利用背激光提高高效單晶背電極拉力

王海剛， 王艷波， 王森濤， 賈彥科， 劉 進(jìn)

（山西潞安太陽能科技有限責(zé)任公司，山西 長治 046204）

引 言

近年來，隨著陰霾天氣的增加，PM2.5已超標(biāo)數(shù)倍，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，使用清潔能源的呼聲越來越高，因此，太陽能光伏作為取之不盡的可再生能源得到迅速發(fā)展。晶體硅太陽能電池雖然具有轉(zhuǎn)化效率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在太陽能電池中一直占據(jù)主導(dǎo)地位，但相比傳統(tǒng)能源來說沒有經(jīng)濟優(yōu)勢，所以，不斷引入新工藝來提高效率和降低成本成為其在市場競爭中贏得市場份額的發(fā)展方向。我公司采用背面鍍膜的高效單晶工藝，電池片轉(zhuǎn)換效率高達(dá)20%，但絲網(wǎng)印刷后背電極的拉力略低，成為其量產(chǎn)的瓶頸。本文對漿料、薄膜、硅片之間的附著力進(jìn)行了理論分析和實驗研究，通過更換背電極漿料和調(diào)整背激光工藝2種方法試圖解決以上問題。結(jié)合實驗分析了2種方法的效率優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢。在背電極上分別對A、B、C 3種漿料進(jìn)行了拉力測試實驗；在背激光工藝調(diào)整方面，對背電極處開槽面積52.5%、67.5%、82.5%、100%進(jìn)行了拉力測試實驗。最終，通過背電極開槽實現(xiàn)了高效單晶工藝的產(chǎn)線量產(chǎn)。

1 實驗路線的確定

1.1 高效單晶工藝

近幾年，太陽能電池得到了飛速的發(fā)展，而提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率和降低成本一直是光伏能源領(lǐng)域的主要研究方向。其中，提高光的利用率和降低表面復(fù)合是提高效率的先決條件［1］。我公司采用自主研發(fā)的背鈍化高效單晶工藝來降低表面復(fù)合，從而提高光的利用率，單片效率高達(dá)20%，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。此工藝有2個突出的優(yōu)點：1）拋光［2］工藝可以去除硅片表面的刻蝕損傷，得到較為干凈、光滑的表面，有利于電池表面的鈍化，減少少數(shù)載流子的復(fù)合，提高轉(zhuǎn)化效率［3］。2）背面鍍氮氧化硅和氮化硅雙層膜［4］。氮化硅起到保護層的作用，在沉積過程中伴有大量的氫原子和氫離子產(chǎn)生，可以去除飽和掛鍵，同時降低表面態(tài)，鈍化了背面絕緣層結(jié)構(gòu)，提高表面鈍化，降低表面復(fù)合速度［5］。穿過硅片的光經(jīng)過氮化硅反射后會再次利用，更大程度地利用光效應(yīng)，增大短路電流，從而提高電池片的轉(zhuǎn)換效率。

與普通工藝不同，氮化硅是絕緣膜［6］，光激發(fā)出來的電子無法導(dǎo)出。我們利用背激光進(jìn)行背面開槽，印刷鋁漿后能夠滲入到激光開的槽中，經(jīng)燒結(jié)后使鋁漿和硅片有良好的接觸，從而達(dá)到導(dǎo)電效果。但是，電池片背電極拉力略低于市場要求，成為不能量產(chǎn)的瓶頸。

1.2 實驗方案的確定

采用普通單晶工藝，用同樣的漿料和硅片，背電極拉力能達(dá)到要求。經(jīng)分析，認(rèn)為是因為在背電極的地方只有很少部分的開槽，大部分背電極漿料并沒有和硅片基體接觸，導(dǎo)致拉力不夠。所以，我們提出了2種解決方案：一是尋找合適的背電極漿料；二是調(diào)整背激光工藝，在背電極處開更多的槽，讓漿料和硅片基體更好地接觸（見圖1和圖2）。

圖1 背激光未調(diào)整的高效單晶背鈍化工藝

圖2 背激光開槽后（4mm×10mm）

2 實驗方法

2.1 更換漿料

選取普通單晶上拉力表現(xiàn)比較好的A、B、C 3種背銀漿料進(jìn)行實驗，結(jié)果如表1。

表1 3種背銀漿料實驗結(jié)果

從表1可以看出，雖然更換了不同的漿料，但拉力都沒有達(dá)到工藝要求（≥3N）。

2.2 背激光開槽

在背電極處開更多的槽，讓更多的銀鋁漿與硅基體接觸來增加附著力，實驗選取背電極52.5%、67.5%、82.5%、100%（開槽面積與背電極面積相比，如圖3）的開槽，背電極拉力測試結(jié)果如表2。

圖3 背激光開槽面積

表2 不同開槽面積實驗結(jié)果

從表2數(shù)據(jù)可以看出，增加背電極處開槽面積讓更多的銀鋁漿與硅基體接觸，增加附著力與設(shè)想一致，拉力均符合工藝要求。

2.3 背激光開槽優(yōu)化

通過背激光開槽，雖然可以解決背電極拉力不足問題，但是應(yīng)用于生產(chǎn)還要考慮成本及產(chǎn)能等實際情況。背激光本身就是背面工藝，修改配方即可，不增加成本。但修改配方后單片處理時間增加，從原來單片3s增加到現(xiàn)在的單片10s（100%開槽），產(chǎn)能成為瓶頸?？紤]到拉力、激光的熱損傷和產(chǎn)能問題，選定優(yōu)化配方為背電極70%開槽（見第21頁圖4）作為生產(chǎn)配方。優(yōu)化后，單片處理時間約6s，雙軌背激光設(shè)備可以滿足2條60MW產(chǎn)線的產(chǎn)能，拉力問題得到了解決。

圖4 背激光開槽面積70%

3 結(jié)論

在背面鍍上氮氧化硅和氮化硅膜，雖然效率有了很大的提高，但同時背面拉力卻成為一個新的問題。更換了不同的銀鋁漿料后，效果不明顯。之后，調(diào)整了背激光工藝，在背電極處開52.5%、67.5%、82.5%、100%的槽，效果有了明顯改善。最終，通過配方優(yōu)化，實現(xiàn)了高效單晶的產(chǎn)線量產(chǎn)。

［1］ Lee J Y，Glunz S W.Investigation of various surface passivation schemes for silicon solar cells［J］.Solar Energy Materials ＆ Solar Cells，2006，90：82－92.

［2］ 劉恩科，朱秉升，羅晉生，等.半導(dǎo)體物理學(xué)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2004：120－128.

［3］ Jerome Moyerl，張偉銘，韓晶肄.高效無鉛太陽能電池背銀漿料的研究［C］∥第十屆中國太陽能光伏文集.常州：第十屆中國太陽能光伏會議，2008.

［4］ Jae Sungyou，Donghwan Kim，Joo Youl Huh，et al.Choon sik kang experiments on anisotropic etching of Si in TMAH［J］.Solar Energy Materials ＆ Solar Cells，2001，66（37）：44.

［5］ Vazsonyi E，De Clercq K，Einhaus R，et al.Improved anisotropic etching process for industrial texturing of silicon solar cells［J］.Solar Energy Materials ＆ Solar Cells，1999，57：179－188.

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