对单晶硅太阳能电池生产工艺的研究

2017 年 04 月工艺控制对单晶硅太阳能电池生产工艺的研究王森涛 焦朋府 张 波 ( 山西潞安太阳能科技有限责任公司， 山西 长治 046000)摘要 :文章主要对制绒、 扩散制结、 等离子边缘刻蚀、 去磷硅玻璃、 PECVD 镀减反射膜、 丝网印刷电极、 烧结几种单晶硅太阳能电池的生产工艺展开了研究分析。关键词： 单晶硅； 太阳能； 电池； 生产工艺； 研究在传统能源不断枯竭的背景下， 作为新能源和绿色能源的太阳能受到了越来越多的关注。而在太阳能的利用中， 太阳能电池是目前使用最为广泛的。由于单硅晶电池是目前在太阳能光伏市场中最为主流的产品， 在市场中的占比例达到 80%左右， 所以从未来的发展趋势进行观察， 可以断言在未来的 5-10内单晶硅电池还将会继续在太阳能电池市场中占据主导地位[1]。在此背景下， 文章围绕单晶硅太阳能电池生产工艺为中心，主要研究剖析了在单晶硅太阳能电池生产的几个关键技术和工艺， 旨在提供一些该方面的理论参考， 以下是具体内容。1 制绒在单晶硅太阳能电池生产环节中制绒是第一步， 其过程是采用质量分数为 20%的碱液放置于八十摄氏度的环境中， 对单晶硅太阳能电池的硅片进行表面的处理， 进而达到去除硅片损伤层的目的 [2] 。在制绒过程中， 单晶硅硅片表面可形成一个角锥形的外表， 其具体的反应过程为：2NaOH+Si+2H 2O → 2H2 ↑ +Na2SiO3而对于单晶硅片上表面生成的二氧化硅则可以是氟氢酸给以去除， 其反应的方程为：6HF+SiO 2→ 2H2O+H2SiF6最后再使用盐酸进行硅片的表面处理工作， 即可在水中溶解变成络合物， 最后在采用喷淋的方式将其表面的杂质给以去除， 烘干处理后即完成了制绒环节。2 扩散制结扩散制结其扩散源为三氯氧磷， 而三氯氧磷在高温的环境下会发生分解生成五氧化二磷和无氯化磷。而分解产物中的五氧化二磷会和单晶硅太阳能电池中的硅片发生反应生成二氧化硅和磷单质。而当环境中有外来的氧气时， 就会和扩散源分解出的无氯化磷进一步反应生成五氧化二磷和氯气， 因此在扩散制结环节中， 可以通入适量的氧气来促进扩散制结的进行[3]。而在三氯氧磷的分解过程中也会在单晶硅片的表面不断累积下五氧化二磷， 进而和硅片发生反应生成一层磷硅玻璃，并且磷还会不断向外进行扩散。3 等离子边缘刻蚀对于单晶硅片而言， 其在经过了扩散处理之后， 在其正面以及边缘处都形成一个扩散层， 而该扩散层在正面存在是十分必要， 而在边缘存在则是需要去掉的， 因此进行单晶硅太阳能电池的边结绝缘刻蚀对于降低单晶硅太阳能电池的漏电量是单晶硅太阳能电池的生产环节中一个十分必要的环节。在单晶硅太阳能电池的边缘刻蚀环节上是通过高频的辉光放电进行反应， 从而使反应气体被激活为活性粒子， 而这些活性粒子则是需要刻蚀的地方。等离子在和这些部位接触后，就会和硅片发生反应， 继而将挥发性反应物四氟化硅去除， 达到边缘腐蚀的效果。4 去磷硅玻璃在去磷硅玻璃环节需要现将槽内的液体给以替换为清水，然后在氟氢酸槽放入 80升的水， 然后在向槽中添加含量密度在48.9-19.25 之间的氟氢酸。而随着去磷硅玻璃环节的不断进行， 氟氢酸会不断被消耗， 进而其浓度会逐渐降低。因此在实际的工业生产中， 为了保障去磷硅玻璃能够顺利的进行， 需要每经过六小时向槽内的液体进行一次替换， 而喷淋槽以及清洗槽的纯水则需要每 12 小时更换一次 [4] 。5 PECVD 镀减反射膜PECVD 镀减反射膜是单晶电池生产中最为重要的一个环节， PECVD 所指的是化学气相沉积减反射膜， 具体而言即 SiNx减反射膜。