超薄晶體硅太陽電池關鍵工藝及產(chǎn)業(yè)化分析

陳雨晴+葛海亮

摘 要：硅片切割技術的發(fā)展帶動了晶體硅太陽電池的不斷改進，晶體硅太陽電池越來越薄，生產(chǎn)成本逐漸降低。本文以全球光伏發(fā)電的發(fā)展為出發(fā)點，闡述太陽電池的工作原理，并分析超薄晶體硅太陽電池關鍵工藝和產(chǎn)業(yè)化，以期為相關工作人員提供一定的借鑒，為超薄晶體硅太陽電池產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展指明方向。

關鍵詞：超薄電池；晶體硅太陽電池；產(chǎn)業(yè)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.069

隨著人們對氣候水平的不斷關注，帶動了可再生能源的迅速發(fā)展。光伏是一種重要的可再生能源，近年來，得到迅猛的發(fā)展，在發(fā)達國家被廣泛的開發(fā)，具有很大的潛力。晶體硅太陽電池在我國的市場占很大比例，成本逐漸降低，太陽能行業(yè)朝著平價上網(wǎng)的趨勢發(fā)展，這一發(fā)展趨勢的實現(xiàn)離不開降低生產(chǎn)成本及不斷提升電池效率。降低生產(chǎn)成本是以降低每峰瓦硅料的耗損料為出發(fā)點。在確保正常生產(chǎn)的情況下，盡量降低硅片的厚度，進而有效的降低生產(chǎn)成本。

1 硅片切割技術

多線研磨液硅片切割技術是較為傳統(tǒng)的切割技術，傳統(tǒng)切割技術是以碳化硅和PEG為媒介切割硅片，這種切割方式會對硅片造成較大的損傷，導致傳統(tǒng)的切割技術無法得到較薄的硅片，無法進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。金剛線切割技術是最新的切割技術，這種技術對附有金剛石的金屬線進行切割，水是在切割過程中常用的冷卻劑。采用此種切割技術耗費較高，但是，使用方便、快捷，運營成本降低，金剛線切割技術以其獨特的魅力受到青睞。PolyMax是由SiGen開發(fā)的一種新型技術，這種技術的使用開啟了超薄硅片產(chǎn)量化的局面。PolyMax切割技術是在硅錠中注入離子束，經(jīng)過撕裂，將其分割成為厚度一定的硅片。這樣的方式降低了原料的使用量，并簡化了工藝流程，減少了粘貼、切割、清洗等步驟。如果PolyMax切割可以進行產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)，降低硅片的厚度和使用率，便可以實現(xiàn)成本的降低。理論上說，硅片越薄，企業(yè)的生產(chǎn)成本越低。但是，在進行切割的過程中，會產(chǎn)生大量的碎片，如何降低碎片率的問題擺在了企業(yè)的面前。事實表明，只有盡量減少制作的步驟，才能盡可能降低硅片的碎片率。

2 自動化生產(chǎn)

近些年來，受到國際經(jīng)濟市場的影響，部分國外光伏企業(yè)沒能經(jīng)受住考驗，相繼破產(chǎn)，但是，我國光伏企業(yè)受到國際市場的影響不大，主要是由于光伏行業(yè)需要大量的勞動力，屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，而我國的人力成本明顯低于其他國家。當光伏產(chǎn)業(yè)中的超薄電池成為主要產(chǎn)品時，由于超薄硅片在生產(chǎn)的過程中容易受到破損，手工操作會加大硅片損壞的概率，所以，采用大量勞動力的生產(chǎn)方式已經(jīng)對超薄硅片的發(fā)展起到了阻礙作用，未來太陽電池的制作將以生產(chǎn)全自動為主要方向。

3 電極制備

電極的制備是指網(wǎng)絲印刷和燒結的過程。電極制備使用的是減反射膜的太陽電池。首先，要在電池的反面刷上銀漿，經(jīng)過烘干后，刷上一層鋁漿，再繼續(xù)烘干，將電池的正面刷上銀漿，將溫度升高到800-880攝氏度左右的時候進行燒結，晶體硅光伏電池的正負極制作完成。

