太阳能电池工艺困难及策略

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作者：胡文平李云峰单位：中国电子科技集团公司

采用传统的化学腐蚀工艺，绒面质量不好控制，化学试剂使用较多，废液废气排放量大，该生产方式属非环境友好型。目前出现一种反应离子刻蚀技术（RIE）技术，通过MASK（掩膜）再显影的方式制出表面织构模型，再利用反应离子刻蚀方法制备表面织构。这种方法制备的绒面非常完美，表面反射率可明显降低。

扩散制节硅太阳电池PN结通常是在高温条件下利用磷扩散来实现。工艺包括两个过程：首先硅片表面含磷薄膜层的沉积，然后含磷薄膜层中的磷在高温条件下往P型硅片里扩散。PN结技术是国际电池制造企业与国内电池制造企业的主要技术差距。减压扩散技术优势明显，低的杂质源饱和蒸气压提高了杂质的分子自由程，硅片尺寸156，产量400片，其扩散均匀性仍优于±3%，是高品质与环境友好型的生产方式；闭管扩散炉在能耗方面优于开管扩散炉，且生成的偏磷酸也较少；链式扩散是重要的产业化技术，并能很好地与快速扩散技术相结合，BTU、SCHMID以及中电集团第48所均已有长时间的研究及工业化应用，经过处理的磷酸通过超声喷雾等方法均匀地附着在硅片表面，再通过有不同温区的链式扩散炉制得PN结，配备无接触的方块电阻在线检测，易于自动化生产；选择性扩散也具有较好的产业化前景，德国Fraunhofer研究所采用LCP制备选择性发射结的太阳电池，其效率已经超过20%，且能得到较高的开路电压和较好的光谱响应。

刻蚀技术PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路，该短路通道等效于降低并联电阻。因此要制得性能好的太阳电池，需要将该短路通道去除。在等离子体刻蚀工艺中，关键的工艺参量是射频功率和刻蚀时间。如功率太高，等离子体中离子的能量较高而会对硅片边缘造成较大的轰击损伤，如果刻蚀时间过长，会因损伤区域的高复合而使得开路电压和短路电流降低，在生产过程中，等离子体刻蚀的功率大小和刻蚀时间长短的选取是一种折衷考虑。目前市场上已有一种设备集刻蚀与去PSG功能于一体，德国RE-NA一台扩散后清洗设备即可达到化学腐蚀去边作用，又可后续完成背面腐蚀抛光技术，通过化学去边，除去边缘含磷区，防止短路，通过背面绒面的抛光可降低入射光的透射损失、提高电池红光响应。该方法工艺简单、稳定，不存在刻蚀不均或钻刻现象。

表面减反射膜生长技术PECVD是在（0.1～1）×102Pa、200～450℃下，SiH4与NH3反应，在硅片表面沉积约75nm的GaN，该层薄膜能降低反射率，增加光吸收，并有钝化效果。现有工业应用中有管式PECVD和板式PECVD两种。管式沉积的薄膜更加致密，对多晶硅太阳电池能钝化效果更好；板式PECVD产能更高。高频PECVD、微波PECVD等应用中，优化工艺的关键为如何减少对电池表面的辐射损伤，提高钝化效果和得到合适的折射率。

丝网印刷技术改进丝网印刷技术和改善电极浆料配方是提升电池效率的捷径。选择性发射极技术是丝网印刷技术的一个新的应用，在金属线下制造重度掺杂的n+区域，降低接触电阻；BACCINI公司采用两台印刷机将两种浆料重叠印刷，双重印刷技术实现80um宽/30um宽细栅技术，较之传统的100um宽，12um深的印刷技术，降低了20%的阴影损失，潜在的光电转化效率可增加0.5%。

总之，大尺寸、高效率、超薄化、长寿命，是硅片太阳能电池制造技术的主流发展方向，提升效率、降低发电成本，实现光伏发电从补充能源向主流能源的跃进，是国内外“光伏人”深入研究光伏技术的奋斗目标，通过不断的技术革新，颠覆传统，在21世纪必将迎来光伏发展的新篇章。