晶硅电池技术简介

晶硅电池技术简介

一、制绒

制绒目的：

在晶硅电池表面形成绒面结构，增大晶硅电池表面积（增大PN结面积，增大Isc）和形成陷光结构（达到对光的多次吸收，降低反射率）。

制绒方法：

单晶（准单晶）采用碱制绒方法，低浓度碱溶液（2%左右）在高温（70-80℃）对单晶硅表面不同晶向腐蚀速率不同（各向异性：1、水分子屏蔽效应；2、不同晶面悬挂键多少与腐蚀液腐蚀速率不同。参考王文静《制绒原理与相应问题对策》），以形成金字塔形绒面结构。通过添加添加剂可以提高溶液在单晶（准单晶）表面腐蚀均匀性和促使反应产物离开单晶（准单晶）表面，促使单晶（准单晶）表面布满金字塔，使金字塔大小更加均匀。

多晶采用酸制绒方法，一定浓度HNO3和HF对多晶硅表面形成氧化还原腐蚀，因晶界和晶面之间腐蚀速率不同以生产绒面结构。腐蚀后硅片表面发暗或发亮是由于硝酸和氢氟酸比例不同，氧化反应和还原反应何占主导导致。多晶化学腐蚀可以添加添加剂（CH3COOH等），以控制腐蚀反应过程中的放热。多晶亦可采用酸雾微孔腐蚀方法（腐蚀液以酸雾形成存在），在绒面结构处进一步形成较小的绒面（参考《A new vapor texturing method for multicrystalline silicon solar cell applications》），进一步降低反射率。

晶硅也可采用等离子体刻蚀技术在晶硅表面形成绒面结构，其表面形成绒面结构大小均匀，布满整个表面，可以很好降低反射率，但对晶硅表面层形成损伤较严重，需要相应工艺处理，且设备投入成本较高。

二、扩散

扩散目的：

在晶硅表面层形成PN结。

PN结作用：

形成空间电荷区，构建内建电势场。

PN结工作原理：

当适当波长的光射入晶硅电池内部时，入射光被发射区、势垒区、基区价电子吸收，价电子吸收能量后被激发至导带，产生电子-空穴对。电子空穴对在内建势垒作用下，电子被收集至N区，空穴被收集至P区，相比热平衡状态，N区存在过剩电子，P区存在过剩空穴，这就建立了P区为正、N区为负的光生电动势。如果光电池外接负载，在持续光照下，电流会从电池P端经负载流向N端。（《光电池及应用》）

扩散方法：

１．三氯氧磷（POCl3）液态源扩散

２．喷涂磷酸水溶液后链式扩散

３．丝网印刷含磷浆料后链式扩散

目前常采用第一种方法对晶硅扩散，第三种方法含磷银浆研制可以直接印刷，烧结后形成选择性发射极。现有采用离子注入方式达到形成PN结目的，可根据射频功率大小来控制结深及很好控制掺杂浓度，但由于离子注入对晶格损伤，注入后需退火工艺处理。

高温扩散掺杂，在晶硅表面掺杂入P原子（基区掺杂B原子），因P（B）原子大小和Si原子相近，当掺杂浓度较低时，为替位式掺杂。

掺杂需要考虑的问题：

发射结（缓变结、高低结等）设计、结深、晶格失配，及其对禁带宽度、费米分布、复合率、少子寿命的变化影响。

测试方阻：薄层平均电阻率/结深。

薄层电阻：表面为正方形半导体薄层，在电流方向呈现电阻，称为方阻。

三、刻蚀+去磷硅玻璃

刻蚀目的：

去除扩散后硅片四周PN结（避免硅片短路）和清洗电池片表面磷硅玻璃（死层）。死层产生：扩散后，表面磷硅玻璃富含磷，这层中存在大量填隙磷原子、位错和缺陷，因而少子寿命极低。并且表层中掺杂浓度高导致有效杂质浓度低，出现倒向电场，因此为避免此现象，其顶层应存在掺杂浓度上限（1019/cm3左右）。有研究机构利用死层进行选择性发射极处理。

