太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝近些年來(lái)，全世界生產(chǎn)應(yīng)用最多的太陽(yáng)能電池是由單晶硅太陽(yáng)能電池和多晶硅太陽(yáng)能電池構(gòu)成的晶體硅太陽(yáng)能電池，其產(chǎn)量占到當(dāng)前世界太陽(yáng)能電池總產(chǎn)量的90％以上。它們工藝技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定可靠，光電轉(zhuǎn)換效率高，使用壽命長(zhǎng)，已進(jìn)人工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。因此，本節(jié)對(duì)地面用晶體硅太陽(yáng)能電池的一般生產(chǎn)制造工藝進(jìn)行介紹。晶體硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)制造工藝包括的內(nèi)容范圍有寬狹之分。寬的內(nèi)容范圍，包括硅材料的制備、太陽(yáng)能電池的制造和太陽(yáng)能電池組件的封裝三個(gè)部分。狹的內(nèi)容范圍，僅包括太陽(yáng)能電池的制造。下面按照寬的內(nèi)容范圍加以介紹，即不但包括太陽(yáng)能電池的制造，還包括硅材料的制備和太陽(yáng)能電池組件的封裝。硅材料的制備(一)高純多晶硅的制備(二)單晶硅錠的制備．單晶硅錠的制備方法很多，可從熔體上生長(zhǎng)，也可從氣相中沉積。目前國(guó)內(nèi)外在生產(chǎn)中采用的主要有熔體直拉法和懸浮區(qū)熔法兩種。(三)多晶硅錠的制備多晶硅太陽(yáng)能電池是以多晶硅為基體材料的太陽(yáng)能電池。它的出現(xiàn)主要是為了降低晶體硅太陽(yáng)能電池的成本。其主要優(yōu)點(diǎn)有：能直接拉制出方形硅錠，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，并能制出大型硅錠以形成工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，材質(zhì)電能消耗較省，并能用較低純度的硅作投爐料；可在電池工藝方面采取措施降低晶界及其他雜質(zhì)的影響。其主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)出的多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率要比單晶硅電池稍低。多晶硅的鑄錠工藝主要有定向凝固法和澆鑄法兩種。(四)片狀硅的制備片狀硅又稱硅帶，是從熔體中直接生長(zhǎng)出來(lái)，可以大為減少切片的損失，片厚約100200~m。主要生長(zhǎng)方法有限邊喂膜(EFG)法、枝蔓蹼狀晶(WEB)法、邊緣支撐晶(ESP)法、小角度帶狀生長(zhǎng)法、激光區(qū)熔法和顆粒硅帶法等。其中枝蔓蹼狀晶法和限邊喂膜法比較成熟。枝蔓蹼狀晶法，是從坩堝里長(zhǎng)出兩條枝蔓晶，由于表面張力的作用，兩條枝晶中間會(huì)同時(shí)長(zhǎng)出一層薄膜，切去兩邊的枝晶，用中間的片狀晶來(lái)制作太陽(yáng)能電池。由于硅片形狀如蹼狀，所以稱為蹼狀晶。它在各種硅帶中質(zhì)量最好，但生長(zhǎng)速度相對(duì)較慢。限邊喂膜法，是從特制的模具中拉出筒狀硅，然后用激光切割成單片來(lái)制作太陽(yáng)能電池。目前已能拉出每面寬10cm的10面體筒狀硅，厚度達(dá)300μm。它是目前投入研發(fā)最多的硅帶，產(chǎn)量已達(dá)4MW級(jí)。近期硅帶的研發(fā)目標(biāo)，是制出125mmXl25mm的硅片，將厚度降至250μm左右。用限邊喂膜法進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)滿足的主要技術(shù)條件為：①采用自動(dòng)控制溫度梯度、固液交界的新月形的高度及硅帶的寬度等，以有效地保證晶體生長(zhǎng)的穩(wěn)定性。②在模具對(duì)硅料的污染方面進(jìn)行控制。從總體上來(lái)說(shuō)，硅帶生長(zhǎng)方法目前仍在進(jìn)一步研究試驗(yàn)中，僅建立了少數(shù)中試生產(chǎn)線，尚未投入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。(五)太陽(yáng)能級(jí)硅的研發(fā)．快速發(fā)展的晶體硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)與應(yīng)用，使硅材料的需要量劇增，耗量巨大。按我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在的生產(chǎn)技術(shù)水平，生產(chǎn)1MW硅太陽(yáng)能電池約需15t硅材料，如果我國(guó)到2010年生產(chǎn)IOOMW硅太陽(yáng)能電池，考慮到屆時(shí)可將硅片的厚度降到200～250μm左右，則將需耗用1000t左右硅材料，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我國(guó)硅材料的供應(yīng)能力。因此，必須未雨綢繆，下大力氣研究解決硅材料的生產(chǎn)供應(yīng)問(wèn)題。研發(fā)生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)硅是重要的解決途徑。