电池片生产工艺.pdf

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区的电子会自发扩散到 P 区，由于电子和空穴的相向，原来呈现电中性的P 型
半导体在界面附近就富集负电荷(由于一部分空穴扩散到 N 区去了)，类似的，原
来呈现电中性的 N 型半导体在界面附近就富集正电荷(由于一部分电子扩散到 P
区去了)，这样就形成了一个有 N 指向 P 的“内电场”，从而阻止电子和空穴扩
散的进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，从而形成
PN 结。当晶片受光后，PN 结中，N 型半导体的空穴往 P 型区移动，而 P 型区中
的电子往 N 型区移动，从而形成从 N 型区到 P 型区的电流。然后在 PN 结中形成
电势差，这就形成了电源。下面就是这样的电源图。
由于半导体不是电的良导体，电子在通过 p-n 结后如果在半导体中流动，电
阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电
流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖 p-n 结（如图 梳状电极），以增加入
射光的面积。
另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科
学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜（如图），实际工业生产基本都
是用化学气相沉积沉积一层氮化硅膜，厚度在 1000 埃左右。将反射损失减小到
5%甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池
（通常是 36 个）并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。
三、硅片生产工艺
硅片生产方法
单晶硅硅棒生产方法
目前单晶硅硅棒生产方法主要有 CZ 法（直拉法），FZ 法（区熔法）。
（1）CZ 法是利用旋转着的籽晶从坩埚中的熔体中提拉制备出单晶的方法，
又称直拉法。目前国内太阳电池单晶硅硅片生产厂家大多采用这种技术。
（2）区域熔化是对锭条的一部份进行熔化，熔化的部分称为熔区，当熔区
从头到尾移动一次后，杂质随熔区移到尾部。利用这种方法可以进行多次提纯，
一次一次移动熔区以达到最好的提纯效果，但由于液固相转变温度高，能耗大，
多次区熔提纯成本高。区熔法有水平区熔和悬浮区熔，前者主要用于锗提纯及生
长锗单晶，硅单晶的生长则主要采用悬浮区熔法，生长过程中不使用坩埚，熔区
悬浮于多晶硅棒和下方生长出的单晶之间。由于悬浮区熔时，熔区呈悬浮状态，
不与任何物质接触，因而不会被沾污。此外，由于硅中杂质的分凝效应和蒸发效
应，可获得高纯单晶硅。目前航天领域用的太阳电池所用硅片主要用这种方式生
长。
多晶硅锭生产方法
多晶硅锭生产方法主要有浇铸、热交换法及布里曼法、电磁铸锭法这三种。（1）浇铸法将熔炼及凝固分开，熔炼在一个石英砂炉衬的感应炉中进行，
熔融的硅液浇入一个石墨模型中，石墨模型置于一个升降台上，周围用电阻加热，
然后以 1mm/min 的速度下降。其特点是熔化和结晶在两个不同的坩埚中进行，这
种生产方法可以实现半连续化生产，其熔化、结晶、冷却分别位于不同的地方，
可以有效提高生产效率，降低能源消耗。缺点是因为熔融和结晶使用不同的坩埚，
会导致二次污染，此外因为有坩埚翻转机构及引锭机构，使得其结构相对较复杂。
浇筑法硅锭炉示意图
（2）热交换法及布里曼法都是把熔化及凝固置于同一坩埚中（ 避免了二次
污染），其中热交换法是将硅料在坩埚中熔化后，在坩埚底部通冷却水或冷气体，
在底部进行热量交换，形成温度梯度，促使晶体定向生长。下图为一个使用热交
换法的结晶。炉示意图该炉型采用顶底加热，在熔化过程中，底部用一个可移动
的热开关绝热，结晶时则将它移开以便将坩埚底部的热量通过冷却台带走，从而形成温度梯度。
热交换法结晶炉炉内结构示意图
（3）电磁铸锭法的特点是不使用坩埚，硅料通