本书系统介绍了晶体硅太阳电池制造工艺原理，主要内容包括：绪论，太阳能用多晶硅生产工艺，太阳电池用硅晶体生长工艺，硅片多线切割及测试，硅片的清洗和制绒，掺杂制备pn结，硅片表面和边缘刻蚀，减反射膜/钝化膜制备与激光消融开孔，电极的丝网印刷、烧结和载流子注入退火，高转换效率晶体硅太阳电池，太阳电池组件，太阳电池及其组件的测试。本书附录介绍了太阳电池的光致衰减现象及桶理论，以及双面太阳电池/组件的光电性能测试。

前言 近年来，随着我国光伏产业新政策的实施，晶体硅太阳电池的生产技术发生了很大的变化。现有的太阳电池生产企业的体量一般都比较大，在成本有效的前提下，只要太阳电池转换效率略有提升，相关企业都将获得巨大的收益。 现在，主流太阳电池的结构已从传统的背场（BSF）太阳电池发展为PERC太阳电池（有人称其为“第2代太阳电池”），并在向TOP-Con太阳电池过渡，目前新建的太阳电池生产线基本上都会生产TOP-Con太阳电池。另外，还有多种新型高效太阳电池正在涌现（如HJT太阳电池、MWT太阳电池、IBC太阳电池、钙钛矿/硅叠层太阳电池等），以及由这些新型结构组合而成的太阳电池（如由HJT和 IBC结合形成的HBC电池），这些太阳电池各有所长。随着主流太阳电池结构的变更，各种新型高效电池相继产业化，加之年产量的不断扩大，太阳电池转换效率趋近极限，促使相关技术不断革新。在这些新技术中，大尺寸硅片、黑硅表面刻蚀、选择性发射极激光掺杂、Al2O3钝化膜ALD沉积、激光消融开孔、多主栅（MBB）设计、细栅无结网版印刷、衰减恢复的注入载流子退火工艺、双面太阳电池/组件、叠瓦太阳电池组件、半片太阳电池组件，以及圆形互连条、具有不同性能的背板、POE胶膜材料等，均已实现产业化。这些新技术在本书第1版出版时，多数还处于研发阶段，甚至有的还未出现，在这一版中我们补充了这些新的技术内容。另外，这一版还介绍了太阳电池的稳定性、可靠性和外观等方面的性能要求和试验方法。 本书共12章，分为5部分：第1章为绪论；第2～4章介绍太阳能用多晶硅生产工艺、太阳电池用硅晶体生长工艺、硅片多线切割及测试；第5～10章介绍太阳电池制造工艺，内容包括硅片的清洗和制绒，掺杂制备pn结，硅片表面和边缘刻蚀，减反射膜/钝化膜制备与激光消融开孔，电极的丝网印刷、烧结和载流子注入退火，高转换效率晶体硅太阳电池；第11章介绍太阳电池组件；第12章介绍太阳电池及其组件的测试。 此外，本书增设了两个附录。其中：附录A讨论了太阳电池的光致衰减（LID）问题。光致衰减的改善对PERC太阳电池来说尤为重要，目前虽有一些解决方法（例如：注入载流子退火光致衰减恢复技术；降低硅原材料中杂质含量；等等），但是光致衰减机理尚不明朗，而机理研究有助于工艺参数的确定。为此，附录A中重点介绍了一种目前相对比较完善的斯图伊（Stuey）桶理论。附录B介绍的是双面太阳电池/组件的检测方法，双面光伏器件的测试具有特殊性，这里介绍了几种目前行业中正在采用的方法，它们各具特色，供读者在生产实践中参考。 本书由陈哲艮、郑志东编著。其中：郑志东高级工程师编写了第2～4章，陈哲艮编写了第1章、第5～12章、附录A和附录B；全书由陈哲艮统稿。郑志东高级工程师在太阳电池硅材料、硅晶体生长和硅片制备领域工作多年，有很深的学术造诣和丰富的实践经验。 在本书再版撰写过程中，得到了浙江正泰新能源开发有限公司新能源技术研究院王仕鹏院长、研发部何胜总监以及丰明璋、杜振星工程师等的帮助，他们仔细审阅并修改了工艺实例。另外还要感谢浙江晶盛机电股份有限公司副总经理朱亮博士在修订硅棒拉制工艺部分时给予的帮助，以及电子工业出版社张剑编审对本书的再版提供的指导和帮助。 由于作者水平和写作时间有限，书中难免存在疏漏和错误之处，敬请读者批评指正。 陈哲艮 2022年8月于西子湖畔

