多晶硅電池干法制絨法研究

馬紅娜+張東升+趙學(xué)玲

摘 要：為了提升多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率及改善電池外觀，研究了等離子法制作多晶硅電池制絨工藝。采用等離子法制作晶體硅絨面，能夠有效降低硅片表面的反射率，顯著提升多晶硅電池的短路電流，從而顯著提升多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率；表面反射率的降低，能夠使電池外觀更一致，從而降低規(guī)?；a(chǎn)中外觀不合格電池比例。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換效率；電池外觀；等離子法；制絨

中圖分類號(hào)：TM914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）04-0148-01

1 引言

在光伏領(lǐng)域，提升晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，降低成本，一直是行業(yè)內(nèi)發(fā)展的目標(biāo)。

其中，表面織構(gòu)化處理能夠同時(shí)起到去除硅片表面損傷層及降低表面反射率的作用，這步的使用，能顯著提升電池的轉(zhuǎn)換效率。各種制絨技術(shù)都被研究過，如機(jī)械制絨等[1，2]。IMEC研究了酸法各向同性腐蝕方法，相對(duì)于非絨面電池來說，能有效提升電池的轉(zhuǎn)換效率[3，4，5]。

2 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)材料采用156*156太陽能級(jí)多晶硅片進(jìn)行研究，厚度160um-200um，電阻率1-2Ω.cm。設(shè)備選用韓國Jung公司的干法制絨設(shè)備（RIE）。實(shí)驗(yàn)方法采用與濕法制絨工藝對(duì)比的方式進(jìn)行，即選取晶向一致的兩批多晶硅片，一批用干法制絨工藝，一批用酸法制絨工藝，進(jìn)行表征測試及電池參數(shù)的對(duì)比。

濕法制絨采用各向同性的酸腐方法的方法，使硅片表面形成陷光結(jié)構(gòu)，更多的吸收入射光，從而提升太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，一般采用硝酸和氫氟酸的混合酸作為反應(yīng)化學(xué)藥品。硅片與硝酸和氫氟酸的混合液發(fā)生反應(yīng)，首先硝酸使硅片表面生成一層二氧化硅，然后氫氟酸將二氧化硅去除，從而達(dá)到腐蝕表面的目的。后續(xù)再進(jìn)行堿清洗以去除硅片表面的多孔硅及多余的酸，氫氟酸清洗去除硅片表面殘留的堿，水洗及干燥步驟，實(shí)現(xiàn)硅片的濕法制絨。

干法制絨設(shè)備為鏈?zhǔn)皆O(shè)備，使用SF6和02作為反應(yīng)氣體，在微波條件下被激發(fā)為離子態(tài)及原子態(tài)的SFx，F(xiàn)，和O。被激發(fā)的等離子與硅反應(yīng)，硅片表面產(chǎn)生絨面。

硅片預(yù)清洗直接采用生產(chǎn)線用酸法制絨，主要目的為去除硅片表面損傷層及雜質(zhì)；后清洗采用Hcl與HF混合酸，主要目的為去除干法制絨過程中帶來的雜質(zhì)。

3 結(jié)果分析

3.1 絨面微觀形貌對(duì)比

多晶硅片進(jìn)行制絨后，需要通過顯微鏡觀察容貌的微觀結(jié)構(gòu)，來判定絨面狀況。掃描電子顯微鏡（SEM）用一束極細(xì)的的電子書掃描樣品，在樣品表面激發(fā)出次級(jí)電子，次級(jí)電子的多少與樣品的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)，次級(jí)電子由探測體收集，并在那里被閃爍器變?yōu)楣庑盘?hào)，再經(jīng)光電倍增管和放大器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)來控制熒光屏上的電子束的強(qiáng)度，顯示出于電子束同步的掃描圖像。

3.2 制絨后反射率測試

表征多晶硅片制絨效果的一個(gè)重要參數(shù)為，制絨后的硅片的反射率。通過測試酸法制絨硅片和干法制絨硅片在制絨處理后的表面反射率測試可以看出，300nm-1100nm波段范圍內(nèi)，干法制絨反射率明顯比酸法制絨反射率要高，尤其在短波，反射率能超40%。

3.3 鈍化減反射膜處理后硅片外觀

實(shí)驗(yàn)中，選取同樣晶向的硅片，分別濕法制絨和干法制絨后，進(jìn)行后續(xù)工藝處理。擴(kuò)散制作p-n結(jié)，邊緣絕緣及表面磷硅玻璃處理，沉積鈍化減反射膜，后對(duì)比兩組硅片的外觀。通過對(duì)比濕法制絨硅片鈍化減反射膜處理后硅片外和干法制絨硅片鈍化減反射膜處理后外觀，可以看出，濕法制絨的絨面呈現(xiàn)藍(lán)色，干法制絨硅片呈現(xiàn)了近似于黑色的深藍(lán)色外觀，這種深藍(lán)色外觀有良好的光吸收性能。

3.4 電池參數(shù)

基于干法制絨對(duì)表面反射率大幅度降低的貢獻(xiàn)，干法制絨電池的短路電流密度有了大幅提升，且因接觸變好，填充因子也有了大幅提升；基于干法制絨對(duì)硅片表面損傷的減小，干法制絨電池的開路電壓也有了明顯提升。整合各參數(shù)的優(yōu)勢(shì)，干法制絨電池較酸法制絨電池，電池效率有了絕對(duì)值0.54%的提升。

4 結(jié)語

從上面的實(shí)驗(yàn)過程和各項(xiàng)測試參數(shù)能夠得知，干法制絨工藝解決了濕法制絨工藝難以繼續(xù)降低多晶硅片表面反射率的問題，從以下幾個(gè)方面改善了多晶硅太陽電池性能：

（1）增加了硅片表面的腐蝕坑數(shù)量，減小了每個(gè)腐蝕坑的面積，且增加了各個(gè)腐蝕坑的均勻性，有效降低了表面反射率，增加了光的吸收，從而提升了太陽電池的短路電流密度。（2）均勻的腐蝕坑，能有效降低硅片的表面復(fù)合，從而增加太陽電池的開路電壓。基于上述性能的改善，太陽電池的轉(zhuǎn)換效率得到了明顯的提升。

參考文獻(xiàn)

[1]G. Willeke， H. Nussbaumer， H. Bender and E. Bucher， 11th EC PVSEC， Montreux， （1992）.

[2]M. Verbeek， A. Metz， A. Aberle and R. Hezel， 25th IEEE.

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[4]F.Duerinckx，L.Frisson，P.P. Michiels，P.Choulat and J. Szlufcik. Proc.17th EPSEC， 22-26 Oct.2001，Munich， p.1375-8.

[5]F. Duerinckx， P. Choulat， G. Beaucarne， R.J.SWashington， （1996）.

[6]R.Einhaus， E. Vazsony， J. Szlufcik， J. Nijs， R. Mertens， Proc. 26th IEEE PVSEC， 1997.