對單晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝的研究

王森濤 焦朋府 張 波(山西潞安太陽能科技有限責(zé)任公司，山西 長治 046000)

對單晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝的研究

王森濤 焦朋府 張 波(山西潞安太陽能科技有限責(zé)任公司，山西 長治 046000)

文章主要對制絨、擴(kuò)散制結(jié)、等離子邊緣刻蝕、去磷硅玻璃、PECVD鍍減反射膜、絲網(wǎng)印刷電極、燒結(jié)幾種單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)工藝展開了研究分析。

單晶硅；太陽能；電池；生產(chǎn)工藝；研究

在傳統(tǒng)能源不斷枯竭的背景下，作為新能源和綠色能源的太陽能受到了越來越多的關(guān)注。而在太陽能的利用中，太陽能電池是目前使用最為廣泛的。由于單硅晶電池是目前在太陽能光伏市場中最為主流的產(chǎn)品，在市場中的占比例達(dá)到80%左右，所以從未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行觀察，可以斷言在未來的5-10內(nèi)單晶硅電池還將會繼續(xù)在太陽能電池市場中占據(jù)主導(dǎo)地位[1]。在此背景下，文章圍繞單晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝為中心，主要研究剖析了在單晶硅太陽能電池生產(chǎn)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)和工藝，旨在提供一些該方面的理論參考，以下是具體內(nèi)容。

1 制絨

在單晶硅太陽能電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中制絨是第一步，其過程是采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的堿液放置于八十?dāng)z氏度的環(huán)境中，對單晶硅太陽能電池的硅片進(jìn)行表面的處理，進(jìn)而達(dá)到去除硅片損傷層的目的[2]。在制絨過程中，單晶硅硅片表面可形成一個(gè)角錐形的外表，其具體的反應(yīng)過程為：

2NaOH+Si+2H2O→2H2↑+Na2SiO3

而對于單晶硅片上表面生成的二氧化硅則可以是氟氫酸給以去除，其反應(yīng)的方程為：

6HF+SiO2→2H2O+H2SiF6

最后再使用鹽酸進(jìn)行硅片的表面處理工作，即可在水中溶解變成絡(luò)合物，最后在采用噴淋的方式將其表面的雜質(zhì)給以去除，烘干處理后即完成了制絨環(huán)節(jié)。

2 擴(kuò)散制結(jié)

擴(kuò)散制結(jié)其擴(kuò)散源為三氯氧磷，而三氯氧磷在高溫的環(huán)境下會發(fā)生分解生成五氧化二磷和無氯化磷。而分解產(chǎn)物中的五氧化二磷會和單晶硅太陽能電池中的硅片發(fā)生反應(yīng)生成二氧化硅和磷單質(zhì)。而當(dāng)環(huán)境中有外來的氧氣時(shí)，就會和擴(kuò)散源分解出的無氯化磷進(jìn)一步反應(yīng)生成五氧化二磷和氯氣，因此在擴(kuò)散制結(jié)環(huán)節(jié)中，可以通入適量的氧氣來促進(jìn)擴(kuò)散制結(jié)的進(jìn)行[3]。

而在三氯氧磷的分解過程中也會在單晶硅片的表面不斷累積下五氧化二磷，進(jìn)而和硅片發(fā)生反應(yīng)生成一層磷硅玻璃，并且磷還會不斷向外進(jìn)行擴(kuò)散。

3 等離子邊緣刻蝕

對于單晶硅片而言，其在經(jīng)過了擴(kuò)散處理之后，在其正面以及邊緣處都形成一個(gè)擴(kuò)散層，而該擴(kuò)散層在正面存在是十分必要，而在邊緣存在則是需要去掉的，因此進(jìn)行單晶硅太陽能電池的邊結(jié)絕緣刻蝕對于降低單晶硅太陽能電池的漏電量是單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中一個(gè)十分必要的環(huán)節(jié)。

在單晶硅太陽能電池的邊緣刻蝕環(huán)節(jié)上是通過高頻的輝光放電進(jìn)行反應(yīng)，從而使反應(yīng)氣體被激活為活性粒子，而這些活性粒子則是需要刻蝕的地方。等離子在和這些部位接觸后，就會和硅片發(fā)生反應(yīng)，繼而將揮發(fā)性反應(yīng)物四氟化硅去除，達(dá)到邊緣腐蝕的效果。

4 去磷硅玻璃

在去磷硅玻璃環(huán)節(jié)需要現(xiàn)將槽內(nèi)的液體給以替換為清水，然后在氟氫酸槽放入80升的水，然后在向槽中添加含量密度在48.9-19.25之間的氟氫酸。而隨著去磷硅玻璃環(huán)節(jié)的不斷進(jìn)行，氟氫酸會不斷被消耗，進(jìn)而其濃度會逐漸降低。因此在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，為了保障去磷硅玻璃能夠順利的進(jìn)行，需要每經(jīng)過六小時(shí)向槽內(nèi)的液體進(jìn)行一次替換，而噴淋槽以及清洗槽的純水則需要每12小時(shí)更換一次[4]。

