1、晶體硅電池的工藝技術晶體硅太陽電池是光伏行業的主導產品，占市場份額的90%，尤其是多晶硅太陽電池的市場份額已遠超過單晶硅電池的市場份額，自從六十年代太陽能電池作為能源應用于宇航技術以來，太陽能電池的技術得到非常迅速的發展，單晶硅太陽能電池的轉換效率已接近25%，多晶硅太陽能電池的轉換效率已接近20%。下圖顯示了單晶硅太陽能電池轉換效率的發展過程，1980年以后的轉換效率的世界紀錄主要由澳大利亞新南威爾斯大學保持。  單晶硅太陽能電池轉換效率的發展過程   太陽能電池是一種少數載流子工作器件，當光照射到一個P型半導體的表面上，光在材料內的吸收產生電子與空穴對。在這種情況下，電

2、子是少數載流子，它的壽命定義為從其產生到其與空穴復合之間所生存的時間。少數載流子在電池內的壽命決定了電池的轉換效率。因此要提高電池的轉換效率，就必須設法減少少數載流子在電池內的復合，從而增加少數載流子的壽命。影響少數載流子壽命的因素有:  1）體內復合。減少晶體硅體內的復合，首先要選用適當的摻雜濃度的襯底材料。一般太陽能電池制造所用的硅片的電阻率在0.5到1.0cm 左右。提高晶體的質量，減少缺陷和雜質，是提高少數載流子壽命的重要手段。吸雜(gettering)工藝能有效的提高材料的質量。鈍化(passivation)工藝能有效地減少晶體缺陷對少數載流子壽命的影響。  2）

3、表面復合。減少表面復合通常采用在硅表面生成一層介質膜如二氧化硅(SiO2)和氮化硅(SiN)。這種介質膜完善了晶體表面的懸掛鍵，從而達到表面鈍化的目的。如果這種介質膜生成在n型硅的表面，由于在這些介質膜內固有的存在作一些正離子，這些正離子排斥了少數載流子空穴向表面移動。另外一種表面鈍化的方法是在電池表面形成高低結(high-low junction)。這種結在表面產生一個電場,從而排斥了少數載流子空穴向表面移動。  3）電極區復合。減少電極區的復合可采用將電極區的摻雜濃度提高，從而降低少數載流子在電極區的濃度。減少載流子在此區域的復合。  基于以上提高電池轉換效率的途徑，派

4、生了多種高效晶體硅太陽能電池的設計和制造工藝。其中包括PESC電池（發射結鈍化太陽電池）和表面刻槽絨面PESC電池；背面點接觸電池（前后表面鈍化電池）；PERL電池（發射結鈍化和背面點接觸電池）。由這些電池設計和工藝制造出的電池的轉換效率均高于20%，其中保持世界記錄（24.7%）的單晶硅和多晶硅電池（19.8%）的轉換效率均是由PERL電池實現的。高效太陽能電池的工藝流程Solar168  日期:06-12-25 21:03:26   作者:光伏一生  責任編輯:xzj  點擊: 34   高效單晶硅太陽電池工藝流程如下： 

5、; 1)去除損傷層  2)表面絨面化  3)發射區擴散                 4)邊緣結刻蝕  5)PECDV沉積SiN  6)絲網印刷正背面電極漿料  7)共燒形成金屬接觸  8)電池片測試。  下面我們著重來看一下一個工藝，  1.首先是絨面制備：    硅片采用0.52.cm，P型晶向為（100）的單晶硅片。利用氫氧化鈉溶液對單晶硅

6、片進行各向異性腐蝕的特點來制備絨面。當各向異性因子=10時（所謂各向異性因子就是（100）面與（111）面單晶硅腐蝕速率之比），可以得到整齊均勻的金字塔形的角錐體組成的絨面。絨面具有受光面積大，反射率低的特點。可提高單晶硅太陽電池的短路電流，從而提高太陽電池的光電轉換效率。  金字塔形角錐體的表面積S0等于四個邊長為a正三角形S之和  S0 = 4S = 4×a×a = a2  由此可見有絨面的受光面積比光面提高了倍即1.732倍。  當一束強度為E0的光投射到圖中的A點，產生反射光1和進入硅中的折射光2。反射光1可以繼續投射到另一方