第1章 绪论 1. 1 光伏效应 1. 2 阳光资源 1. 3 太阳能光伏发电系统 1. 3. 1 太阳能光伏发电系统的结构 1. 3. 2 分布式光伏发电系统 1. 3. 3 微电网系统 1. 3. 4 大型光伏电站 1. 4 晶体硅太阳电池和组件的制造 参考文献 第2章 太阳能用多晶硅生产工艺 2. 1 西门子法 2. 2 硅烷法 2. 3 流化床法 2. 4 冶金法 参考文献 第3章 太阳电池用硅晶体生长工艺 3. 1 直拉单晶硅 3. 1. 1 直拉单晶炉 3. 1. 2 直拉单晶工艺 3. 1. 3 直拉单晶的影响因素 3. 1. 4 杂质的引入、分布和掺杂 3. 2 铸造多晶硅 3. 2. 1 多晶硅铸造技术 3. 2. 2 定向凝固多晶硅铸锭炉 3. 2. 3 多晶硅铸锭炉热场数学模型 3. 2. 4 多晶硅铸造生长工艺 3. 2. 5 铸造多晶硅生长的影响因素 3. 2. 6 准单晶硅和高效多晶硅 3. 2. 7 多晶硅铸锭用坩埚 参考文献 第4章 硅片多线切割及测试 4. 1 硅片多线切割 4. 2 硅晶体性能及测试 4. 2. 1 涡流法电阻率检测 4. 2. 2 硅块少子寿命测试 4. 2. 3 硅块红外探伤 4. 2. 4 无接触硅片厚度测试 4. 2. 5 硅片分选 4. 2. 6 晶体硅中的氧 4. 2. 7 晶体硅中的碳 4. 2. 8 晶体硅中的金属杂质及影响 4. 2. 9 位错和缺陷 参考文献 第5章 硅片的清洗和制绒 5. 1 硅片的选择 5. 2 硅片清洗 5. 2. 1 硅片表面的沾污源 5. 2. 2 化学清洗原理 5. 2. 3 物理清洗原理 5. 2. 4 硅片及器具的清洗 5. 3 硅片腐蚀减薄 5. 4 硅片绒面制备 5. 4. 1 碱腐蚀单晶硅片制绒 5. 4. 2 酸腐蚀多晶硅片制绒 5. 4. 3 硅片制绒质量检验 5. 5 硅片制绒新技术 参考文献 第6章 掺杂制备pn结 6. 1 扩散法掺杂制备pn结 6. 1. 1 扩散现象 6. 1. 2 扩散层杂质浓度分布 6. 1. 3 两步扩散法制结原理 6. 1. 4 固-固扩散制结原理 6. 1. 5 扩散制结的质量参数 6. 1. 6 扩散制结条件的选择 6. 1. 7 p型硅片的磷扩散制结工艺 6. 1. 8 扩散制结的质量检测 6. 2 离子注入掺杂制结 6. 2. 1 离子注入掺杂的原理 6. 2. 2 注入离子的离子分布 6. 2. 3 注入离子的离子阻滞 6. 2. 4 离子注入的沟道效应 6. 2. 5 离子注入损伤与退火 6. 2. 6 离子注入掺杂制结工艺 参考文献 第7章 硅片表面和边缘刻蚀 7. 1 干法刻蚀边缘扩散层 7. 1. 1 等离子体刻蚀 7. 1. 2 激光边缘刻蚀隔离 7. 2 湿法刻蚀表面磷硅玻璃 7. 3 湿法刻蚀扩散层 7. 3. 1 湿法刻蚀扩散层原理 7. 