多晶硅酸制絨工藝對擴散方阻均勻性的影響

王森棟， 白 翔

(山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046000)

多晶硅酸制絨工藝對擴散方阻均勻性的影響

王森棟， 白 翔

(山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046000)

針對多晶太陽能電池片生產(chǎn)工藝中的擴散爐管間方阻均勻性問題，主要從酸制絨工藝的刻蝕深度及刻蝕反應溫度2個方面對問題進行了分析。結(jié)果表明，刻蝕深度在(3.6±0.2)μm，溫度控制在5.5 ℃～7.5 ℃，0.2 μm的刻蝕偏差調(diào)整擴散溫度1 ℃，可以減少各個批次間的方阻偏差，從而提高電池片轉(zhuǎn)換效率。

方阻均勻性；酸制絨工藝；刻蝕深度；刻蝕溫度

引 言

提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率和降低生產(chǎn)成本一直是太陽能電池領域的研究熱點，提高多晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的一個重要方向就是提升電池對光能的吸收，從而提升電池的短路電流。目前，使用HE工藝規(guī)?；a(chǎn)制作多晶硅太陽能電池片的流程一般為：清洗制絨—擴散制結(jié)—濕法切邊—鍍減反射膜—電極印刷—燒結(jié)。其中，擴散制結(jié)工藝是關鍵工序之一，擴散制作的PN結(jié)是太陽能電池的心臟，它決定了太陽能電池PN結(jié)的結(jié)深、表面雜質(zhì)濃度等參數(shù)[1]。對于擴散工序，最大的問題是如何提高擴散的均勻性，擴散后方阻均勻性好有利于后續(xù)工藝的匹配，擴散均勻性好的電池片在同樣的燒結(jié)條件下，其歐姆接觸好，短路電流、填充因子等電性能參數(shù)也較穩(wěn)定，電池片的轉(zhuǎn)換效率也就更穩(wěn)定。并且，電池片之間的電性能參數(shù)一致性好，也有利于組件的穩(wěn)定性和防衰減性，從而提高了太陽能電池的使用壽命[2]。

對于管式擴散爐而言，影響擴散均勻性的因素主要分為兩類。第一類是設備方面，主要有爐門密封性、恒溫區(qū)溫度的控制、勻流板的設計、排風口位置、源瓶恒溫水槽的溫度穩(wěn)定性等。第二類是工藝方面，主要有硅片絨面的質(zhì)量、擴散工藝氣體流量、各種反應氣體的比例、擴散時間和溫度設定等[3]。本文主要從制絨工藝方面出發(fā)，重點研究了刻蝕深度和刻蝕反應溫度對方阻的影響，從而為制作高方阻均勻性電池片提供制絨工藝方面的理論指導。

1 實驗方案

實驗所用硅片為市售多晶P型硅片，面積為156 mm×156 mm，電阻率為1 Ω·cm～3 Ω·cm，厚度為200 μm，使用Centrotherm制絨設備，Centrotherm擴散制結(jié)設備。

多晶硅制絨溫度的變化會影響絨面的結(jié)構，溫度越低，表面陷阱坑開口越小，深度越大，越致密；反之，溫度越大，表面陷阱坑開口越大，越稀疏。相同面積硅片，陷阱坑開口小的絨面表面積要大于陷阱坑開口大的絨面表面積。開口小的接受擴散磷源多，方阻會降低。本文首先確定刻蝕深度最佳值，通過減薄量獲得，然后確定刻蝕溫度值。表征手段包括：舜宇恒平電子天平，ZEISS電子顯微鏡，GP4test四探針方阻測量儀，BERGER電學性能測試。

2 結(jié)果及討論

2.1 刻蝕深度

本部分實驗分3組，使用協(xié)鑫片，每組500片，A組為正常生產(chǎn)組，B組和C組為實驗組，調(diào)節(jié)制絨工藝使之達到不同刻蝕深度，擴散均在同一爐管內(nèi)反應。表1為不同刻蝕深度下的方阻值，表2為不同刻蝕深度下的電性能參數(shù)。

表1 不同刻蝕深度下的方阻值

表2 不同刻蝕深度下的電性能參數(shù)

