鏈?zhǔn)綗嵫趸c槽式堿拋光工藝條件對(duì)PERC單晶硅太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響

摘 要：針對(duì)PERC單晶硅太陽(yáng)電池制備工藝中3合1工序的鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚨难趸阅芘c槽式堿拋光工藝酸洗槽的去氧化能力的工藝窗口及匹配性進(jìn)行了研究。首先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分別測(cè)試鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚄l件（包括溫度、氧氣流量）、槽式堿拋光工藝的酸洗槽液體濃度對(duì)擴(kuò)散后硅片表面摻雜濃度及PERC單晶硅太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響；再根據(jù)初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚺c槽式堿拋光工藝的匹配性進(jìn)行分析，得到整體3合1工序的優(yōu)化工藝方案；然后采用電化學(xué)微分電容電壓（ECV）測(cè)試擴(kuò)散后硅片表面摻雜濃度及結(jié)深的變化情況，對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了佐證，最終達(dá)到提升PERC單晶硅太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率的目的。研究結(jié)果表明：3合1工序中的鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚺c槽式堿拋光工藝對(duì)擴(kuò)散后硅片表面摻雜濃度及PERC單晶硅太陽(yáng)電池電性能存在重要影響，優(yōu)化鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚨臏囟?、氧氣流量與槽式堿拋光工藝的酸洗槽液體濃度，提高二者的匹配性，使氧化能力與去氧化能力均達(dá)到臨界點(diǎn)，可以最大程度地提高PERC單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

關(guān)鍵詞：PERC單晶硅太陽(yáng)電池；鏈?zhǔn)綗嵫趸?；槽式堿拋光；酸洗槽液體濃度；摻雜濃度；光電轉(zhuǎn)換效率；電性能

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0" 引言

PERC單晶硅太陽(yáng)電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，屬于一種高效太陽(yáng)電池。在PERC單晶硅太陽(yáng)電池的制備過(guò)程中，3合1工序是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其工藝條件對(duì)PERC單晶硅太陽(yáng)電池的性能具有顯著影響。3合1工序包括鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚒⑷チ坠璨ＡВ≒SG）工藝、槽式堿拋光工藝，其中，鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚨臏囟群脱鯕饬髁?、槽式堿拋光工藝的酸洗槽液體濃度是3合1工序中重要的工藝參數(shù)。因此，研究鏈?zhǔn)綗嵫趸c槽式堿拋光工藝條件對(duì)擴(kuò)散后硅片表面摻雜濃度及PERC單晶硅太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響，對(duì)提升太陽(yáng)電池的電性能具有重要意義。

本文以提升PERC單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為目標(biāo)，研究3合1工序中鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚨难趸阅芎筒凼綁A拋光工藝酸洗槽的去氧化能力（即去除氧化層的深度）的工藝窗口及匹配性。首先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分別測(cè)試鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚄l件（包括溫度、氧氣流量）、槽式堿拋光工藝酸洗槽液體濃度的工藝窗口；再根據(jù)初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚺c槽式堿拋光工藝的匹配性進(jìn)行分析，優(yōu)化整體3合1工序的工藝；然后采用電化學(xué)微分電容電壓（electrochemical capacitance-voltage，ECV）測(cè)試儀測(cè)試擴(kuò)散后硅片表面摻雜濃度及結(jié)深的變化情況，最終達(dá)到提升PERC單晶硅太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率的目的。

1" PERC單晶硅太陽(yáng)電池的制備工藝流程簡(jiǎn)述

PERC單晶硅太陽(yáng)電池的規(guī)模化制備工藝流程如圖1所示。

規(guī)模化制備工藝流程中各工序的具體工藝為：

1）制絨。利用單晶硅的各向異性，采用化學(xué)品腐蝕的方式在硅片表面制備金字塔絨面，目的是減少入射光反射，提高PERC單晶硅太陽(yáng)電池的短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率[1]。

2）擴(kuò)散。利用三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴(kuò)散方法，在硅片表面形成PSG層，高溫條件下，磷原子由硅片表面高摻雜濃度區(qū)向硅片內(nèi)部低摻雜濃度區(qū)擴(kuò)散，形成p-n結(jié)（為太陽(yáng)電池核心單元）。

