多晶硅太陽能電池制作工藝概述

眾所周知，利用太陽能有許多優(yōu)點(diǎn)，光伏發(fā)電將為人類提供主要的能源，但目前來講，要使太陽能發(fā)電具有較大的市場，被廣大的消費(fèi)者接受，提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本應(yīng)該是我們追求的最大目標(biāo)，從目前國際太陽電池的發(fā)展過程可以看出其發(fā)展趨勢為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。從工業(yè)化發(fā)展來看，重心已由單晶向多晶方向發(fā)展，主要原因為：

（1）可供應(yīng)太陽電池的頭尾料愈來愈少；

（2）對太陽電池來講，方形基片更合算，通過澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料；

（3）多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷取得進(jìn)展，全自動澆鑄爐每生產(chǎn)周期（50小時）可生產(chǎn)200公斤以上的硅錠，晶粒的尺寸達(dá)到厘米級；

（4）由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展很快，其中工藝也被應(yīng)用于多晶硅電池的生產(chǎn)，例如選擇腐蝕發(fā)射結(jié)、背表面場、腐蝕絨面、表面和體鈍化、細(xì)金屬柵電極，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可使柵電極的寬度降低到50微米，高度達(dá)到15微米以上，快速熱退火技術(shù)用于多晶硅的生產(chǎn)可大大縮短工藝時間，單片熱工序時間可在一分鐘之內(nèi)完成，采用該工藝在100平方厘米的多晶硅片上作出的電池轉(zhuǎn)換效率超過14％。據(jù)報道，目前在50～60微米多晶硅襯底上制作的電池效率超過16％。利用機(jī)械刻槽、絲網(wǎng)印刷技術(shù)在100平方厘米多晶上效率超過17％，無機(jī)械刻槽在同樣面積上效率達(dá)到16％，采用埋柵結(jié)構(gòu)，機(jī)械刻槽在130平方厘米的多晶上電池效率達(dá)到15.8％。

下面從兩個方面對多晶硅電池的工藝技術(shù)進(jìn)行討論。1. 實驗室高效電池工藝

實驗室技術(shù)通常不考慮電池制作的成本和是否可以大規(guī)?；a(chǎn)，僅僅研究達(dá)到最高效率的方法和途徑，提供特定材料和工藝所能夠達(dá)到的極限。

1.1關(guān)于光的吸收

對于光吸收主要是：

（1）降低表面反射；

（2）改變光在電池體內(nèi)的路徑；

（3）采用背面反射。

對于單晶硅，應(yīng)用各向異性化學(xué)腐蝕的方法可在（100）表面制作金字塔狀的絨面結(jié)構(gòu)，降低表面光反射。但多晶硅晶向偏離（100）面，采用上面的方法無法作出均勻的絨面，目前采用下列方法：

［1］激光刻槽

用激光刻槽的方法可在多晶硅表面制作倒金字塔結(jié)構(gòu)，在500～900nm光譜范圍內(nèi)，反射率為4～6％，與表面制作雙層減反射膜相當(dāng)。而在（100）面單晶硅化學(xué)制作絨面的反射率為11％。用激光制作絨面比在光滑面鍍雙層減反射膜層（ZnS/MgF2）電池的短路電流要提高4％左右，這主要是長波光（波長大于800nm）斜射進(jìn)入電池的原因。激光制作絨面存在的問題是在刻蝕中，表面造成損傷同時引入一些雜質(zhì)，要通過化學(xué)處理去除表面損傷層。該方法所作的太陽電池通常短路電流較高，但開路電壓不太高，主要原因是電池表面積增加，引起復(fù)合電流提高。

［2］化學(xué)刻槽

應(yīng)用掩膜（Si3N4或SiO2）各向同性腐蝕，腐蝕液可為酸性腐蝕液，也可為濃度較高的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，該方法無法形成各向異性腐蝕所形成的那種尖錐狀結(jié)構(gòu)。據(jù)報道，該方法所形成的絨面對700～1030微米光譜范圍有明顯的減反射作用。但掩膜層一般要在較高的溫度下形成，引起多晶硅材料性能下降，特別對質(zhì)量較低的多晶材料，少子壽命縮短。應(yīng)用該工藝在225cm2的多晶硅上所作電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16.4%。掩膜層也可用絲網(wǎng)印刷的方法形成。［3］反應(yīng)離子腐蝕（RIE）

該方法為一種無掩膜腐蝕工藝，所形成的絨面反射率特別低，在450～1000微米光譜范圍的反射率可小于2％。僅從光學(xué)的角度來看，是一種理想的方法，但存在的問題是硅表面損傷嚴(yán)重，電池的開路電壓和填充因子出現(xiàn)下降。

［4］制作減反射膜層

對于高效太陽電池，最常用和最有效的方法是蒸鍍ZnS/MgF2雙層減反射膜，其最佳厚度取決于下面氧化層的厚度和電池表面的特征，例如，表面是光滑面還是絨面，減反射工藝也有蒸鍍Ta2O5， PECVD沉積 Si3N3等。ZnO導(dǎo)電膜也可作為減反材料。

1.2金屬化技術(shù)

在高效電池的制作中，金屬化電極必須與電池的設(shè)計參數(shù)，如表面摻雜濃度、PN結(jié)深，金屬材料相匹配。實驗室電池一般面積比較?。娣e小于4cm2），所以需要細(xì)金屬柵線（小于10微米），一般采用的方法為光刻、電子束蒸發(fā)、電子鍍。工業(yè)化大生產(chǎn)中也使用電鍍工藝，但蒸發(fā)和光刻結(jié)合使用時，不屬于低成本工藝技術(shù)。