多晶硅太阳能电池制造工艺

下面从两个方面临多晶硅电池的工艺技能进行评论。

  2. 试验室高效电池工艺

  试验室技能一般不考虑电池制造的本钱和是否可以大规划化出产，只是研讨到达最高功率的办法和途径，供给特定资料和工艺所可以到达的极限。

2.1关于光的吸收

关于光吸收首要是：

（1）下降外表反射；

（2）改动光在电池体内的途径；

（3）选用不和反射。

  关于单晶硅，运用各向异性化学腐蚀的办法可在（100）外表制造金字塔状的绒面结构，下降外表光反射。但多晶硅晶向违背（100）面，选用上面的办法无法作出均匀的绒面，现在选用下列办法:

  [1]激光刻槽

  用激光刻槽的办法可在多晶硅外表制造倒金字塔结构，在500～900nm光谱规划内，反射率为4～6％，与外表制造双层减反射膜适当。而在（100）面单晶硅化学制造绒面的反射率为11％。用激光制造绒面比在光滑面镀双层减反射膜层（ZnS/MgF2）电池的短路电流要进步4％左右，这首要是长波光（波长大于800nm）斜射进入电池的原因。激光制造绒面存在的问题是在刻蚀中，外表构成损害一起引进一些杂质，要经过化学处理去除外表损害层。该办法所作的太阳电池一般短路电流较高，但开路电压不太高，首要原因是电池外表积添加，引起复合电流进步。

  [2]化学刻槽

  运用掩膜（Si3N4或SiO2）各向同性腐蚀，腐蚀液可为酸性腐蚀液，也可为浓度较高的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，该办法无法构成各向异性腐蚀所构成的那种尖锥状结构。据报道，该办法所构成的绒面临700～1030微米光谱规划有显着的减反射效果。但掩膜层一般要在较高的温度下构成，引起多晶硅资料功能下降，特别对质量较低的多晶资料，少子寿数缩短。运用该工艺在225cm2的多晶硅上所作电池的转化功率到达16.4%。掩膜层也可用丝网印刷的办法构成。

  [3]反响离子腐蚀（RIE）

  该办法为一种无掩膜腐蚀工艺，所构成的绒面反射率特别低，在450～1000微米光谱规划的反射率可小于2％。仅从光学的视点来看，是一种抱负的办法，但存在的问题是硅外表损害严峻，电池的开路电压和填充因子呈现下降。

  [4]制造减反射膜层

  关于高效太阳电池，最常用和最有用的办法是蒸镀ZnS/MgF2双层减反射膜，其最佳厚度取决于下面氧化层的厚度和电池外表的特征，例如，外表是光滑面仍是绒面，减反射工艺也有蒸镀Ta2O5, PECVD堆积 Si3N3等。ZnO导电膜也可作为减反资料。

2.2金属化技能

  在高效电池的制造中，金属化电极有必要与电池的规划参数，如外表掺杂浓度、PN结深，金属资料相匹配。试验室电池一般面积比较小（面积小于4cm2），所以需求细金属栅线（小于10微米），一般选用的办法为光刻、电子束蒸腾、电子镀。工业化大出产中也运用电镀工艺，但蒸腾和光刻结合运用时，不属于低本钱工艺技能。

[1]电子束蒸腾和电镀

  一般，运用正胶剥离工艺，蒸镀TI/Pa/Ag多层金属电极，要减小金属电极所引起的串联电阻，往往需求金属层比较厚（8～10微米）。缺点是电子束蒸腾构成硅外表/钝化层介面损害，使外表复合进步，因而，工艺中，选用短时蒸腾Ti/Pa层，在蒸腾银层的工艺。另一个问题是金属与硅触摸面较大时，必将导致少子复合速度进步。工艺中，选用了地道结触摸的办法，在硅和金属成间构成一个较薄的氧化层（一般厚度为20微米左右）运刻苦函数较低的金属(如钛等)可在硅外表感应一个安稳的电子堆集层(也可引进固定正电荷加深反型)。别的一种办法是在钝化层上开出小窗口（小于2微米），再淀积较宽的金属栅线（一般为10微米），构成mushroom—like状电极，用该办法在4cm2 Mc-Si上电池的转化功率到达17.3％。现在，在机械刻槽外表也运用了Shallow angle (oblique)技能
2.3 PN结的构成技能

  [1]发射区构成和磷吸杂

  关于高效太阳能电池，发射区的构成一般选用挑选分散，在金属电极下方构成重杂质区域而在电极间完结浅浓度分散，发射区的浅浓度分散即增强了电池对蓝光的呼应，又使硅外表易于钝化。分散的办法有两步分散工艺、分散加腐蚀工艺和埋葬分散工艺。现在选用挑选分散，15×15cm2电池转化功率到达16.4%，n++、n+区域的外表方块电阻分别为20Ω和80Ω.