3）激光選擇性發(fā)射極（SE）。采用高能量激光光束照射硅片表面，通過(guò)高溫消融將PSG中的磷原子擴(kuò)散到特定區(qū)域，在硅片正表面的電極區(qū)域制成重?fù)诫s區(qū)域，非電極區(qū)域制成輕摻雜區(qū)域，形成高低結(jié)，從而改善PERC單晶硅太陽(yáng)電池的電性能參數(shù)特性。

4） 3合1工序。其中：鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚥捎霉廨o助熱氧化的方式，在硅片表面形成1層致密氧化層，可以保護(hù)激光SE的重?fù)诫s區(qū)域在槽式堿拋光工藝過(guò)程中不被腐蝕，提高PERC單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。去PSG工藝是利用氫氟酸（HF）和SiO2反應(yīng)，去除由擴(kuò)散工藝在硅片背面和邊緣形成的PSG，避免硅片正面電極與背面電極間形成短路，同時(shí)為背面拋光做準(zhǔn)備。槽式堿拋光工藝是利用添加劑保護(hù)硅片正面，并利用高濃度堿液對(duì)硅片背面及四周邊緣進(jìn)行腐蝕，削平硅片背面因制絨形成的金字塔，得到良好的背面平整性，從而增加背表面反射率，同時(shí)去除了背面的n型擴(kuò)散層。硅片背面拋光后可增加對(duì)長(zhǎng)波的吸收，提高背面膜層的均勻性和致密性，減少背面金屬接觸面積，降低金屬誘導(dǎo)復(fù)合速率，增加少子壽命，從而使硅片背面燒結(jié)更均勻。

5）氧化退火。在高溫下氧氣和硅發(fā)生反應(yīng)，氧原子與硅表面未飽和的硅原子結(jié)合生成SiO2薄膜，從而降低硅片表面懸掛鍵密度，很好地控制界面陷阱和固定電荷[2]，達(dá)到表面鈍化的目的。高溫退火硅片內(nèi)應(yīng)力釋放，消除缺陷，提高PERC單晶硅太陽(yáng)電池的抗電勢(shì)誘導(dǎo)衰減（PID）效果。

6）“背面鍍膜+鈍化”。在硅片背面分別沉積Al2O3薄膜和SiNx薄膜，對(duì)背面進(jìn)行鈍化，降低背表面復(fù)合速率，增加二次反射。

7）正面鍍膜。利用等離子體化學(xué)氣相沉積（PECVD）法沉積SiNx減反射膜，降低硅片正面反射率，并利用化學(xué)鈍化減少?gòu)?fù)合中心。

8）背面激光刻槽。利用激光在硅片背面進(jìn)行打孔或開槽，將部分Al2O3薄膜與SiNx薄膜打穿，露出硅基體，背電場(chǎng)通過(guò)薄膜上的孔或槽與硅基體實(shí)現(xiàn)良好的歐姆接觸[3]。

9）絲網(wǎng)印刷。通過(guò)刮條擠壓網(wǎng)版，使網(wǎng)版彈性形變后將金屬導(dǎo)電漿料漏印在硅片表面，在硅片正、背表面形成金屬導(dǎo)電電極，對(duì)外輸出電流。

10）燒結(jié)。銀漿料溶解SiNx減反射膜，形成Ag-Si電極接觸；氫原子由表層向內(nèi)部擴(kuò)散（同時(shí)氫原子或氫離子會(huì)逸出），鈍化硅片內(nèi)部雜質(zhì)和缺陷，同時(shí)形成Al-Si合金背電場(chǎng)。

11）電注入。通過(guò)對(duì)PERC單晶硅太陽(yáng)電池施加正向偏壓和一定溫度條件下進(jìn)行載流子注入，改變硅基體內(nèi)氫的帶電形態(tài)，鈍化硅基體內(nèi)的硼氧（B-O）復(fù)合體，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，從而降低PERC單晶硅太陽(yáng)電池的光致衰減率，保證PERC單晶硅太陽(yáng)電池可持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)電。

