太陽能硅片表面損傷層與轉(zhuǎn)換率的研究

李建敏

摘要：改變垂直壓力、砂子的堆積密度、尖銳程度變量研究了其對太陽能硅片損傷層大小的影響，改變半導(dǎo)體材料帶隙寬度的大小探討了其對太陽能電池轉(zhuǎn)換率的影響。

關(guān)鍵詞：太陽能硅片；損傷層；垂直壓力；形態(tài)；轉(zhuǎn)換率；半導(dǎo)體材料帶隙寬度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.191

0前言

太陽能電池制造的一個(gè)重要的步驟是晶體硅的切片，硅片的質(zhì)量優(yōu)良直接關(guān)系到其破碎率的大小和太陽電池生產(chǎn)的優(yōu)良率。硅片表面損傷是指在硅片的生產(chǎn)過程中，切片工序中硅片的邊緣出現(xiàn)裂紋、破損，硅片表面出現(xiàn)坑凹和劃痕等現(xiàn)象。SEM圖中硅片表面呈現(xiàn)蜂窩狀，大小孔不一；硅片表面損傷和太陽能電池轉(zhuǎn)換率受諸多因素影響。

1垂直對硅片表面損傷的影響

垂直壓力正比臺速線速比，臺速線速比越大，垂直壓力越大，硅片的損傷層度越大。改變臺速線速比的大小，探討垂直壓力對硅片表面損傷的影響。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，收集整理如下表（+表示損傷層度的大小，其越多表示損傷程度越大）：

硅片表面損傷是多線切割過程中磨料進(jìn)行切割留下的，磨料受到的壓力關(guān)系著硅片表面損傷層度大小。理論上磨料受到的垂直壓力越小硅片表面越為平整，硅片的質(zhì)量越佳，破碎率越低；生產(chǎn)中磨料受到的垂直壓力減小時(shí)，硅片的切割效率降低；切割壓力降到一定值，硅片的平整度反而降低。臺速線速比的降低，切割的時(shí)間增加，壓力的減小增加切面的摩擦?xí)r間，壓力減小切割強(qiáng)度不夠，硅片表面平整度降低，表面損傷層度增加。

2砂子形態(tài)對硅片表面損傷層的影響

砂子的形態(tài)也是關(guān)系到硅片表面平整度一個(gè)很重要的工藝技術(shù)，理論上砂子越規(guī)則其切割后對硅片表面損傷越小。砂子的堆積密度也關(guān)系到硅片損傷程度，堆積密度越小，硅片表面損傷層度越?。簧a(chǎn)中并不是堆積密度越小越好堆積密度越小，切割速度越慢，生產(chǎn)效率越低，次品率高。砂子越為尖銳，切割能力越強(qiáng)；砂子過于尖銳時(shí)，砂子的韌性增強(qiáng)，生產(chǎn)過程中砂子易于磨損，對連續(xù)生產(chǎn)起消極影響。砂子形態(tài)選擇是一個(gè)重要的工藝技術(shù)參數(shù)，只有根據(jù)生產(chǎn)線上的具體生產(chǎn)情況選擇最佳砂子形態(tài)的砂子才能使得硅片的損傷層度降低。硅片表面損傷層度的大小關(guān)系到硅片質(zhì)量，更關(guān)系到太陽能電池的優(yōu)良等級。近些年，太陽能電池的轉(zhuǎn)換率也是光伏研究領(lǐng)域的熱門，太陽能電池的轉(zhuǎn)換率從某種層度上直接決定了一個(gè)太陽能電池生產(chǎn)企業(yè)的存亡。

影響太陽能電池轉(zhuǎn)換率的因素很多，像半導(dǎo)體材料帶隙寬度、光生載流子復(fù)合壽命、溫度、表面復(fù)合率、串聯(lián)電阻電阻值大小、金屬柵線所占面積、是否鍍減射膜都是影響太陽能轉(zhuǎn)換率的因素之一；此外，太陽能使用過程中自然界太陽能強(qiáng)度的強(qiáng)弱也關(guān)系太陽能電池的轉(zhuǎn)換率的因素。

3半導(dǎo)體材料帶隙寬度對太陽能電池轉(zhuǎn)換率的影響

半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展在近一個(gè)世紀(jì)飛速發(fā)展，半導(dǎo)體材料在太陽能光伏行業(yè)也有著極其重要的地位。半導(dǎo)體材料帶隙寬度的增加導(dǎo)致太陽能電池的開路增加，短路電流密度減小。

實(shí)驗(yàn)表明半導(dǎo)體材料帶隙寬度存在著最佳值使得太陽能轉(zhuǎn)換率出現(xiàn)最大值，如圖，太陽能電池的制備中當(dāng)半導(dǎo)體材料帶隙寬度為1.7eV時(shí)太陽能電池轉(zhuǎn)換率出現(xiàn)最大值13.22%。多數(shù)實(shí)驗(yàn)也證明溫度的變化對太陽能電池的影響也比較明顯，溫度的升高，半導(dǎo)體材料帶隙寬度變窄，轉(zhuǎn)換率降低；溫度的變化與太陽能電池的轉(zhuǎn)換率呈較為規(guī)律性的變化。