作為引領(lǐng)中國外貿(mào)增長的“新三樣”（電動汽車、光伏產(chǎn)品、鋰電池）之一，光伏行業(yè)2022年交出了耀眼的成績單。中國光伏行業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2022年，中國光伏產(chǎn)品（硅片、電池片、組件）出口總額約512.5億美元，同比增長80.3%。
今天，蓋斯帕克和您聊一聊，電子特氣材料在這么龐大的光伏產(chǎn)業(yè)中，又該如何應(yīng)用？
首先，我們再復(fù)習(xí)一下，電子特氣，它到底是什么？
電子特氣，也稱作電子化工材料，指為電子工業(yè)配套的精細化工材料，具有純度高、品種多、單品種使用量相對較小的特點。
電子特氣是發(fā)展電子工業(yè)的重要支撐材料之一，其質(zhì)量的好壞，不但直接影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量，而且對微電子制造技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化有重大影響。
電子工業(yè)的發(fā)展要求電子特氣產(chǎn)業(yè)與之同步，因此，電子特氣成為世界各國為發(fā)展電子工業(yè)而優(yōu)化開發(fā)的關(guān)鍵材料之一。
光伏太陽能簡介
光伏太陽能電池有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、薄膜太陽能電池三種。
01.單晶硅太陽能電池
硅系列太陽能電池中，單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟，一般都采用表面積構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。
提高轉(zhuǎn)化效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。目前單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，實驗室成果也有20%以上的。
單晶硅太陽能電池的特點是轉(zhuǎn)換效率高，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位。雖然其轉(zhuǎn)換效率高，但是制作單晶硅太陽能電池需要大量的高純度硅材料，且工藝復(fù)雜，電耗很大，且太陽能電池組件平面利用率低，致使單晶硅成本價格居高不下。要想大幅度降低其成本是非常困難的。
02.多晶硅太陽能電池
多晶硅薄膜太陽能電池是將多晶硅薄膜生長在低成本的襯底材料上，用相對薄的晶體硅層作為太陽能電池的激活層，不僅保持了晶體硅太陽能電池的高性能和穩(wěn)定性，而且材料的用量大幅度下降，明顯的降低了電池成本。
多晶硅薄膜太陽能電池的工作原理與其它太陽能電池一樣，是基于太陽光與半導(dǎo)體材料的作用而形成光伏效應(yīng)。
多晶硅太陽能電池的特點
1.具有穩(wěn)定高效的光電轉(zhuǎn)換效率
2.表面覆深藍色氮化硅減反膜，顏色均勻美觀
3.高品質(zhì)銀和銀鋁漿料，確保良好的導(dǎo)電性、可靠的附著力和很好的電極可焊性
4.高精度的絲網(wǎng)印刷圖形和高平整度，使得電池易于自動焊接和激光切割
03
薄膜太陽能電池
薄膜太陽能電池指用單質(zhì)元素薄膜、無機化合物薄膜或者有機材料薄膜等制作的太陽能電池。通常其厚度約為1-2μm。
這些薄膜通常用化學(xué)氣相沉積、真空蒸鍍、輝光發(fā)電、濺射等方法制得。薄膜太陽能電池具有輕質(zhì)、耐用、簡單等優(yōu)點。
根據(jù)所用半導(dǎo)體的類型，薄膜太陽能電池主要有以下三類：非晶硅、碲化鎘和銅銦鎵硒。
非晶硅薄膜太陽能電池具有吸光率高、重量輕、工藝簡單、低成本和低能耗等優(yōu)點，但是轉(zhuǎn)換效率偏低且隨時間而衰退；
碲化鎘薄膜太陽能電池具有成本低、轉(zhuǎn)換效率高且性能穩(wěn)定的優(yōu)勢，是技術(shù)上發(fā)展較快的一種薄膜太陽能電池；