12）測(cè)試入庫(kù)。測(cè)試包括I-V測(cè)試和電致發(fā)光（EL）測(cè)試。其中，I-V測(cè)試是在模擬光源照射下，可變負(fù)載由短路到開路或由開路到短路時(shí)通過(guò)電流表和電壓表描繪I-V曲線，系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試結(jié)果自動(dòng)計(jì)算太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率及其他電性能參數(shù)。EL測(cè)試是對(duì)太陽(yáng)電池通入1～40 mA的正向電流，作用于擴(kuò)散結(jié)兩邊，電能將處于基態(tài)的原子激發(fā)至激發(fā)態(tài)，而處于激發(fā)態(tài)的原子由于不穩(wěn)定會(huì)進(jìn)行自發(fā)輻射，產(chǎn)生近紅外波段光譜。通過(guò)濾波片和底片的曝光程度來(lái)了解自發(fā)輻射中本征躍遷的情況；通過(guò)硅片少子壽命、電流密度與光強(qiáng)之間的關(guān)系，從底片的曝光程度來(lái)判斷硅片內(nèi)部是否存在缺陷。

2" 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1" 實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器

1）利用超景深3D顯微鏡測(cè)量硅片表面絨面金字塔的尺寸。通過(guò)捕捉金字塔塔尖亮度，測(cè)量某金字塔與周圍6個(gè)金字塔的平均距離，得出絨面金字塔的大??；通過(guò)測(cè)試塔尖與塔底距離差計(jì)算得出絨面金字塔和塔基高度；通過(guò)捕捉測(cè)試區(qū)域的塔尖個(gè)數(shù)，測(cè)量得出出絨率；通過(guò)計(jì)算測(cè)量區(qū)域的外表面積與測(cè)量區(qū)域的平面面積的比值得到比表面積。以上涉及的數(shù)據(jù)均由超景深3D顯微鏡的測(cè)量軟件自動(dòng)測(cè)算得出[4]。

2）使用ECV測(cè)試儀測(cè)試擴(kuò)散后硅片表面摻雜濃度及結(jié)深。ECV測(cè)試儀是一種應(yīng)用于能源科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的分析儀器，主要用于測(cè)量半導(dǎo)體電材料的摻雜濃度分布，其主要技術(shù)指標(biāo)包括載流子濃度測(cè)量范圍，最大可達(dá)1021/cm3，最小可至1011/cm3。

3）使用Halm檢測(cè)機(jī)測(cè)試PERC單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率及其他電性能參數(shù)，包括光電轉(zhuǎn)換效率Eta、短路電流Isc、開路電壓Uoc、填充因子FF、反向漏電流IRev2。

2.2" 實(shí)驗(yàn)硅片及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所使用的硅片全部為p型單晶硅片，摻雜鎵元素；硅片尺寸為182 mm×182 mm，厚度為150 μm，電阻率為0.4～1.1 Ω·cm，擴(kuò)散后方塊電阻為200 Ω。

使用常州時(shí)創(chuàng)能源股份有限公司生產(chǎn)的鏈?zhǔn)綗嵫趸O(shè)備對(duì)硅片正面激光SE的重?fù)诫s區(qū)域的致密氧化層進(jìn)行修復(fù)。使用深圳市捷佳創(chuàng)精密設(shè)備有限公司生產(chǎn)的去PSG設(shè)備去除硅片背面和邊緣的PSG。

使用深圳市捷佳創(chuàng)精密設(shè)備有限公司生產(chǎn)的槽式堿拋光設(shè)備進(jìn)行硅片背面拋光處理，槽式堿拋光工藝流程及設(shè)備為：前臭氧清洗槽→水洗槽→堿拋槽→水洗槽→后臭氧清洗槽→酸洗槽→水洗槽→慢提拉槽→烘干槽。其中，前臭氧清洗槽的作用是利用臭氧的強(qiáng)氧化性去除硅片表面臟污；堿拋槽的作用是對(duì)硅片背面進(jìn)行選擇性拋光；后臭氧清洗槽的作用是通過(guò)氧化去除堿拋槽殘留的添加劑；酸洗槽的作用是去除硅片正面的PSG，利用單質(zhì)硅疏水特性使硅片脫水，方便后續(xù)慢提拉槽脫水及烘干槽烘干；各水洗槽的目的均是去除硅片表面的上一槽藥液殘留，防止不同槽的藥液互相影響。

3" 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1" 鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚧翱趯?shí)驗(yàn)

3.1.1" 鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚨臏囟葘?shí)驗(yàn)

鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚋囟葘?shí)驗(yàn)的主要流程為：激光SE工序后，選取3組硅片，每組1000片，均勻混片后再平均分為3組；采用同一臺(tái)鏈?zhǔn)綗嵫趸O(shè)備分別對(duì)3組實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行鏈?zhǔn)綗嵫趸?，將設(shè)備的溫度分別設(shè)置為750、780、800 ℃，氧氣流量均設(shè)置為160 L/min并保持不變，涉及的其他參數(shù)均設(shè)置統(tǒng)一；后續(xù)工藝流程保持路徑統(tǒng)一，然后跟蹤測(cè)試最終制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的電性能參數(shù)，結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出：隨著鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚋囟鹊纳?，制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的開路電壓呈下降趨勢(shì)，填充因子呈上升趨勢(shì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚨臏囟葹?50 ℃時(shí)光電轉(zhuǎn)換效率最高，工藝性能最優(yōu)。

3.1.2" 鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚨难鯕饬髁繉?shí)驗(yàn)

鏈?zhǔn)綗嵫趸に囇鯕饬髁繉?shí)驗(yàn)的主要流程為：激光SE工序后，選取兩組硅片，每組1000片，均勻混片后再平均分為兩組；采用同一臺(tái)鏈?zhǔn)綗嵫趸O(shè)備分別對(duì)兩組實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行鏈?zhǔn)綗嵫趸?，將設(shè)備的氧氣流量分別設(shè)置為160、200 L/min，溫度均設(shè)置為750 ℃并保持不變，涉及的其他參數(shù)均設(shè)置統(tǒng)一；后續(xù)工藝流程保持路徑統(tǒng)一，然后跟蹤測(cè)試最終制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的電性能參數(shù)，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出：隨著鏈?zhǔn)綗嵫趸に囇鯕饬髁康纳?，制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的開路電壓和短路電流升高，填充因子降低，光電轉(zhuǎn)換效率升高。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚨难鯕饬髁繛?00 L/min時(shí)工藝性能最優(yōu)。

3.2" 槽式堿拋光工藝的酸洗槽液體濃度窗口實(shí)驗(yàn)

槽式堿拋光工藝的酸洗槽液體濃度實(shí)驗(yàn)的主要流程為：激光SE工序后，選取兩組硅片，每組1000片，均勻混片后再平均分為兩組；鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚲O(shè)置為溫度750 ℃、氧氣流量160 L/min。采用兩臺(tái)相同的槽式堿拋光設(shè)備分別對(duì)兩組實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行槽式堿拋光，通過(guò)調(diào)整設(shè)備中酸洗槽液體的初配配方和自補(bǔ)配方（1批進(jìn)行1次自補(bǔ)，每批為400片硅片）將酸洗槽分別設(shè)置為低濃度和高濃度，其中1臺(tái)設(shè)備采用低濃度酸洗槽，即初配配方為40 L的HF和380 L的去離子水，自補(bǔ)配方為每批補(bǔ)充0.18 L的HF；另1臺(tái)設(shè)備采用高濃度酸洗槽，即初配配方為50 L的HF和370 L的去離子水，自補(bǔ)配方為每批補(bǔ)充0.22 L的HF（后續(xù)實(shí)驗(yàn)中的低濃度和高濃度酸洗槽均為以上配方）；涉及的其他參數(shù)均設(shè)置統(tǒng)一。后續(xù)工藝流程保持路徑統(tǒng)一，然后跟蹤測(cè)試最終制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的電性能參數(shù)，結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出：與采用高濃度酸洗槽相比，槽式堿拋光工藝采用低濃度酸洗槽時(shí)制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率更佳。

3.3" 鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚭筒凼綁A拋光工藝的匹配性實(shí)驗(yàn)

對(duì)前文3個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚨难趸阅芘c槽式堿拋光工藝酸洗槽的去氧化能力存在直接關(guān)系，猜想兩道工序?qū)杵砻鎿诫s濃度及結(jié)深均存在影響。為驗(yàn)證這一猜想，通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚭筒凼綁A拋光工藝的匹配性實(shí)驗(yàn)。

3.3.1" 第1次匹配性實(shí)驗(yàn)

鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚭筒凼綁A拋光工藝的第1次匹配性實(shí)驗(yàn)的主要流程為：激光SE工序后，選取3組硅片，每組1000片，均勻混片后再平均分為3組。采用同一臺(tái)鏈?zhǔn)綗嵫趸O(shè)備、同一臺(tái)去PSG設(shè)備和兩臺(tái)相同的槽式堿拋光設(shè)備（分別采用低濃度酸洗槽和高濃度酸洗槽）進(jìn)行第1次匹配性實(shí)驗(yàn)，3組實(shí)驗(yàn)樣品（分別記為“SY1組”“SY2組”和“SY3組”）分別采用不同溫度、氧氣流量的鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚧钆洳煌牟凼綁A拋光工藝酸洗槽液體濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)條件如表4所示；涉及的其他參數(shù)均設(shè)置統(tǒng)一。后續(xù)工藝流程保持路徑統(tǒng)一，然后跟蹤測(cè)試最終制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的電性能參數(shù)，結(jié)果如表5所示。

從表5可以看出：對(duì)比3組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚋囟?50 ℃、氧氣流量160 L/min搭配槽式堿拋光工藝的酸洗槽采用低濃度的條件（SY3組）下，制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的短路電流、開路電壓、填充因子均偏高，光電轉(zhuǎn)換效率具有明顯優(yōu)勢(shì)，但對(duì)應(yīng)的反向漏電流也較高。

利用超景深3D顯微鏡對(duì)SY3組硅片正面的激光SE重?fù)诫s區(qū)域的金字塔形貌進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)金字塔塔尖存在過(guò)拋腐蝕現(xiàn)象，其微觀圖如圖2所示。分析原因?yàn)椋捍藢?shí)驗(yàn)條件下鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚿傻难趸瘜虞^薄，堿拋槽內(nèi)的添加劑濃度不足，對(duì)硅片正面的保護(hù)不充分，導(dǎo)致激光SE的重?fù)诫s區(qū)域被腐蝕。

根據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)通過(guò)提高堿拋槽的添加劑濃度來(lái)增強(qiáng)對(duì)硅片正面激光SE重?fù)诫s區(qū)域的保護(hù)性，從而降低制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的反向漏電流，因此進(jìn)行鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚭筒凼綁A拋光工藝的第2次匹配性實(shí)驗(yàn)。

3.3.2" 第2次匹配性實(shí)驗(yàn)

鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚭筒凼綁A拋光工藝的第2次匹配性實(shí)驗(yàn)的主要流程為：激光SE工序后，選取兩組硅片，每組1000片，均勻混片后再平均分為兩組。采用同一臺(tái)鏈?zhǔn)綗嵫趸O(shè)備、同一臺(tái)去PSG設(shè)備和兩臺(tái)相同的槽式堿拋光設(shè)備進(jìn)行第2次匹配性實(shí)驗(yàn)，選擇第1次匹配性實(shí)驗(yàn)中SY1組和SY3組的實(shí)驗(yàn)條件搭配不同的堿拋槽添加劑濃度，兩組實(shí)驗(yàn)樣品的堿拋槽添加劑初配量均設(shè)置為1.2 L，而每批添加劑自補(bǔ)量分別為0.22 L和0.24 L（分別記為“現(xiàn)場(chǎng)方案組”和“優(yōu)化方案組”），具體實(shí)驗(yàn)條件如表6所示；涉及的其他參數(shù)均設(shè)置統(tǒng)一。后續(xù)工藝流程保持路徑統(tǒng)一，然后跟蹤測(cè)試最終制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的電性能參數(shù)，結(jié)果如表7所示。

從表7可以看出：對(duì)比兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化方案組制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的短路電流、開路電壓、填充因子均偏高，光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢(shì)明顯，且對(duì)應(yīng)的反向漏電流差別較小。

在相同實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)第2次匹配性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證，結(jié)果如表8所示。

對(duì)比表7和表8的數(shù)據(jù)可以看出：兩次實(shí)驗(yàn)中，與現(xiàn)場(chǎng)方案組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，優(yōu)化方案組制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的短路電流、開路電壓、填充因子均有所提升，且光電轉(zhuǎn)換效率均提升了0.04%。

利用超景深3D顯微鏡對(duì)優(yōu)化方案組硅片正面的激光SE重?fù)诫s區(qū)域的金字塔形貌進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)金字塔塔尖無(wú)過(guò)拋腐蝕現(xiàn)象，其微觀圖如圖3所示。該結(jié)果說(shuō)明提高槽式堿拋光工藝中堿拋槽添加劑的自補(bǔ)量，可以優(yōu)化對(duì)硅片正面激光SE重?fù)诫s區(qū)域的保護(hù)性，從而使制備得到的PERC單晶硅太陽(yáng)電池的反向漏電流升高的情況得到改善。