在单晶硅电池太阳能电池上镀上一层 SiNx 减反射膜可以极大程度上提升单晶硅太阳能电池的太阳能吸收效率， 此外还可以在氢原子的钝化效果下， 实现单晶硅太阳能电池开路电压以及短路电流的大幅度提升， 是单晶电池环节中提升电池性能的一个重要措施 [5]。单晶电池生产过程中的化学气相沉积减反射膜其工作的原理是使用低温等离子体作为镀膜的动力提供者， 并且在此基础上将石墨加入到硅片中， 通过加热反应条件进行加热， 并且需要在化学气相沉积减反射膜的过程中通入一定量的其他成分与其中， 具体的成分为氮气、 暗器以及四氢化硅气体， 并且采用辉光放电技术在镀膜中产生等离子体。在经过一系列的离子反应以及化学反应后， 就会在单晶硅太阳能电池硅片的表面形成一层十分稳定的固态薄膜， 该过程的具体反应式为：NH3+SiH 4→ SixNyHz+H2 ↑6 丝网印刷电极丝网印刷电极环节的基本原理为使用网版上的网口作为渗透孔， 进而在施加外界压力的条件下， 使浆料能够通过渗透孔进一步渗透到单晶硅太阳能电池的硅片上。而在对电极进行丝网印刷的过程中主要需要使用到的材料有刮刀、 网版、 印刷机、 浆料以及硅片几者。印刷步骤为首先使用 Ag/AL 的背印刷电极并且给以烘干， 进而使用 Ag/AL 浆背电场并烘干， 最后使用 Ag/AL 浆印刷正电极 [6]。7 烧结烧结环节是单晶硅太阳能电池生产的最后一个环节。烧结环节就是为了降低系统内的自由能， 在烧结的过程中颗粒会出现一系列的变化： 接触—结合—自由收缩—空隙排除—晶体性能提升等。而在经过烧结的这一系列环节之后， 单晶硅太阳能电池体系内的自由能便可以最大程度上的实现降低， 系统的整体稳定性得到了进一步的提升， 其中厚膜粉系统也经过烧结环节后变得更为密实。8 结语基于目前我国低碳经济和绿色经济的发展主轴， 发展太阳能产业是未来我国的能源发展的一个必然趋势， 而在太阳能产业中单晶硅电池又是其中占比最大， 最有前景的一个分支。文章主要对单晶硅太阳能电池生产中制绒、 扩散制结、 等离子边缘刻蚀、 去磷硅玻璃、 PECVD 镀减反射膜、 丝网印刷电极、 烧结几种主要的生产工艺进行了分析探讨， 并提出一些自己的观点和见解， 希望可以我国单晶硅太阳能电池领域以参考和启迪，促进我国单晶硅太阳能电池行业进一步发展。参考文献：[1]罗鹏飞 ,王殿磊 ,眭山等 .薄单晶硅 PERC太阳电池纯铝背电 极 快 速 烧 结 研 究 [J]. 人 工 晶 体 学 报 ,2016,45(6):1445- 1449,1457.[2]季鑫 ,杨德仁 , 答建成等 .硅基单结太阳能电池的制备技术、 缺陷及其性能的研究 [J].材料导报 ,2016,30(3):15-18,28.[3]张勤杰 ,李秀青 ,华永云等 .背面结构对铝背发射极 n 型单晶硅太阳电池的影响研究 [J].太阳能学报 ,2016,37(5):1148-1152.[4]Kanti Basu, P.,Hameiri, Z.,Sarangi, D. et al.18.7% Efficientinline- diffused screen- printed silicon wafer solar cells with deephomogeneousemitter 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.[5]何存富 ,刘岳鹏 ,刘增华等 .空气耦合 Lamb 波在单晶硅中的传播特性和缺陷检测研究 [J].机械工程学报 ,2015,(12):1-7.[6]李进 ,张洪岩 ,高忙忙等 .氩气流速对 400 mm 大直径磁场直拉单晶硅固液界面、 热应力及氧含量的影响 [J].人工晶体学报 ,2014,43(5):1193-1198,1211.66