銅銦鎵硒薄膜太陽能電池由于材料有近似最佳的光學(xué)能隙、吸收率高、抗輻射能力強和穩(wěn)定性好等特點，被國際上成為最有希望獲得大規(guī)模應(yīng)用的太陽能電池之一。
電子特氣在光伏太陽能制造中的應(yīng)用
01.制造工藝流程
晶體硅太陽能電池制造的常規(guī)工藝主要包括：硅片清洗、絨面制備、擴散制結(jié)、等離子周邊刻蝕、去磷硅玻璃、PECVD減反射膜制備、電極印刷及烘干、燒結(jié)、Laser和分選測試等。晶體硅太陽能電池制造工藝流程示意圖如圖1所示。
非晶硅薄膜太陽能電池的制造工藝流程示意圖-1
非晶硅薄膜電池的生產(chǎn)過程由清洗透明導(dǎo)電玻璃（TCO）、第一次激光刻劃、等離子增強化學(xué)氣相沉積（PECVD）、第二次激光刻劃、磁控濺射鍍膜、封裝測試、熱老化等步驟組成。非晶硅薄膜太陽能電池制造工藝流程示意圖如下圖所示。
非晶硅薄膜太陽能電池的制造工藝流程示意圖-2
02.電子特氣在制造中的應(yīng)用
在太陽能電池的制造過程中用到的氣體不到25中，盡管不到半導(dǎo)體制造所用氣體的一半，但其用量遠遠大于半導(dǎo)體行業(yè)。
硅烷
硅烷作為一種提供硅組分的氣體源，是易燃、有毒性氣體，可用于制造高純度多晶硅、單晶硅、微晶硅、非晶硅、氮化硅、氧化硅、異質(zhì)硅、各種金屬硅化物，是將硅分子附著于電池表面最有效的方式。因其高純度和能實現(xiàn)精細控制，已成為許多其他硅源無法取代的重要特種氣體。
高純氨
高純度氨氣是有刺激性惡臭的無色氣體。極易溶于水。高純氨氣是強腐蝕性有毒物質(zhì)，對皮膚和眼睛有強烈腐蝕的作用，產(chǎn)生嚴重疼痛性灼傷。高純氨和硅烷在較高溫度下，經(jīng)化學(xué)氣相沉積生成氮化硅減反射膜用于表面鈍化和減少光的反射，鈍化可以去掉硅電池表面的懸空鍵和降低表面態(tài)，從而降低表面復(fù)合損失，提高太陽能電池的光轉(zhuǎn)換效率。
高純氨的質(zhì)量直接影響材料的光學(xué)性能和電學(xué)性能乃至器件的使用壽命。實際上，只要氨中水含量達到萬分之一，水基本上就完全代替氨從而和硅烷反應(yīng)，反應(yīng)生成的是SiO2而不是Si3N4，這樣就無法滿足電子工業(yè)嚴格要求的工藝條件了，其中的原因在于水比氨更容易與硅烷反應(yīng)結(jié)合，生成的SiO2也比Si3N4更穩(wěn)定。
溶液
硫酸、王水、酸性和堿性過氧化氫溶液等是光伏太陽能制造中的“清洗劑”。硅片的潔凈度和表面狀態(tài)對光電轉(zhuǎn)換效率的影響很大，是生產(chǎn)中的重點工序，通過這些化學(xué)清洗劑可以達到去污的目的。硅片在切割過程中表面留有大約10-20μm的鋸后損傷層，對制絨有很大影響，因此在制絨前必須將其除去。生產(chǎn)中主要通過HF、HNO3、HCI等對硅片進行腐蝕處理。
硅可與氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿的溶液起作用，生成硅酸鹽并放出氫氣。出于經(jīng)濟上的考慮，通常用較廉價的NaOH溶液。堿腐蝕的硅片表面雖然沒有酸腐蝕光亮平整，但制成的電池性能完全相同，目前，國內(nèi)外在硅太陽電池生成中的應(yīng)用表面，由于堿腐蝕液成本較低，對環(huán)境污染較小，是較理想的硅表面腐蝕液，另外堿腐蝕還可以用于硅片的減薄技術(shù)，制造薄型硅太陽電池。
氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、聯(lián)氨和乙二胺、硝酸、氫氟酸等堿性溶液在光伏太陽能電池制造中用于制絨工序。制絨是硅太陽能電池生成的一道工序，通過將光滑如鏡的表面腐蝕成凹凸不平的表面結(jié)構(gòu)，延長光在電池表面的傳播路徑，減少光反射造成的光損失，從而提高太陽能電池對光的吸收效率。同時絨面也能對以后組件封裝的光匹配有比較大的幫助，可以減少組件封裝的損耗。