  关于Mc—Si资料，扩磷吸杂对电池的影响得到广泛的研讨，较长时刻的磷吸杂进程（一般3～4小时），可使一些Mc—Si的少子分散长度进步两个数量级。在对衬底浓度对吸杂效应的研讨中发现，即使对高浓度的衬第资料，经吸杂也可以取得较大的少子分散长度（大于200微米），电池的开路电压大于638mv, 转化功率超越17％。

  [2]背外表场的构成及铝吸杂技能

  在Mc—Si电池中，背p+p结由均匀分散铝或硼构成，硼源一般为BN、BBr、APCVD SiO2：B2O8等，铝分散为蒸腾或丝网印刷铝，800度下烧结所完结，对铝吸杂的效果也展开了很多的研讨，与磷分散吸杂不同，铝吸杂在相对较低的温度下进行。其间体缺点也参加了杂质的溶解和堆积，而在较高温度下，堆积的杂质易于溶解进入硅中，对Mc—Si发生晦气的影响。到现在为至，区域背场已运用于单晶硅电池工艺中，但在多晶硅中，仍是运用全铝背外表场结构。

  [3]双面Mc—Si电池

  Mc—Si双面电池其正面为惯例结构，不和为N＋和P＋彼此穿插的结构，这样，正面光照发生的但坐落不和邻近的光生少子可由背电极有用吸收。背电极作为对正面电极的有用弥补，也作为一个独立的栽流子收集器对不和光照和散射光发生效果，据报道，在AM1.5条件下，转化功率超越19％。

2.4 外表和体钝化技能

  关于Mc—Si，因存在较高的晶界、点缺点（空位、填隙原子、金属杂质、氧、氮及他们的复合物）对资料外表和体内缺点的钝化尤为重要，除前面说到的吸杂技能外，钝化工艺有多种办法，经过热氧化使硅悬挂键饱满是一种比较常用的办法，可使Si-SiO2界面的复合速度大大下降，其钝化效果取决于发射区的外表浓度、界面态密度和电子、空穴的浮获截面。在氢气氛中退火可使钝化效果愈加显着。选用PECVD淀积氮化硅近期正面非常有用，由于在成膜的进程中具有加氢的效果。该工艺也可运用于规划化出产中。运用Remote PECVD Si3N4可使外表复合速度小于20cm/s。

  3 工业化电池工艺

  太阳电池从研讨室走向工厂，试验研讨走向规划化出产是其展开的路途，所以可以到达工业化出产的特征应该是：

  [1]电池的制造工艺可以满意流水线作业；

  [2]可以大规划、现代化出产；

  [3]到达高效、低本钱。

  当然，其首要方针是下降太阳电池的出产本钱。现在多晶硅电池的首要展开方向朝着大面积、薄衬底。例如，商场上可见到125×125mm2、150×150mm2乃至更大规划的单片电池，厚度从本来的300微米减小到现在的250、200及200微米以下。功率得到大幅度的进步。日本京磁（Kyocera）公司150×150的电池小批量出产的光电转化功率到达17.1%，该公司1998年的出产量到达25.4MW。

  （1）丝网印刷及其相关技能

  多晶硅电池的规划化出产中广泛运用了丝网印刷工艺，该工艺可用于分散源的印刷、正面金属电极、背触摸电极，减反射膜层等，跟着丝网资料的改进和工艺水平的进步，丝网印刷工艺在太阳电池的出产中将会得到愈加遍及的运用。

  a.发射区的构成

  运用丝网印刷构成PN结，替代惯例的管式炉分散工艺。一般在多晶硅的正面印刷含磷的浆料、在不和印刷含铝的金属浆料。印刷完结后，分散可在网带炉中完结（一般温度在900度），这样，印刷、烘干、分散可构成连续性出产。丝网印刷分散技能所构成的发射区一般外表浓度比较高，则外表光生载流子复合较大，为了战胜这一缺点，工艺上选用了下面的挑选发射区工艺技能，使电池的转化功率得到进一步的进步。

  b.挑选发射区工艺

  在多晶硅电池的分散工艺中，挑选发射区技能分为部分腐蚀或两步分散法。部分腐蚀为用干法（例如反响离子腐蚀）或化学腐蚀的办法，将金属电极之间区域的重分散层腐蚀掉。开始，Solarex运用反响离子腐蚀的办法在同一台设备中，先用大反响功率腐蚀掉金属电极间的重掺杂层，再用小功率堆积一层氮化硅薄膜，该膜层发挥减反射和电池外表钝化的两层效果。在100cm2的多晶上作出转化功率超越13％的电池。在相同面积上，运用两部分散法，未作机械绒面的情况下转化功率到达16％。

  c.背外表场的构成

  背PN结一般由丝网印刷A浆料并在网带炉中热退火后构成，该工艺在构成背外表结的一起，对多晶硅中的杂质具有杰出的吸除效果，铝吸杂进程一般在高温区段完结，丈量结果表明吸杂效果可使前道高温进程所构成的多晶硅少子寿数的下降得到康复。杰出的背外表场可显着地进步电池的开路电压。

  d.丝网印刷金属电极

  在规划化出产中，丝网印刷工艺与真空蒸腾、金属电镀等工艺比较，更具有优势，在现在的工艺中，正面的印刷资料遍及选用含银的浆料，其首要原因是银具有杰出的导电性、可焊性和在硅中的低分散功能。经丝网印刷、退火所构成的金属层的导电功能取决于浆料的化学成份、玻璃体的含量、丝网的粗糟度、烧结条件和丝网版的厚度。八十年度初，丝网印刷具有一些缺点，ⅰ)如栅线宽度较大，一般大于150微米；ⅱ)构成遮光较大，电池填充因子较低；ⅲ)不适合外表钝化，首要是外表分散浓度较高，不然触摸电阻较大。现在用先进的办法可丝网印出线宽达50微米的栅线，厚度超越15微米，方块电阻为2.5~4mΩ，该参数可满意高效电池的要求。有人在15×15平方厘米的Mc—Si上对丝网印刷电极和蒸腾电极所作太阳电池进行了比较，各项参数几乎没有间隔。

4 结束语