濕法刻蝕工藝對單晶N型太陽電池的影響

王平 湯歡 汪東海

摘 要 基于N型單晶硅片，實驗研究了不同濕法刻蝕工藝流程對太陽電池生產(chǎn)中參數(shù)影響。利用SEM、反射率測試儀和Halm測試系統(tǒng)對濕法刻蝕后硅片表面的微觀形貌、反射率的差異進行了測試和表征。結(jié)果表明，在濕法刻蝕工藝前進行HF藥液腐蝕處理可以降低太陽電池的反向漏電流，提高產(chǎn)品的合格率。

【關(guān)鍵詞】濕法刻蝕 單晶太陽能電池 微觀形貌 反射率 反向漏電流

1 引言

近年來，濕刻中的鈍化作用和清洗引起人們廣泛的關(guān)注。濕法刻蝕具有溫度低、效率高、成本低等優(yōu)點，在濕刻過程中，硅片的磷硅玻璃和金屬離子被有效去除，并能一次性完成鈍化和清洗去除雜質(zhì)，從而提高了硅片的使用效率。

本文基于N型硅基太陽電池大規(guī)模生產(chǎn)，實驗對比了不同濕法刻蝕工藝對太陽能電池電學(xué)特性的影響。

2 實驗

采用電阻率為2Ω·cm，大小為156㎜*156㎜，厚度為200μm的N型CZ單晶硅片，通過堿制絨形成金字塔絨面和P擴散形成n+背場后，分別采用工藝流程1和流程2（如圖1所示）進行濕法刻蝕，然后進行B擴散制備PN結(jié)以及后續(xù)PECVD沉積氮化硅減反射膜、印刷、燒結(jié)和測試等工序制成太陽能電池。通過SEM（JSM-6390），反射率測試儀（D8），電池模擬測試儀（halm），分別對濕法刻蝕后硅片表面的形貌、反射率和太陽電池的電學(xué)參數(shù)進行表征和測試。

3 結(jié)果與討論

不同的濕法刻蝕工藝流程對硅片的腐蝕深度、表面形貌、反射率等參數(shù)有著重要的影響。

3.1 不同濕法刻蝕工藝對硅片腐蝕深度的影響

對硅片濕法刻蝕工序前后的重量進行稱重以計算出腐蝕深度，其腐蝕深度結(jié)果如表1所示。

結(jié)果表明，增加HF腐蝕后硅片的腐蝕深度為0.595um，而不過HF工藝流程時硅片腐蝕深度為0.494um。

分析，擴散后的硅片，表面會形成一層SiO2和P2O5混合的磷硅玻璃。硅的濕化學(xué)腐蝕主要有HF溶液和堿性溶液兩種基本的腐蝕體系，這是因為在一般的水溶液中，硅表面因生成了不溶性的氧化物而呈惰性；而只有在HF溶液和堿溶液中，硅的氧化物是可溶的。

3.2 不同濕法刻蝕工藝對硅片表面形貌的影響

利用SEM對不同濕法刻蝕工藝流程腐蝕后的硅片表面形貌進行了表征，可以看出不過HF的硅片表面“金字塔”邊緣形貌較清晰，而過了HF的硅片表面的“金字塔”邊緣變得相對圓滑?？梢钥闯?，過了HF腐蝕液后，后續(xù)的腐蝕液對硅片表面“金字塔”腐蝕加重，腐蝕深度對金字塔的形貌有一定的影響。對于各向同性的腐蝕，隨著腐蝕深度的增加，腐蝕坑的幾何尺寸也增加，腐蝕坑的形狀變圓潤，底部變得平坦，反射率升高。晶格缺陷處的腐蝕痕也更加深。

3.3 不同濕法刻蝕工藝對硅片表面反射率的影響

硅片表面金字塔形貌的變化對硅片表面的反射率有著重要的影響，使用兩種工藝流程對硅片表面的反射率進行測試，結(jié)果如圖2所示。

結(jié)果顯示，流程1中反射率較流程2增加了2-4%。分析認為是因為流程1中，腐蝕深度相對較大，硅片表面的“金字塔”邊緣變得平滑，最后導(dǎo)致反射率增加。無論是各向同性還是各向異性的腐蝕，腐蝕深度增加提高反射率。

4 結(jié)論

在單晶硅太陽能電池片生產(chǎn)過程中，表面織構(gòu)是關(guān)鍵工序之一，可以減少太陽光在硅片表面的反射損失。但是單晶硅片為高表面能固體，表面能有減小的趨勢，易被外界污染。表面污染物直接影響成品電池片的開路電壓、短路電流及光電轉(zhuǎn)換效率。因此，在太陽能生產(chǎn)企業(yè)中，需要對各工序進行工藝的調(diào)整和優(yōu)化，達到降低成本，提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率的目的。為了同時滿足提高產(chǎn)品的合格率和提高電池轉(zhuǎn)換效率有賴于進一步對濕法刻蝕工藝流程進行研究和實驗。

無論是各向同性還是各向異性的腐蝕，都使腐蝕深度增加提高反射率，而且腐蝕深度增加，晶格缺陷處的腐蝕也會更深，硅片表面平整度會受影響。三者的相關(guān)變化最終對電池的電參產(chǎn)生了變化，在濕法刻蝕工藝前進行HF藥液腐蝕處理可以降低太陽能電池的反向漏電流，有利于提高產(chǎn)品的合格率。

參考文獻

[1]章小鴿.硅及其氧化物的電化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]許欣翔.多晶硅太陽電池表面織構(gòu)化工藝的研究[D].中山大學(xué)，2007.

[3]王海東，王鶴，楊宏.晶體硅太陽能電池逆電流的研究[J].電子工藝技術(shù)，2012，33（01）：7-9.

作者單位

英利能源（中國）有限公司 河北省保定市 071051