5 PECVD鍍減反射膜

PECVD鍍減反射膜是單晶電池生產(chǎn)中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，PECVD所指的是化學(xué)氣相沉積減反射膜，具體而言即SiNx減反射膜。在單晶硅電池太陽能電池上鍍上一層SiNx減反射膜可以極大程度上提升單晶硅太陽能電池的太陽能吸收效率，此外還可以在氫原子的鈍化效果下，實(shí)現(xiàn)單晶硅太陽能電池開路電壓以及短路電流的大幅度提升，是單晶電池環(huán)節(jié)中提升電池性能的一個(gè)重要措施[5]。

單晶電池生產(chǎn)過程中的化學(xué)氣相沉積減反射膜其工作的原理是使用低溫等離子體作為鍍膜的動力提供者，并且在此基礎(chǔ)上將石墨加入到硅片中，通過加熱反應(yīng)條件進(jìn)行加熱，并且需要在化學(xué)氣相沉積減反射膜的過程中通入一定量的其他成分與其中，具體的成分為氮?dú)?、暗器以及四氫化硅氣體，并且采用輝光放電技術(shù)在鍍膜中產(chǎn)生等離子體。在經(jīng)過一系列的離子反應(yīng)以及化學(xué)反應(yīng)后，就會在單晶硅太陽能電池硅片的表面形成一層十分穩(wěn)定的固態(tài)薄膜，該過程的具體反應(yīng)式為：

NH3+SiH4→SixNyHz+H2↑

6 絲網(wǎng)印刷電極

絲網(wǎng)印刷電極環(huán)節(jié)的基本原理為使用網(wǎng)版上的網(wǎng)口作為滲透孔，進(jìn)而在施加外界壓力的條件下，使?jié){料能夠通過滲透孔進(jìn)一步滲透到單晶硅太陽能電池的硅片上。而在對電極進(jìn)行絲網(wǎng)印刷的過程中主要需要使用到的材料有刮刀、網(wǎng)版、印刷機(jī)、漿料以及硅片幾者。印刷步驟為首先使用Ag/AL的背印刷電極并且給以烘干，進(jìn)而使用Ag/AL漿背電場并烘干，最后使用Ag/AL漿印刷正電極[6]。

7 燒結(jié)

燒結(jié)環(huán)節(jié)是單晶硅太陽能電池生產(chǎn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。燒結(jié)環(huán)節(jié)就是為了降低系統(tǒng)內(nèi)的自由能，在燒結(jié)的過程中顆粒會出現(xiàn)一系列的變化：接觸—結(jié)合—自由收縮—空隙排除—晶體性能提升等。而在經(jīng)過燒結(jié)的這一系列環(huán)節(jié)之后，單晶硅太陽能電池體系內(nèi)的自由能便可以最大程度上的實(shí)現(xiàn)降低，系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步的提升，其中厚膜粉系統(tǒng)也經(jīng)過燒結(jié)環(huán)節(jié)后變得更為密實(shí)。

8 結(jié)語

基于目前我國低碳經(jīng)濟(jì)和綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展主軸，發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)是未來我國的能源發(fā)展的一個(gè)必然趨勢，而在太陽能產(chǎn)業(yè)中單晶硅電池又是其中占比最大，最有前景的一個(gè)分支。文章主要對單晶硅太陽能電池生產(chǎn)中制絨、擴(kuò)散制結(jié)、等離子邊緣刻蝕、去磷硅玻璃、PECVD鍍減反射膜、絲網(wǎng)印刷電極、燒結(jié)幾種主要的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了分析探討，并提出一些自己的觀點(diǎn)和見解，希望可以我國單晶硅太陽能電池領(lǐng)域以參考和啟迪，促進(jìn)我國單晶硅太陽能電池行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

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[3]張勤杰,李秀青,華永云等.背面結(jié)構(gòu)對鋁背發(fā)射極n型單晶硅太陽電池的影響研究[J].太陽能學(xué)報(bào),2016,37(5):1148-1152.

[4]Kanti Basu,P.,Hameiri,Z.,Sarangi,D.et al.18.7%Efficient inline-diffused screen-printed silicon wafer solar cells with deep homogeneous emitter etch-back[J].Solar Energy Materials and So?lar Cells:An International Journal Devoted to Photovoltaic,Photo?thermal,and Photochemical Solar Energy Conversion,2013,117: 412-420.

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