由表1數(shù)據(jù)得出，方阻會隨著刻蝕率的降低而降低，0.2 μm的刻蝕深度差大約有2 Ω～3 Ω的方阻差。方阻降低，方阻均勻性相對變好。但表2數(shù)據(jù)顯示，刻蝕深度降低，轉(zhuǎn)換效率相應降低，主要表現(xiàn)為電流值降低。原因是，在一定刻蝕深度范圍內(nèi)，刻蝕深度越小，反射率越高。通過測試，A組反射率在17.8%，B組反射率在17.5%，C組反射率在18.5%。在生產(chǎn)中為了保證效率，優(yōu)選刻蝕深度為3.6 μm。

2.2 刻蝕溫度

本部分實驗分為3組，使用協(xié)鑫S3，每組500片，保證制絨工藝的刻蝕率3.7 μm，調(diào)節(jié)刻蝕溫度為5.5、7.0、8.5 ℃，擴散在同一爐管。圖1為不同制絨刻蝕溫度下生產(chǎn)的電池片半成品電鏡圖。

從圖1可以明顯看出，5.5 ℃下的硅片絨面更致密、更小，隨著溫度的升高，陷阱坑開始變大，絨面變得稀松。

圖1 不同制絨刻蝕溫度下生產(chǎn)的電池片半成品電鏡圖

表3所示為不同制絨溫度下的方阻值。由表3數(shù)據(jù)得出，絨面致密性越好，方阻越低，方阻偏差相對較小，刻蝕量相同溫度偏差1.5 ℃，方阻大約偏差1 Ω～3 Ω。

表3 不同制絨溫度下的方阻值

表4所示為不同制絨溫度下的電性能參數(shù)。數(shù)據(jù)顯示，絨面致密性越好，絨面越均勻，效率越高。根據(jù)第22頁圖2的效率分布圖，可以看出，A組及B組的高效率片多、低效率片較少，C組低效率片較多。在生產(chǎn)中，控制刻蝕溫度在5.5 ℃～7.5 ℃。

表4 不同制絨溫度下的電性能參數(shù)

3 結(jié)論

通過對制絨工藝進行實驗表明，多晶硅制絨工藝的刻蝕深度在(3.6±0.2)μm，溫度控制在5.5 ℃～7.5 ℃，可以得到高效率的電池片。生產(chǎn)過程中若出現(xiàn)刻蝕率偏高或偏低的情況，偏差在0.2 μm以上時，及時調(diào)整擴散工藝溫度，0.2 μm的刻蝕偏差調(diào)整擴散溫度1 ℃，從而減小各個批次間的方阻偏差。

圖2 不同制絨溫度下生產(chǎn)的電池片效率分布圖

[1] 楊德仁.太陽電池材料[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006:57-61.

[2] 謝卿，高華，楊樂.硅太陽電池擴散方阻均勻性研究[J].光電技術應用,2012,27(3):50-53.

[3] 何堂貴，唐廣.晶體硅太陽電池制作中擴散氣氛場均勻性研究[J].電子設計工程,2009,17(9):55-60.

Influenceofacidtexturingonsheetresistanceuniformityinpolycrystallinesiliconsolarcellprocessing

WANGSendong,BAIXiang

(ShanxiLu’anPhotovoltaicsTechnologyCo.,Ltd.,ChangzhiShanxi046000,China)

In this paper, in view of the sheet resistanceuniformity problems between the diffusion furnaces in polycrystalline silicon solar cell production process, etching depth and etching reaction temperature of acid texturing processing are mainly analyzed. The results show that theetching depth within (3.6±0.2)μm, the etching reaction temperaturewithin 5.5 ℃ to 7.5 ℃, 0.2 μm etching deviation adjustment 1 ℃ diffusion temperature can reduce the sheet resistance deviation between each batch to improve solar cell conversion efficiency.

sheet resistance uniformity; acid texturing processing; etching depth; etchingreaction temperature

2017-03-11

王森棟，男，1987年出生，2012年畢業(yè)于河南理工大學，本科，助理工程師，主要從事太陽能電池技術研究。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.06

TM914.4

A

1004-7050(2017)03-0020-03

科研與開發(fā)