四、PECVD

PECVD：等离子体增强化学气相沉积。

目的：

在晶硅电池表面形成一层SiN减反射钝化膜，此步骤可进一步降低硅片的反射率，并对硅片表面与外界进行隔离，防止硅片污染，并且可以钝化硅片表面悬挂键，提高电池片电性能。

方法：

常用PECVD方法为管式镀膜（例CT设备射频电离技术）和板式镀膜（例roth&rau 设备微波电离技术）技术（可参考王文静《用于晶硅太阳能电池的等离子技术》），采用射频/微波能量源将SiH4和NH3电离，并将Si原子和N原子在硅片表面重新结合成a-SiN:H。此过程形成a-SiN:H薄膜，薄膜中H可以有效钝化SiN薄膜中及SiN与硅片表面接触之间不饱和的悬挂键，并且高温烧结可以使H进一步扩散至硅片表层内部，使之可以钝化其体内缺陷。

良好的减反射膜应具有一定与硅片和组件玻璃匹配的折射率及较低的光吸收，并可以多层折射设计，使其各级反射相互干涉，降低反射率（可参考《光电池及应用》文中减反射膜一章）；使用其他减反射钝化材料组成多层结构减反膜（多层

之间必须改善膜层间匹配和应力）。

五、丝印

丝网印刷：

将所印浆料置于设计要求网版上，采用刮条以一定角度将浆料印刷穿透网版网孔，以在硅片表面形成要求结构浆料，烘干和烧结后形成电极和电场。

丝印目的：形成正、背电极，背电场结构，收集传导电流和形成BSF结构，增大V oc和Isc。

有研究表明背铝与硅形成合金，接触区域复合速率较大，所以有研究采取硅背面与背铝间加入钝化层及采取点接触方式传导，以降低背面复合速率。

电镀方法：将所要求浆料以电镀方式置于硅片表面，以形成电极结构，此方法可获得较细栅线。

传统电池正电极设计要求，尽量降低正电极的遮光面积（提高电池吸光面积）和节省成本（降低银浆湿重），因此网版设计应符合上述要求，例如间断式电极技术和将正电极引导至背面技术。

六、烧结

烧结：

对丝印后硅片进行烧结处理，以形成银硅合金和铝硅合金，形成欧姆接触，并对电池片进行一定热处理，提高电池片电性能。

烧结炉应保证硅片表面平均温度差值、PWI值等（参考《太阳电池片烧结炉设计及其关键性能探讨》）。

烧结炉烘干区域主要是使丝印后浆料内有机溶剂的挥发，烧结区主要是形成铝硅合金（背面场）和正银的银硅合金（电极烧结时，浆料中玻璃相软化熔融，润湿硅表面，蚀刻SIN膜，后蚀刻硅发射极。此过程Ag被蚀刻的Si溶解在玻璃相中，冷却过程中Ag-Si重结晶生长。参考郑建华等《银浆组成对硅太阳能电池丝网印刷欧姆接触影响》中引用Hilali M M等观点）

欧姆接触形成方式：

1、对n-type材料金属功函数低于半导体，在接触面半导体一侧形成多子积累层（电子）；

2、金属与重掺半导体界面形成势垒区很薄的内建电场区，通过隧道贯穿势垒，构成隧道电流，形成欧姆接触。

目前生产中，主要利用隧道效应原理制作欧姆接触，在金属-半导体界面，当半导体重掺杂时，势垒区变薄，多子隧道贯穿几率增大，以多子隧道电流为主，形成欧姆接触（参考《光电池及应用》中欧姆接触）。欧姆接触最佳是为使多子顺利漂移过去，又可以对少子起阻挡作用。

七、测试分选

通过模拟太阳光照射，在标准条件下对电池片进行测试，把不同电性能的电池片分档。

测试标准条件：1、光源辐照度1000W/m2 ；2、测试温度：25±20C ；3、光