晶硅電池堿拋量對(duì)電性能的影響分析

武佳娜， 李雪方， 陳 麗

(山西潞安太陽(yáng)能科技有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

引 言

全球氣候變暖，各國(guó)積極采取相應(yīng)措施應(yīng)對(duì)。太陽(yáng)能作為一種取之不盡用之不竭的可再生能源，因其清潔性、安全性、廣泛性等優(yōu)點(diǎn)，在戰(zhàn)略發(fā)展中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。目前，PERC電池是光伏市場(chǎng)上主流技術(shù)。高效低成本是電池生產(chǎn)永遠(yuǎn)的宗旨，各企業(yè)對(duì)PERC電池的生產(chǎn)工藝不斷進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。

背面拋光[1]工藝主要是對(duì)背面金字塔絨面結(jié)構(gòu)進(jìn)行拋光處理，這是提高PERC電池轉(zhuǎn)換效率的有效途徑之一，背拋可以有效降低載流子的表面復(fù)合速率，提高少子壽命，且增加光的內(nèi)反射，從而提高電池轉(zhuǎn)換效率。背面拋光工藝為電池片后續(xù)鍍膜作準(zhǔn)備，其拋光效果決定背膜鍍膜均勻性，進(jìn)而影響背膜激光開(kāi)槽的均勻性，因此堿拋工藝在電池片生產(chǎn)中有著重要的作用。前期，拋光工藝使用酸性腐蝕液，但酸拋在環(huán)保以及酸廢液排放方面有很大的壓力。堿拋液屬于無(wú)機(jī)堿反應(yīng)，且不含氮、氟，且拋光效果優(yōu)于酸拋，在PERC電池生產(chǎn)線(xiàn)上逐漸取代酸拋。本文從堿拋減薄量入手，闡述其對(duì)拋光效果、背鍍膜及電性能的影響。

1 工藝實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)所用硅片為P型158.75 mm×158.75 mm單晶硅片，厚度175 μm，電阻率0.4Ω·cm～1.1 Ω·cm。實(shí)驗(yàn)工藝在PERC單晶電池生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行。其中，SEM使用JSM-IT200鎢燈絲掃描電子顯微鏡進(jìn)行測(cè)試。

生產(chǎn)線(xiàn)工藝標(biāo)準(zhǔn)為A組，即減薄量為0.1 g左右，實(shí)驗(yàn)B組減薄量為0.13 g左右，實(shí)驗(yàn)C組為0.16 g左右。堿拋減薄量通過(guò)堿拋時(shí)間控制，其余工藝均在同設(shè)備采用同工藝生產(chǎn)。

1.1 結(jié)果及分析

1.1.1 堿拋后SEM分析(見(jiàn)圖1)

圖1 不同堿拋減重后SEM圖

1.1.2 鍍膜SEM結(jié)果分析

堿拋減重為0.10 g、0.13 g、0.16 g硅片的SEM圖分別如圖1A)、B)、C)所示，隨著刻蝕量的增加，堿拋后塔基的尺寸也在增大，在減重達(dá)到0.16 g時(shí)，有的塔基甚至已經(jīng)看不到了。堿拋是對(duì)制絨形成的金字塔的一個(gè)削弱過(guò)程，其伴隨著金字塔塔尖的崩塌與金字塔的兼并長(zhǎng)大[2]。在低刻蝕量時(shí)，如圖1A)所示，明顯可以看到金字塔削弱后相對(duì)均勻的塔脊，塔脊尺寸與制絨后金字塔尺寸基本一致，此條件下，堿拋僅為金字塔塔尖的削弱過(guò)程。隨著刻蝕量的增加，塔脊尺寸增加，且金字塔在不斷兼并，在增大到0.16 g時(shí)，塔脊尺寸達(dá)到10 μm左右，掃描電鏡下，有些區(qū)域無(wú)法觀(guān)察到金字塔塔脊。

1.2 堿拋反射率分析

通過(guò)增加刻蝕時(shí)間達(dá)到增加刻蝕量的目的，隨著刻蝕量的增加，塔基尺寸增大，且背面反射率也呈上升的趨勢(shì)。從SEM圖中可以看出，低刻蝕量時(shí)，有一定高度的塔基存在于電池片背面，反射率較低，隨著刻蝕量的增加，塔基繼續(xù)削弱崩塌且兼并，拋光效果明顯，反射率增大。隨著刻蝕量的增加，塔基尺寸增大，硅片背反射率增加。具體見(jiàn)圖2。

圖2 不同刻蝕量下塔基尺寸與背反射率關(guān)系圖

1.3 電性能分析(見(jiàn)表1)

表1 電性能數(shù)據(jù)表

PERC電池生產(chǎn)在擴(kuò)散工藝中會(huì)造成電池片側(cè)面及背面四周也出現(xiàn)摻雜，有效載流子復(fù)合中心增大。拋光工藝將背面的摻雜濃度降低，且將背面的粗糙度降低，電池片背表面積減小，載流子復(fù)合中心減少。實(shí)驗(yàn)采用不同刻蝕量，探討刻蝕量對(duì)電池片電性能的影響。

從上述數(shù)據(jù)結(jié)合SEM圖可看出，低刻蝕量時(shí)，開(kāi)路電壓與短路電流最優(yōu)，轉(zhuǎn)換效率最高。刻蝕增加后，電池片的開(kāi)路電壓、短路電流以及轉(zhuǎn)換效率均出現(xiàn)下降。背面拋光在一定程度上可以降低表面的復(fù)合速率，但過(guò)于光滑的表面也不利于電性能。背部較高的反射率，可以增加電池片背面的內(nèi)反射，使得光線(xiàn)返回電池片內(nèi)部再利用而提高光的利用率，短路電流由此得到提升，而在上述數(shù)據(jù)中，高的反射率卻出現(xiàn)短路電流的下降，由此推斷，過(guò)于光滑的表面，不利于光的捕獲以及背鈍化膜層的沉積。低刻蝕量時(shí)，其Uoc與Isc最優(yōu)，但FF卻出現(xiàn)反差效果，初步推斷是印刷及燒結(jié)過(guò)程造成的電極接觸影響。

2 結(jié)論

1)隨著堿拋時(shí)間的增加，刻蝕量增加，金字塔塔尖腐蝕削弱崩塌，塔基尺寸增大。

2)背面反射率隨堿拋刻蝕量的增加而增加。

3)堿拋刻蝕量增加，電性能出現(xiàn)下降。高反射率在一定程度上可以減少表面復(fù)合速率，增加光的內(nèi)反，提高光利用率，但在一定粗糙度下，對(duì)背鈍化的沉積有較好的影響，且利于光的捕獲。

4)在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)綜合考慮背反射率、電性能影響而選取合適的堿拋參數(shù)，同時(shí)顧及高刻蝕量后的硅片厚度，過(guò)拋的硅片因過(guò)薄易碎。