7、錐的B點，產生二次反射光3和進入半導體的折射光4；而對光面電池就不產生這第二次的入射。經計算可知還有11%的二次反射光可能進行第三次反射和折射，由此可算得絨面的反射率為9.04%。  2.絨面制備：  采用三氯氧磷氣體攜帶源方式，這個工藝的特點是生產高，有利于降低成本。新購的8吋硅片擴散爐、石英管口徑達270mm，可以擴散156×156（mm）的硅片。  由于石英管口徑大，恒溫區長，提高了擴散薄層電阻均勻性，有利于降低太陽電池的串聯電阻Rs，從而提高太陽電池填充因子FF。   3.SiN鈍化與APCVD淀積TiO2：  &#

8、160; 先期的地面用高效單晶硅太陽電池一般采用鈍化發射區太陽電池(PESC)工藝。在擴散過去除磷硅玻的硅片上,熱氧化生長一層10nm25nm厚SiO2為,使表面層非晶化,改變了表面層硅原子價鍵失配情況,使表面趨于穩定,這樣減少了發射區表面復合,提高了太陽電池對藍光的響應,同時也增加了短路電流密度Jsc,由于減少了發射區表面復合,這樣也就減少了反向飽和電流密度,從而提高了太陽電池開路電壓Voc。還有如果沒有這層SiN,直接淀積TiO2薄膜,硅表面上會出現陷阱型的滯后現象導致太陽電池短路電流衰減,一般會衰減8%左右,從而降低光電轉換效率。故要先生長SiN鈍化再生長TiO2減反射膜。 &

9、#160;  TiO2減反射膜是用APCVD設備生長的,它通過鈦酸異丙脂與純水產生水解反應來生長TiO2薄膜。     4.PECVD淀積SiN   多晶硅太陽電池廣泛使用PECVD淀積SiN ,由于PECVD淀積SiN時,不光是生長SiN作為減反射膜,同時生成了大量的原子氫,這些氫原子能對多晶硅片具有表面鈍化和體鈍化的雙重作用,可用于大批量生產高效多晶硅太陽電池,為上世紀末多晶硅太陽電池的產量超過單晶硅太陽電池立下汗馬功勞。隨著PECVD在多晶硅太陽電池成功,引起人們將PECVD用于單晶硅太陽電池作表面鈍化的愿望。  由于生成的氮化

10、硅薄膜含有大量的氫,可以很好的鈍化硅中的位錯、表面懸掛鍵，從而提高了硅片中載流子遷移率，一般要提高20%左右，同時由于SiN薄膜對單晶硅表面有非常明顯鈍化作用。尚德公司的經驗顯示，用PECVD SiN作為減反膜的單晶硅太陽電池效率較高于傳統的由APCVD TiO2作為減反膜單晶硅太陽電池。  5.共燒形成金屬接觸   晶體硅太陽電池要通過三次印刷金屬漿料，傳統工藝要用二次燒結才能形成良好的帶有金屬電極歐姆接觸，共燒工藝只需一次燒結，同時形成上下電極的歐姆接觸，是高效晶體硅太陽能電池的一項重要關鍵工藝，國外著名的金屬漿料廠商非常賣力推廣共燒工藝。這個工藝基礎理論來自較古老的合

11、金法制P-N結工藝。就是電極金屬材料和半導體單晶硅在溫度達到共晶溫度時，單晶硅原子按相圖以一定的比例量溶入到熔融的合金電極材料中去。單晶硅原子溶入到電極金屬中的整個過程是相當快的，一般只需幾秒鐘時間。溶入的單晶硅原子數目決定于合金溫度和電極材料的體積，燒結合金溫度愈高，電極金屬材料體積愈大，則溶入的硅原子數目也愈多，這時狀態被稱為晶體電極金屬的合金系統。如果此時溫度降低，系統開始冷卻，這時原先溶入到電極金屬材料中的硅原子重新以固態形式結晶出來，也就是在金屬和晶體接觸界面上生長出一層外延層。如果外延層內含有足夠量的與原先晶體材料導電類型相同雜質成份，這就獲得了用合金法工藝形成歐姆接觸；如果再結晶層內含有足夠量的與原先晶體材料導電類型異型的雜質成份，這就獲得了用合金法工藝形成P-N結。  銀槳、銀鋁槳、鋁槳印刷過的硅片，通過烘干有機溶劑完全揮發，膜層收縮成為固狀物緊密粘附在硅片上，這時，可視為金屬電極材