所謂“太陽(yáng)能級(jí)硅”并無(wú)精確的定義，由于冶金級(jí)硅的雜質(zhì)含量太高，影響電池的光電轉(zhuǎn)換效率，如設(shè)法將其用簡(jiǎn)單的化學(xué)或物理方法提純，使之能夠用于制造太陽(yáng)能電池，則將大大降低電池的成本，這種硅就稱之為“太陽(yáng)能級(jí)硅”。一般認(rèn)為，能夠制造出光電轉(zhuǎn)換效率10％電池的廉價(jià)硅材料，即可稱之為“太陽(yáng)能級(jí)硅”。而能用于制造集成電路的硅，則稱之為“電路級(jí)硅”。為探索各種不同雜質(zhì)原子對(duì)太陽(yáng)能電池效率的影響，科研人員花費(fèi)了大量精力進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)，已取得如下成果：①鉭、鉬、鈮、鋯、鎢、鈦、釩等元素，在濃度1013—1014／cm3即對(duì)電池效率產(chǎn)生很大影響。②鎳、鋁、鈷、鐵、錳、鉻等元素，則要在濃度1015／cm3以上時(shí)才對(duì)電池效率有影響。③而磷和銅在濃度高達(dá)1018／cm2時(shí)才對(duì)電池的效率有少量影響。(六)硅片的加工硅片的加工，是將硅錠經(jīng)表面整形、定向、切割、研磨、腐蝕、拋光、清洗等工藝，加工成具有一定直徑、厚度、晶向和高度、表面平行度、平整度、光潔度，表面無(wú)缺陷、無(wú)崩邊、無(wú)損傷層，高度完整、均勻、光潔的鏡面硅片。硅片加工的一般工藝流程，如圖11所示。這一流程也包括了太陽(yáng)能電池制造階段硅片的表面處理工序，在連續(xù)生產(chǎn)中可以歸并。將硅錠按照技術(shù)要求切割成硅片，才能作為生產(chǎn)制造太陽(yáng)能電池的基體材料。因此，硅片的切割，即通常所說(shuō)的切片，是整個(gè)硅片加工的重要工序。所謂切片，就是錠通過(guò)鑲鑄金剛砂磨料的刀片(或鋼絲)的高速旋轉(zhuǎn)、接觸、磨削作用，定向切割成為要求規(guī)格的硅片。切片工藝技術(shù)直接關(guān)系到硅片的質(zhì)量和成品率。對(duì)于切片工藝技術(shù)的原則要求是：①切割精度高、表面平行度高、翹曲度和厚度公差小。②斷面完整性好，消除拉絲、刀痕和微裂紋。③提高成品率，縮小刀(鋼絲)切縫，降低原材料損耗。④提高切割速度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化切割。切片的方法目前主要有外圓切割、內(nèi)圓切割、多線切割以及激光切割等。目前工業(yè)生產(chǎn)中較多采用的切割方法之一是內(nèi)圓切割。它是用內(nèi)圓切割機(jī)將硅錠切割成0．3～0．4mm的薄片。其刀體的厚度為0．1mm左右，刀刃的厚度為0．20～0．25mm，刀刃上黏有金剛砂粉。在切割過(guò)程中，每切割一片，硅材料約有0．3～0．35mm的厚度損失，因此硅材料的利用率僅為40％～50％左右。內(nèi)圓切割刀片的示意圖，如圖12所示。內(nèi)圓式切割機(jī)的切割方法，可分成圖13所示4類：(a)刀片水平安裝，硅料水平方向送進(jìn)切割；(b)刀片垂直安裝，硅料水平方向送進(jìn)切割；(c)刀片垂直安裝，硅料垂直方向送進(jìn)切割；(d)刀片固定，硅片垂直方向送進(jìn)切割。采用多線切割機(jī)切片是當(dāng)前最為先進(jìn)的切片方法。它是用鋼絲攜帶研磨微粒完成切割工作。即將lOOkm左右鋼絲卷置于固定架上，經(jīng)過(guò)滾動(dòng)碳化硅磨料切割硅片。此法具有切片質(zhì)量高、速度快、產(chǎn)量大、成品率高、材料損耗少(切損只有0．2～0．22mm)、可切割更大更薄(0．2mm)的片以及成本低等特點(diǎn)，適宜于大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)。典型瑞士多線切割機(jī)的生產(chǎn)能力為可同時(shí)加工4組125mmXl25mmX520mm的硅錠，用時(shí)約3．15h，可切片4160片，片子目前平均厚度為325pm(可更薄)，切割刃口窄，比一般內(nèi)圓式切割機(jī)可節(jié)約硅材料約1／4左右。選用制造太陽(yáng)能電池硅片應(yīng)考慮的主要技術(shù)原則有如下各項(xiàng)：①導(dǎo)電類型在兩種導(dǎo)電類型的硅材料中，p型硅常用硼為摻雜元素，用以制造n+／p型硅電池；n型硅用磷或砷為摻雜元素，用以制造P+／n型硅電池。這兩種電池的各項(xiàng)參數(shù)大致相當(dāng)。目前國(guó)內(nèi)外大多采用p型硅材料。為降低成本，兩種材料均可選用。②電阻率硅的電阻率與摻雜濃度有關(guān)。就太陽(yáng)能電池制造而言，硅材料電阻率的范圍相當(dāng)寬，從0．1～50Ω·cm甚至更大均可采用。在一定范圍內(nèi)，電池的開路電壓隨著硅基體電阻率的下降而增加。在材料電阻率較低時(shí)，能得到較高的開路電壓，而短路電流略低，但總的轉(zhuǎn)換效率較高。所以，地面應(yīng)用宜于使用0．5～3．oΩ·cm的硅材料。太低的電阻率，反而使開路電壓降低，并導(dǎo)致填充因子下降。③晶向、位錯(cuò)、壽命太陽(yáng)能電池較多選用(111)和(110)晶向生長(zhǎng)的硅材料。對(duì)于單晶硅電池，一般都要求無(wú)位錯(cuò)，和盡量高的少子壽命。④幾何尺寸主要有?50mm、?70mm、?100mm、?200mm的圓片和lOOmmXlOOmm、125mmX125mm、150mmXl50mm的方片。硅片的厚度目前已由早先的300～450?m降為當(dāng)前的200—350mm。