3. 2 硅片漂浮方式湿法刻蚀 7. 3. 3 滚轮携液方式的湿法刻蚀 7. 4 硅片周边表面刻蚀后的质量检查 参考文献 第8章 减反射膜/钝化膜制备与激光消融开孔 8. 1 减反射膜的减反射原理 8. 2 氮化硅减反射薄膜 8. 2. 1 氮化硅减反射薄膜沉积方法 8. 2. 2 氮化硅膜的热处理 8. 2. 3 双层减反射膜 8. 3 太阳电池的表面钝化技术 8. 4 Al2O3减反射/钝化膜 8. 5 激光消融开孔 参考文献 第9章 电极的丝网印刷、烧结和载流子注入退火 9. 1 电极的丝网印刷 9. 1. 1 丝网印刷金属浆料的作用 9. 1. 2 丝网印刷用材料、工具和设备 9. 1. 3 电极的丝网印刷工艺 9. 1. 4 金属栅线电极的高宽比及其测试方法 9. 1. 5 PERC太阳电池的电极设计 9. 1. 6 多主栅（MBB）太阳电池的主栅电极设计及其银浆用量 9. 1. 7 无网结网版丝印技术 9. 2 电极浆料烧结 9. 2. 1 电极浆料烧结机理 9. 2. 2 电极浆料烧结设备及工艺 9. 2. 3 电极浆料烧结质量要求 9. 3 恢复太阳电池效率的载流子注入退火 9. 4 太阳电池质量检测 参考文献 第10章 高转换效率晶体硅太阳电池 10. 1 硅基异质结（SHJ）太阳电池 10. 2 选择性发射极太阳电池 10. 3 浅结密栅太阳电池 10. 4 钝化发射极和背接触（PERC）太阳电池 10. 5 PERL和PERT结构太阳电池 10. 6 黑硅太阳电池 10. 7 叉指式背接触(IBC)太阳电池 10. 8 薄氧化层钝化接触（TOP-Con）太阳电池 10. 9 金属穿孔卷绕（MWT）太阳电池 10. 10 双面太阳电池及组件 10. 10. 1 PERC双面太阳电池及组件 10. 10. 2 PERT双面太阳电池及组件 参考文献 第11章 太阳电池组件 11. 1 太阳电池的串联和并联 11. 2 太阳电池组件的结构 11. 3 太阳电池组件的封装材料 11. 4 太阳电池组件的封装工艺 11. 5 太阳电池组件的电位诱发衰减（PID）效应 11. 6 半片太阳电池组件 11. 7 叠瓦太阳电池组件 11. 8 双面玻璃封装太阳电池组件 11. 9 金属背板太阳电池组件 11. 10 特种太阳电池组件 11. 11 太阳电池组件的性能测试 参考文献 第12章 太阳电池及其组件的测试 12. 1 太阳辐射的基本特性 12. 2 太阳模拟器 12. 3 太阳电池测试 12. 3. 1 光电性能测试 12. 3. 2 其他性能测试 12. 4 太阳电池组件测试 12. 4. 1 太阳电池组件的光电性能测试 12. 4. 2 太阳电池组件的设计鉴定和定型 12. 4. 3 太阳电池组件的安全鉴定 12. 4. 4 太阳电池组件的其他试验 12. 4. 5 太阳电池组件的可靠性测试 12. 5 太阳电池组件的室外测试 12. 6 太阳电池和组件的诊断测试 12. 6. 1 电致发光(EL)测试 12. 6. 2 光诱导电流(LBIC)测试 12. 6. 3 其他诊断测试方法 12. 6. 4 诊断测试性能分析举例 12. 7 太阳电池和组件的认证 参考文献 附录A 太阳电池的光致衰减现象及桶理论 附录B 双面太阳电池/组件的光电性能测试