻一致。制絨面形成的方程式如下：

Si+2NaOH+H2O=K2SiO2+2H21

項(xiàng)目制絨工序工作溫度為85℃，工作時(shí)間約900s，槽液主要成分：約7.14%NaOH、2.52%添加劑。槽液按濃度自動(dòng)補(bǔ)加，每天更換2次。

臭氧制備：臭氧由制絨清洗設(shè)備自帶的臭氧發(fā)生器在線制備。臭氧發(fā)生器中通入氧氣，采用強(qiáng)電離放電法生成臭氧，在氣液溶解器與純水混合（30-50ppm)，再經(jīng)氣液混合器生成臭氧水，多余的臭氧經(jīng)氣液分離器與臭氧水分離后，再經(jīng)臭氧氣體分解器生成氧氣。

e+O₂→2O+e

o+O₂+M→O₂+M

(5)SC1清洗

由于H₂O₂的作用，硅片表面有一層自然氧化膜（SiO₂)，呈親水性，硅片表面和粒子之間可被清洗液浸透。由于硅片表面的自然氧化層與硅片表面的Si被腐蝕，因此附著在硅片表面的顆粒便落入清洗液中，從而達(dá)到去除粒子的目的。在腐蝕硅片表面的同時(shí)，H₂O₂又在氧化硅片表面形成新的氧化膜。項(xiàng)目SC1清洗工序工作溫度為80℃，工作時(shí)間約240s，槽液主要成分：約2.23%NaOH、4.82%H₂O₂。槽液按濃度自動(dòng)補(bǔ)加，每天更換2次。該工序會(huì)產(chǎn)生堿性廢氣和堿性廢水。

（6）化學(xué)拋光

通過酸液對(duì)硅片的緩慢腐蝕，使得制絨過程中形成的金字塔的底部尖銳部分被圓化處理，降低后續(xù)非晶硅沉積過程產(chǎn)生的應(yīng)力。化學(xué)拋光的方程式如下：

SiO2+4HF=SiF₂+2H2O

化學(xué)拋光工序工作溫度為25℃，工作時(shí)間約85s，槽液主要成分：約0.32%HF、O2。槽液按濃度自動(dòng)補(bǔ)加，每天更換2次。該工序會(huì)產(chǎn)生酸性廢氣和濃含氟廢水。

(7)SC2清洗

利用鹽酸、雙氧水溶液去除硅片表面的鈉、鐵、鎂等金屬沾污，為后續(xù)的沉積做準(zhǔn)備。項(xiàng)目SC2清洗工序工作溫度為65℃，工作時(shí)間約240s，槽液主要成分：約5.8%HC1、4.76%H2O2。槽液按濃度自動(dòng)補(bǔ)加，每天更換2次。該工序會(huì)產(chǎn)生酸性廢氣和酸性廢水。

（8）酸洗

利用HF去除硅片表面的自然氧化膜，附著在自然氧化膜上的金屬將被溶解到清洗液中，同時(shí)DHF抑制了氧化膜的形成，因此可以很容易地去除硅片表面

的Al、Fe、Zn等金屬，DHF也可以去除附著在自然氧化膜上的金屬氫氧化物。用DHF清洗時(shí)，在自然氧化膜被腐蝕掉時(shí)，硅片表面的硅幾乎不被腐蝕。項(xiàng)目DHF工序工作溫度為25℃，工作時(shí)間約120s，槽液主要成分：約5.35%HF。槽液按濃度自動(dòng)補(bǔ)加，每天更換2次。該工序會(huì)產(chǎn)生酸性廢氣和濃含氟廢水。

（9）清洗

項(xiàng)目預(yù)清洗、去損傷層、制絨等工序后均設(shè)有清洗工序，用于去除上道工序殘留在工件表面的酸、堿等。由于光伏電池對(duì)硅片的清潔度要求較高，項(xiàng)目清洗工序均采用單線清洗方式，清洗槽均采用溢流式，清洗槽清洗水連續(xù)補(bǔ)加。該工序會(huì)產(chǎn)生清洗廢水：包括堿性廢水、酸性廢水、有機(jī)廢水和稀含氟廢水等。

