單晶硅太陽電池工藝研究

王靜++張東升

摘 要：采用濕化學(xué)方法對硅片背面拋光鈍化，研究背腐蝕對單晶硅太陽電池工藝的影響。通過分析腐蝕后硅片表面形貌及電池電性能的變化，發(fā)現(xiàn)腐蝕降低了硅片表面粗糙度以及表面電子空穴復(fù)合速率；內(nèi)量子效率中短波響應(yīng)增強，開路電壓和短路電流分別增加了2.1mV和26 mA。

關(guān)鍵詞：單晶硅；電池效率；背腐蝕；光譜響應(yīng)

中圖分類號：TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）05-0081-01

1 引言

在目前的光伏行業(yè)中，硅基太陽電池仍然占據(jù)著主要地位。隨著硅材料價格的持續(xù)快速下降，以及單晶電池效率與多晶的進(jìn)一步拉開，使單晶電池的性價比越來越高，而且單晶更適合做薄片化來降低硅料成本。因此單晶硅電池將成為當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的主流。

在電池的生產(chǎn)工藝中，需要對硅片清洗制絨。制絨后的隨機金字塔表面通常會展現(xiàn)出一個高度的電復(fù)合，它們具有多方面影響：如增加了表面積、較多的<111>面懸掛鍵（相對于<100>面）、金字塔邊緣部分應(yīng)力及與氮化硅膜接觸面會產(chǎn)生應(yīng)力。背腐蝕技術(shù)能有效的減小電池背表面積、減小表面態(tài)和表面復(fù)合，提高開路電壓；同時背腐蝕拋光可以提高背表面反射率，把電池不易吸收的長波反射回硅基體，提高長波的內(nèi)量子效率，被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中。淺結(jié)發(fā)射極可以減少少子復(fù)合、提高太陽電池的藍(lán)紫光響應(yīng)，進(jìn)而提高開路電壓（Uoc）和短路電流（Isc）。本文在P型單晶硅材料基礎(chǔ)上，采用背腐蝕技術(shù)制備了高效太陽能電池，研究背腐蝕對太陽能電池表面形貌、量子效率等方面的影響，探究背腐蝕對太陽能電池電性能的影響。

2 實驗

實驗采用隆基生產(chǎn)的156.75mm×156.75mm 直拉P型單晶硅片，厚度為200m，電阻率為1-5Ω·cm。首先通過堿制絨在硅片兩面形成隨機的金字塔結(jié)構(gòu)，然后將硅片均分為兩組，每組200片。利用HF-HNO3混合溶液采用RENA Inoxide設(shè)備將一組樣品背面腐蝕拋光（實驗組），然后與參考組一同放入管式擴散爐進(jìn)行發(fā)射極擴散，使用的是液態(tài)POCl3擴散源。再用混合酸溶液進(jìn)行邊緣絕緣和去除磷硅玻璃層（PSG），用板式等離子體增強化學(xué)氣相沉積法（PECVD）鍍SiNx鈍化和減反射膜，絲網(wǎng)印刷金屬化過程，最后用遠(yuǎn)紅外加熱爐帶共燒結(jié)形成發(fā)射極和鋁背場界面的歐姆接觸。用掃描電子顯微鏡（SEM）來檢測腐蝕后硅片表面形貌特征，利用PVtools電池性能及失效分析儀測試電池光譜響應(yīng)。在25℃、AM1.5、1000W/cm2的標(biāo)準(zhǔn)條件下用Halm測試系統(tǒng)測試電池片IV特性。

3 結(jié)果與討論

3.1 背腐蝕后硅片表面形貌變化

圖1（a）為制絨樣品背表面形貌圖，從圖中可以看出硅片經(jīng)堿溶液各向異性腐蝕后表面形成金字塔絨面，在大金字塔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又生產(chǎn)了小的未成形的金字塔，這有利于入射光的多次反射并提高吸收效率。而經(jīng)酸液拋光后金字塔大小分布更加均勻如圖1（b）所示，金字塔尖也被腐蝕掉。

3.2 電池光譜響應(yīng)分析

太陽空穴對數(shù)目電池的量子效率QE（Quantum Efficiency）是指太陽能電池產(chǎn)生電子-與入射到太陽能電池表面的光子數(shù)據(jù)之比，可以看作是太陽能電池對單一波長的光的吸收能力。

3.3 背腐蝕對電池電性能影響

測試兩組樣品電性能參數(shù)可以看到實驗組樣品經(jīng)背腐蝕拋光后電池效率有所提升，因為背面腐蝕能有效降低表面態(tài)密度，降低表面復(fù)合速率，提高表面光生載流子收集率，開路電壓和短路電流分別增加了2.1mV和26mA，200片電池平均轉(zhuǎn)換效率相比參考組提高了0.13%。

4 結(jié)語

在單晶硅太陽電池工藝中加入背腐蝕拋光，可減少硅片表面缺陷，降低表面復(fù)合速率，改善金字塔形貌，提高背表面反射率，將電池不易吸收的長波光反射回電池內(nèi)部再次利用。且背腐蝕能提高硅片有效少子壽命增加開路電壓和短路電流，電池轉(zhuǎn)換效率提高了0.13%。