3.4" ECV測(cè)試原理及研究結(jié)果佐證

3.4.1" ECV測(cè)試原理

ECV測(cè)試是利用對(duì)硅有腐蝕性的電解質(zhì)溶液形成勢(shì)壘并對(duì)半導(dǎo)體加以偏壓，進(jìn)行表面精確腐蝕，去除已電解的材料，通過(guò)測(cè)量電流、電壓得到電容，并推導(dǎo)出摻雜濃度；每個(gè)腐蝕深度都能對(duì)應(yīng)1個(gè)摻雜濃度，通過(guò)自動(dòng)裝置重復(fù)“腐蝕→測(cè)量”循環(huán)，得到ECV測(cè)試曲線，然后應(yīng)用法拉第定律，對(duì)腐蝕電流進(jìn)行積分，即可連續(xù)得到腐蝕深度。熱擴(kuò)散摻雜時(shí)，隨著腐蝕深度的增加，p/n型雜質(zhì)濃度不斷降低，直至與硅基底的摻雜濃度一致，從而可以確定擴(kuò)散后硅片表面摻雜濃度的分布和結(jié)深。

根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，PERC單晶硅太陽(yáng)電池制備工藝中采用常規(guī)擴(kuò)散工藝時(shí)得到的ECV測(cè)試曲線如圖4所示。

從圖4分析ECV測(cè)試曲線提供的信息，可以看出：拐點(diǎn)1是曲線最高點(diǎn)，一般位于腐蝕深度為10 nm的位置。拐點(diǎn)2是突變點(diǎn)，拐點(diǎn)1和拐點(diǎn)2之間形成了突變曲線，這段區(qū)域是燒結(jié)的重點(diǎn)區(qū)域，其濃度梯度（即圖中曲線斜率）的大小會(huì)直接影響燒結(jié)的效果，若濃度梯度較小，燒結(jié)易于進(jìn)行；若濃度梯度較大，則燒結(jié)難以進(jìn)行。拐點(diǎn)3為p-n結(jié)的位置，其結(jié)深大小由工藝設(shè)置決定，此段曲線與橫坐標(biāo)軸之間的面積代表有效摻雜量（即凈摻雜量）；有效摻雜量會(huì)影響PERC單晶硅太陽(yáng)電池的開路電壓和短路電流，若有效摻雜量較大，可以提高太陽(yáng)電池的開路電壓和短路電流。有效摻雜量與硅片材料本身的性質(zhì)和制備時(shí)的工藝設(shè)置有關(guān)。

3.4.2" 研究結(jié)果佐證

針對(duì)鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚭筒凼綁A拋光工藝的第2次匹配性實(shí)驗(yàn)中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組別進(jìn)行ECV測(cè)試，對(duì)比不同工序后硅片表面摻雜濃度及結(jié)深情況?，F(xiàn)場(chǎng)方案組和優(yōu)化方案組不同工序后的ECV測(cè)試結(jié)果分別如表9、表10所示。表中：輕摻雜區(qū)域?yàn)閿U(kuò)散后硅片未進(jìn)行激光SE的區(qū)域；重?fù)诫s區(qū)域?yàn)閿U(kuò)散后硅片進(jìn)行了激光SE的區(qū)域。

3.4.3" 分析與討論

通過(guò)上述大量實(shí)驗(yàn)及ECV測(cè)試佐證結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：擴(kuò)散后硅片表面摻雜濃度及結(jié)深并非固定不變，當(dāng)后續(xù)制備過(guò)程涉及高溫、氧化、化學(xué)腐蝕等動(dòng)作時(shí)，擴(kuò)散后硅片表面摻雜濃度及結(jié)深均會(huì)有所改變。激光SE后，鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚨难趸阅芘c槽式堿拋光工藝酸洗槽的去氧化能力對(duì)輕摻雜區(qū)域及重?fù)诫s區(qū)域的硅片表面摻雜濃度和結(jié)深均存在直接影響。在一定范圍內(nèi)，降低鏈?zhǔn)綗嵫趸に噷?duì)擴(kuò)散后硅片的氧化程度，硅片表面摻雜濃度及擴(kuò)散結(jié)深的下降幅度明顯降低，甚至還會(huì)出現(xiàn)升高現(xiàn)象；同時(shí)，結(jié)合槽式堿拋光工藝中酸洗槽液體濃度的降低，硅片表面摻雜濃度的下降幅度進(jìn)一步降低，并保持?jǐn)U散結(jié)深相對(duì)穩(wěn)定，結(jié)深大幅降低的現(xiàn)象得到明顯改善。但過(guò)量氧化會(huì)導(dǎo)致硅片表面摻雜濃度持續(xù)增加，反應(yīng)會(huì)波及到結(jié)區(qū)，導(dǎo)致結(jié)深變淺；過(guò)量氧化的硅片到達(dá)槽式堿拋光工藝的酸洗槽，且酸洗槽液體濃度也過(guò)量時(shí)，氧化層被反應(yīng)去除，結(jié)區(qū)受損，硅片表面摻雜濃度降低，結(jié)深變淺，最終導(dǎo)致PERC單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率降低。