（10）烘干

最后采用熱風(fēng)烘干干燥，在65℃~75℃條件下采用熱風(fēng)干燥硅片表面，進(jìn)入后續(xù)工序。烘干加熱方式為電加熱。

3、硅薄膜沉積

PECVD是在反應(yīng)室中利用高頻電場(chǎng)輔助將含有硅的氣體分子分解，然后分解出來(lái)的硅原子或含硅的基團(tuán)沉積在襯底上。為避免摻雜氣體沉積過程中導(dǎo)致的交叉污染，由4個(gè)主工藝反應(yīng)腔分別來(lái)沉積i-a-Si:H(p面）、p-a-Si:H、i-a-Si:H(n面）、n-a-Si:H，使用SiH2作為前驅(qū)物（并通過H2來(lái)調(diào)節(jié)SiH2比例）來(lái)沉積i-a-Si:H，加入摻雜氣體PH2、B2H2進(jìn)行相對(duì)應(yīng)n-a-Si:H、p-a-Si:H膜層的沉積，i-a-Si:H膜沉積厚度均控制在5-8nm之間。對(duì)于微晶摻雜層厚度控制在15-20nm之間。

4、TCO沉積

在硅片表面沉積非晶硅薄膜后，下一個(gè)步驟是在硅片的正反兩面沉積透明導(dǎo)電氧化物薄膜。由于非晶硅的導(dǎo)電性較差，所以在異質(zhì)結(jié)的制作過程中，在電極和非晶硅層之間加一層TCO(Transparent conductive oxide，透明導(dǎo)電氧化物）膜可以有效地增加載流子的收集。

透明導(dǎo)電氧化薄膜具有光學(xué)透明和導(dǎo)電雙重功能，對(duì)有效載流子的收集起著關(guān)鍵作用，可以減少光的反射，起到很好的陷光作用，是很好的窗口層材料。在異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池中，常用的TCO材料是錫摻雜In2O2，即ITO,ITO薄膜同時(shí)具有透明性和導(dǎo)電性。

目前，HJT電池TCO薄膜沉積的方法主要為PVD。采用PVD（磁控濺射物理氣相沉積）濺射沉積ITO（銦錫氧化物半導(dǎo)體透明導(dǎo)電膜）導(dǎo)電電極。具體工藝為在腔室中通入Ar氣，Ar在中頻電源的作用下輝光放電電離，Ar離子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同作用下轟擊靶材表面，將靶材的原子離子轟擊出來(lái)沉積在Si片表面上，最終形成ITO薄膜。

PVD(Physical Vapor Deposition)，中文名稱為物理氣相沉積，是在真空件下，采用物理方法將靶材（可為金屬、金屬合金）氣化成氣態(tài)分子、原子或部分電離成離子，并通過氣相過程在襯底上沉積一層具有特殊性能的薄膜技術(shù)。PVD工藝主要有真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜以及真空離子鍍膜，本項(xiàng)目采用真空濺射鍍膜的方式。

5、絲網(wǎng)印刷、固化

為了將產(chǎn)生的電流導(dǎo)出，需要在電池片表面制作正、負(fù)兩個(gè)電極。制備電極的基本要求是：能與ITO薄膜形成良好的接觸，具有良好的導(dǎo)電性能，高電流收集效率等。目前行業(yè)內(nèi)最常用的制備電極的方法為絲網(wǎng)印刷，使用絲網(wǎng)印刷的方式在電池正背面印刷銀漿。

由于HJT電池不耐高溫，所以本項(xiàng)目采用銀漿不同于常規(guī)產(chǎn)品，工藝中使用低溫銀漿印刷及低溫固化，具體工藝流程包括背電極印刷、烘干、正電極印刷、烘干和低溫固化，固化溫度一般控制在200℃左右。

6、測(cè)試、分選、包裝

測(cè)試分選機(jī)利用太陽(yáng)光模擬器測(cè)試電池片的電壓，根據(jù)電池片的轉(zhuǎn)化效率將不同轉(zhuǎn)化效率的電池片分檔。最后經(jīng)自動(dòng)包裝機(jī)進(jìn)行打包，轉(zhuǎn)運(yùn)至成品倉(cāng)庫(kù)。

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