單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)工藝

楊慧敏++吳昊++劉凌云

摘 要 傳統(tǒng)能源短缺成為制約經(jīng)濟發(fā)展的主要問題。傳統(tǒng)能源使用對環(huán)境造成的影響日益嚴重，尋找清潔能源刻不容緩。太陽能不僅簡單易得，還可持續(xù)使用，不會出現(xiàn)能源枯竭問題。單晶硅太陽能電池是一種將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的有效裝置。本文就單晶硅太陽能的生產(chǎn)工藝展開研究。

【關(guān)鍵詞】單晶硅 太陽能電池 生產(chǎn)工藝

太陽能電池便是一種可將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。硅太陽能電池是各種太陽能電池中性能較為優(yōu)越的種類，其可靠性高、壽命長、成本低，其中又以單晶硅和多晶硅為代表，本文重點研究單晶硅太陽能電池。

1 制絨

制絨過程采用質(zhì)量分數(shù)味20%堿液于80℃溫度下對硅片進行表面處理，從而達到去除損傷層效果。腐蝕作用速度為6-10um/min，約經(jīng)過25-40min反應(yīng)后硅片表面可形成角錐形外表，該過程反應(yīng)如下：

Si+2NaOH+2H20→Na2SiO3+2H2↑

對硅片表面生成的SiO2可為采用HF進行清除，方程式如下：

SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O

采用鹽酸進行表面處理，形成可溶于水的絡(luò)合物，最后采用噴淋方式去除表面雜質(zhì)，烘干處理。

2 擴散制結(jié)

擴散源為三氯氧磷（POCl3），高溫條件下會分解：

5POCl3→3PCl5+P2O5

反應(yīng)會產(chǎn)生一定擴散溫度，生產(chǎn)物P2O5會與硅反應(yīng)：

2P2O5+5Si→5SiO2+4P

在外來氧氣作用下PCl5被進一步分解為P2O5并釋放出氯氣，其反應(yīng)過程為：

4PCl5+5O2→2P2O5+10Cl2↑

生成物P2O5會與Si進一步反應(yīng)，在通入氮氣過程中同時通入一定量O2，此過程總反應(yīng)方程式為：

4POCl3+3O2（過量）→2P2O5+6Cl2↑

POCl3分解過程中產(chǎn)生的P2O5會在硅片表面進行累積，并與硅片產(chǎn)生反應(yīng)生成SiO2及P，反應(yīng)過程中生成一層表面磷-硅玻璃材質(zhì)，P會逐漸向外擴散，反應(yīng)過程如下：

2P2O5+5Si→5SiO2+4P

3 等離子邊緣刻蝕

等離子體刻蝕采用高頻輝光放電反應(yīng)，將反應(yīng)氣體激活，成為活性粒子，這些活性粒子擴散至需刻蝕部位，與硅片產(chǎn)生反應(yīng)，生成具有一定揮發(fā)性的SiF4，因此易被除去，達到邊緣刻蝕目的。

4 去磷硅玻璃

將槽內(nèi)液體換成清水，HF槽放水至80L后再向槽中添加8L含量為48.8%-49.2%的HF。去磷硅玻璃工藝的步驟及其參數(shù)見表1。

HF被不斷消耗，濃度不斷降低。為保證反應(yīng)順利進行，需每間隔6H對槽液進行更換一次，噴淋槽及清洗槽的純水約每12H需更換一次。

5 PECVD鍍減反射膜

單晶硅太陽能電池生產(chǎn)中一般采用等離子化學(xué)氣相沉積（PECVD）減反射膜。工業(yè)生產(chǎn)中制備SiNx減反射膜時會引起大量H進入，促進懸掛鍵不斷飽和，由此降低復(fù)合中心影響，促進表面鈍化。SiNx薄膜不僅可以增強單晶硅太陽能電池對太陽光的吸收率，還可在H鈍化作用下極大提高單晶硅太陽能電池短路點流及開路電壓。計算分子化合價可知中SiNx中Si和N化合價之比為0.75，因此分子結(jié)構(gòu)為Si3N4。PECVD沉積SiNx薄膜化學(xué)計量比隨工藝產(chǎn)生變化，其中Si和N之比在0.75-2之間波動。SiNx電阻率會隨著X增加而降低，折射率則與X成正比關(guān)系。

單晶硅太陽能電池生產(chǎn)中PECVD反射膜原理就是利用低溫等離子體作為能量源，在此基礎(chǔ)上將硅片結(jié)合石墨采用加熱反應(yīng)條件進行加熱，并向PECVD反應(yīng)過程中通入一定量氣體，氣體成分為SiH4、NH3、N2，采用輝光放電技術(shù)產(chǎn)生等離子體。經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)及等離子反應(yīng)后，硅片表面形成一層固態(tài)薄膜，該過程化學(xué)反應(yīng)為：

SiH4+NH3→SixNyHz+H2↑

6 絲網(wǎng)印刷電極

絲印基本原理是利用網(wǎng)版上網(wǎng)口為滲透孔，在施加外界壓力作用下讓漿料通過滲透孔滲透到硅片上。絲印過程主要有網(wǎng)版、刮刀、漿料、印刷機、硅片等。

單晶硅太陽能電池絲印主要有三個步驟：

（1）用Ag/Al漿印刷背電極并烘干；

（2）用Ag/Al漿背電場并烘干；

（3）用Ag/Al漿印刷正電極。

7 燒結(jié)

從結(jié)構(gòu)上看，固體顆粒有較大表面積和不規(guī)則表面，材料加工過程中會受到機械、化學(xué)、熱作用等導(dǎo)致結(jié)晶出現(xiàn)缺陷，因此造成系統(tǒng)具有很高自由能。燒結(jié)過程中顆粒會出現(xiàn)接觸——結(jié)合——自由收縮——空隙排除——晶體性能提升等，此后系統(tǒng)自由能降低，系統(tǒng)穩(wěn)定性進一步提升，厚膜粉系統(tǒng)被燒結(jié)密實。

8 結(jié)束語

單晶硅電池生產(chǎn)工藝質(zhì)量是生產(chǎn)制造單晶硅太陽能電池的關(guān)鍵，提升單晶硅電池生產(chǎn)工藝可增加太陽能普及范圍，緩解能源危機。

參考文獻

[1]王長貴.可再生能源的現(xiàn)狀和展望[J].太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展論文論集，2014（05）：34-37.

[2]沈輝.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)[J].化學(xué)工業(yè)，2015（03）：78-86.

作者簡介

楊慧敏（1988-），女，山西省朔州市人?，F(xiàn)為國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心研究實習(xí)員，2013年碩士研究生畢業(yè)，研究方向主要為光伏、光敏等光電器件、半導(dǎo)體器件等領(lǐng)域?qū)＠麑彶椤?/p>

作者單位

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心 四川省成都市 610200