各向異性腐蝕即腐蝕速度隨單品的不同結(jié)晶方向而變化，一般說來，晶面間的共價鍵密度越高，也就越難腐蝕。硅的各向異性腐蝕液通常用熱的堿性溶液，工業(yè)電池的生產(chǎn)中，通常使用廉價的氫氧化鈉稀溶液（濃度為1%-2%）來制備絨面硅，腐蝕溫度為80℃左右，為了獲得均勻的絨面，還應(yīng)在溶液中添加醇類，如無水乙醇或異丙醇（IPA）等作為絡(luò)合劑，加快硅的腐蝕。
擴散制結(jié)過程是在一塊基體材料上生成導(dǎo)電類型不同的擴散層，它和制結(jié)前的表面處理均是電池制造過程中的關(guān)鍵工序。制結(jié)方法工業(yè)上主要采用熱擴散法，擴散的目的是為了形成P-N結(jié)，它是光電轉(zhuǎn)換的核心。液態(tài)源擴散有三氯氧磷液態(tài)源擴散和硼的液態(tài)源擴散，它是通過氣體攜帶法將雜質(zhì)代入擴散爐內(nèi)實現(xiàn)擴散。
硅烷、磷化氫、硼烷、氫氣等，作為沉積氣體，用于非晶硅薄膜太陽能電池制造。有三種主要制造方法：反應(yīng)濺射法、低壓化學(xué)氣相沉積法（LPCVD）和等離子體增強化學(xué)氣相沉積法（PECVD）。三種主要的制備方法中，PECVD法最為成熟，在低溫下就可以制備非晶硅太陽能電池。PECVD是在沉積室內(nèi)建立高壓電場，反應(yīng)氣體在一定氣壓和高壓電場作用下，產(chǎn)生輝光放電，反應(yīng)氣體被激發(fā)成非?；顫姷姆肿印⒃?、離子和原子團構(gòu)成的等離子體，大大降低了沉積反應(yīng)溫度，加速了化學(xué)反應(yīng)過程，提高了沉積速率。沉積非晶硅N層用磷化氫和硅烷、沉積非晶硅I層用硅烷和氫氣、沉積P層用硼烷、氫氣、硅烷等材料。
含氟電子特氣或強腐蝕性酸堿常作為光伏太陽能電池制造中的刻蝕劑?？涛g作為太陽能電池生產(chǎn)中的第三道工序其主要的作用就是去除擴散后硅片四周的N型硅，防止漏電。目前晶體硅太陽能電池一般采用干法和濕法兩種刻蝕方法。干法刻蝕是采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料進行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除。它的優(yōu)勢在于快速的刻蝕速率同時可獲得良好的物理形貌。
刻蝕氣體有CF4、NF3等，這些過程的刻蝕速率受制于較低的F?濃度，因此，刻蝕效率較低，如果在其中加入O2，Si和SiO2則刻蝕速率會增加。濕法刻蝕是通過化學(xué)反應(yīng)，由滾輪的攜帶藥液在硅片非絨面刻蝕，經(jīng)過一次硅片180度的旋轉(zhuǎn)從而形成一個刻痕，將所處位置的PN結(jié)刻斷，以達到正面與背面絕緣的目的，同時進行選擇性的刻蝕將擴散深的PN結(jié)變成一定深度的淺PN結(jié)，最后經(jīng)過HF酸槽去除擴散工序產(chǎn)生的磷硅玻璃層。濕法刻蝕用到的化學(xué)品有硝酸、氫氟酸、氫氧化鉀等。
03.制造過程中如何使用電子特氣
隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各個行業(yè)對技術(shù)的要求不斷提升，而對于電子特氣行業(yè)也逐漸意識到生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提升的重要性。隨之各種先進的生產(chǎn)技術(shù)被運用到電子特氣當(dāng)中，這對行業(yè)的發(fā)展有著極大的意義。
從以上內(nèi)容可以看出，光伏太陽能生產(chǎn)制造中所用到的氣體，和半導(dǎo)體制造所用氣體一樣，不可或缺且極大多數(shù)屬于危險性氣體，都需要安裝氣路控制系統(tǒng)以保證人身安全及生產(chǎn)質(zhì)量。
蓋斯帕克作為半導(dǎo)體、光伏太陽能制造等高新行業(yè)的上游廠商，為它們提供整套、全面的氣路系統(tǒng)解決方案，保障氣體的純度，賦能行業(yè)提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性、人員的安全性。13年的行業(yè)經(jīng)驗，讓我們積累了豐富的經(jīng)驗以及雄厚的技術(shù)實力，如果您有亟待解決的氣路問題，隨時可以聯(lián)系我們！