4" 結(jié)論

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)PERC單晶硅太陽(yáng)電池制備工藝中3合1工序的鏈?zhǔn)綗嵫趸に囇趸阅芎筒凼綁A拋光工藝酸洗槽去氧化能力的工藝窗口及匹配性進(jìn)行了研究，得到整體3合1工序的工藝優(yōu)化方案，并采用ECV測(cè)試對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了佐證，最終達(dá)到提升PERC單晶硅太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率的目的。研究結(jié)果表明：3合1工序中的鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚺c槽式堿拋光工藝對(duì)擴(kuò)散后硅片表面摻雜濃度及PERC單晶硅太陽(yáng)電池的電性能存在重要影響，優(yōu)化鏈?zhǔn)綗嵫趸に嚨臏囟?、氧氣流量與槽式堿拋光工藝的酸洗槽液體濃度，提高二者的匹配性，使氧化能力與去氧化能力均達(dá)到臨界點(diǎn)，可以最大程度地提高PERC單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

需要說(shuō)明的是，本研究?jī)H為初步探討，未來(lái)可以進(jìn)一步研究不同工序的不同工藝條件對(duì)PERC單晶硅太陽(yáng)電池電性能的影響機(jī)制，通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)來(lái)提高PERC單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

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INFLUENCE OF PROCESS CONDITIONS OF CHAIN THERMAL OXIDATION AND TROUGH TYPE ALKALINE POLISHING ON PHOTOELECTRIC CONVERSION EFFICIENCY OF PERC

MONO-Si SOLAR CELLS

Yan Haigang，Li Ning，Zhang Shengliang，Wang Lei，Zhang Shijun，Wang Huifang

（Yiwu JingAo Solar Co.，Ltd，Jinhua 322000，China）

Abstract：A study is conducted on the process window and matching of the oxidation performance of the chain thermal oxidation process and the oxidation removal ability of the acid pickling tank in the trough type alkaline polishing process in the 3-in-1 process of PERC mono-Si solar cell preparation. This paper first designs experiments to test the effects of chain thermal oxidation process conditions （including temperature，oxygen flow rate），liquid concentration in acid pickling tank of trough type alkaline polishing process on the surface doping concentration of diffused silicon wafers and the photoelectric conversion efficiency of PERC mono-Si solar cells. Further analyze the compatibility between the chain thermal oxidation process and the trough type alkaline polishing process based on preliminary experimental results，and obtain an optimized process plan for the overall 3-in-1 process. Then，ECV is used to test the changes in surface doping concentration and junction depth of the diffused silicon wafers，which supported the research results and ultimately achieved the goal of improving the photoelectric conversion efficiency of PERC mono-Si solar cells. The research results show that the chain thermal oxidation process and trough type alkaline polishing process in the 3-in-1 process have a significant impact on the surface doping concentration of diffused silicon wafers and the electrical performance of PERC mono-Si solar cells. Optimizing the temperature and oxygen flow rate of the chain thermal oxidation process，and the liquid concentration in acid pickling tank of the trough type alkaline polishing process to improve their compatibility，so that both the oxidation ability and the oxidation removal ability reach the critical point，which can maximize the photoelectric conversion efficiency of PERC mono-Si solar cells.

Keywords：PERC mono-Si solar cells；chain thermal oxidation；trough type alkaline polishing；liquid concentration in acid pickling tank；doping concentration；photoelectric conversion efficiency；electrical performance