漿料的不斷改進有利于太陽電池技術的不斷發(fā)展。當硅片的厚度不斷下降時，漿料經(jīng)過高溫作用后的翹曲率較低。如果電池片的翹曲程度過高，不僅對電池的性能產(chǎn)生嚴重破壞，還會增加制作過程中的破碎率。

電池生產(chǎn)過程中已采用Ni/Cu/Ag等結構的前電極電鍍和背面蒸鍍鋁工藝。在經(jīng)過電鍍和蒸鍍鋁過程后，只需要經(jīng)過低溫的退火過程，能與歐姆產(chǎn)生良好的接觸，從而避免翹曲現(xiàn)象的發(fā)生。電鍍和蒸鍍鋁技術的使用對電池的生產(chǎn)過程進行了簡化，有效地降低了碎片率。電鍍工藝因其制作成本低、工藝過程監(jiān)督等優(yōu)勢成為企業(yè)研究的重點工藝，也是未來超薄晶體硅太陽電池制作發(fā)展的趨勢。

4 電池結構改進

超薄電池的翹曲問題得以解決離不開對漿料的改進。我們需要利用先進的電池結構取代傳統(tǒng)的電池結構。背面鈍化的局域金屬接觸結構的背面反射器、背面鈍化的性能較為優(yōu)良，是未來電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢。雙面電池結構，由于不具備全鋁背場結構，對解決硅片翹曲問題很有幫助。但是，在雙面電池結構中，只有安裝優(yōu)良的反射器才能將光的透射程度降低。

5 制絨及后清洗工藝

當硅片的厚度小于100微米時，使用傳統(tǒng)的堿制絨工藝會起到雙面制絨的效果，當晶硅“金字塔”的高度為5微米時，雙面“金字塔”的高度會達到10微米，會對超薄硅片造成一定的威脅，導致電池的碎片率增加。為了有效地解決這個問題，應采用小絨面結構，也可使用單面堿制絨等新型工藝進行單面制絨。

現(xiàn)階段，主要使用滾輪單面去背結流水線為后清洗設備，硅片的厚度有明確的要求，應控制在140-160微米，對于較薄硅片的產(chǎn)業(yè)化，使用單面化學濕法腐蝕去背結，會導致硅片邊緣化受到侵蝕。當硅片的厚度過小時，硅片的韌性會得到充分體現(xiàn)，在后清洗的過程中，硅片會出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象，現(xiàn)有的設備難以去背結。所以，需要依據(jù)硅片的厚度對設備進行改進，從而更好地進行生產(chǎn)工作。

6 p-n結制作

通過熱擴散、離子注入的方式可以完成p-n結制作，但是，熱擴散法制結能夠達到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)目標。熱擴散法制結是將V族雜質(zhì)加入p型或者n型硅中，這個過程是在加熱的條件下進行的。雜質(zhì)元素會在加熱的條件下通過擴散進入基體，溫度不同導致雜質(zhì)元素在基體中的分布不同，對電池的電性能產(chǎn)生很大的影響。

擴散需要在清潔的環(huán)境下進行。擴散所用的器材必須經(jīng)過嚴格的清潔，要保證相關試劑的純度符合標準。熱擴散之后，硅片周圍會產(chǎn)生擴散層。實現(xiàn)光轉(zhuǎn)換必需的硅片光照面被稱為前結。在接下來的工序中，要想辦法將p-n結及擴散層去除。

硅片切割技術的發(fā)展帶動了晶體硅太陽電池的不斷改進，晶體硅太陽電池越來越薄，太陽電池的生產(chǎn)成本逐漸降低。通過對晶體硅太陽電池關鍵工藝的分析描述，并提出產(chǎn)業(yè)化的想法，希望能為超薄晶體硅太陽電池關鍵工藝及產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展指明方向，更好地發(fā)揮出太陽電池在人們生活中的作用，為人們的生活謀取更大的福利。

參考文獻：

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