一種新型基于現有P型晶體硅太陽能電池生產線實現N型晶體硅太陽能電池生產的技術方法

【摘 要】提出了一種基于現有的P型單晶硅太陽能電池生產線實現N型單晶硅太陽能電池生產的技術方法，硅片在預清洗和表面織構化處理后，通過改善鋁合金層來達到提升效率，實現批量化生產。分析了這種電池結構的原理以及鋁合金層對N型晶體硅太陽能電池性能的影響，因此這是一種新型基于現有P型晶體硅太陽能電池生產線實現批量化N型單晶硅太陽能電池生產的技術方法。

【關鍵詞】N型單晶硅；制絨；反型層；燒結

0 引言

能源是國家經濟和社會發展的基礎，目前廣泛使用的石油、煤炭、天然氣等傳統化石能源面臨嚴峻的挑戰。不斷變暖的全球氣候、惡化的人類生態環境、常規能源資源短缺并造成環境污染的形勢下。我國的《中華人民共和國可再生能源法》已經從立法角度推進可再生能源的開發和利用，這是解決我國能源與環境、實現可持續發展的重要戰略決策。

在小水電、太陽能、風能、潮汐、地熱、生物質能等可再生能源中，不論從資源的數量、分布的普遍性，還是從清潔性、技術的可靠成熟性來說，太陽能都具有更大的優越性，所以太陽能光伏發電得到了世界各國政府的重視和支持。在技術進步的推動和逐步完善的法律法規的政策驅動下，最近10年光伏產業進入快速發展期。光伏發電已成為可再生能源利用的首要方式，而晶體硅太陽電池一直占據著光伏市場的最大份額。

針對國內都是基于P型晶體硅電池的生產線，本文撰寫的技術方法是通過變化電池的PN結構，提升鋁合金層的性能，在原有的P型晶體硅電池生產線實現N型晶體硅電池批量生產。節約了制造成本，得到了比較好的效果。

1 理論分析

絲網印刷鋁漿在N型晶體硅襯底上是一種簡單有效的形成P-N結的一種方式，代替了在高溫爐管中的硼擴散，正因為如此，所以我們對鋁的摻雜層進行了分析研究。我們對比了快速和慢速升降溫對鋁合金層的影響，在傳統的NPP+結構中，合金層的非連續性對Voc有15mv的影響，但是對于NP結構電池，這種非連續性的影響討論很少，我們可以通過改善這種非連續性提升電池的轉換效率。P型和N型晶體硅電池的原理結構如圖1所示[1]。

圖1 P型晶體硅電池結構和N型晶體硅電池結構

這里是一個簡單的晶體硅太陽能電池的模擬電路，如圖2所示，其中Rs為串聯電阻，Rsh為并聯電阻，I01為體復合和表面復合漏電流，I02為PN結和邊緣復合漏電流，IL為光致電流。其余部分是由于鋁合金層的非連續性導致的電阻和二極管效應。

圖2 晶體硅太陽能電池等效電路圖

2 試驗

本文用N型單晶硅125mm硅片，制絨工藝采用堿制絨，在硅片表面形成道金字塔形織構，擴散工藝采用POC13液態源擴散，用稀氫氟酸和硝酸混合液除去磷硅玻璃和進行背刻蝕后，用PECVD沉積氮化硅減反射膜，然后全部進行絲網印刷電極和鋁漿，燒結成NP型結構太陽能電池[2]。

我們絲網印刷鋁漿的厚度在20～30微米，根據不同鋁漿的特性以及固含量有所區別，使用的是DESPATCH的9溫區的網帶式燒結爐，設置溫度的最高值為980℃。我們通過不同的試驗條件可以觀察NP結構晶體硅電池的反型層的非連續性[3]，如圖3所示。

圖3 N型電池背部結的非連續性

圖4 第二組數據I-V模擬圖

電性能參數數據如下：

第一組數據（帶速160）：溫度為820時，Voc為382mv、Isc為3.96A、FF為52，轉換效率為13.2%；溫度為840時，Voc為412mv、Isc為3.77A、FF為55，轉換效率為13.8%；溫度為860時，Voc為598mv、Isc為4.82A、FF為65，轉換效率為15.6%；溫度為880時，Voc為602mv、Isc為4.34A、FF為52，轉換效率為14.5%；溫度為900時，Voc為611mv、Isc為3.65A、FF為55，轉換效率為13.6%；

第二組數據（帶速250）：溫度為820時，Voc為602mv、Isc為4.83A、FF為55，轉換效率為13.2%；溫度為840時，Voc為608mv、Isc為4.96A、FF為58，轉換效率為14%；溫度為860時，Voc為626mv、Isc為5.32A、FF為76，轉換效率為17.8%；溫度為880時，Voc為628mv、Isc為5.08A、FF為55，轉換效率為14.6%；溫度為900時，Voc為632mv、Isc為4.67A、FF為58，轉換效率為13.7%；

對第二組數據采樣進行模擬圖分析如圖4所示。

從數據分析得知，Voc不僅取決于PN結的一致性，而且也取決于結的深度。過高或者過低的溫度都會影響Isc和FF[4]。

3 結論

通過我們的試驗和在生產線的實踐證明，普通的P型晶體硅太陽能電池生產線，在不增加設備和改變產線設置的情況下，通過調整燒結溫度保證鋁反型層的一致性和深淺，得到轉換效率為17.8%的N型晶體硅太陽能電池的轉換效率，能滿足工業化生產的需求，實現批量生產。

【參考文獻】

[1]施敏.半導體器件物理[M].黃振崗，譯.電子工業出版社，1987，12.

[2]J.Zhao， A. Wang P.P.Altermatt and M.A.Green，”High Efficiency PERT Cells on High Quality N-Type CZ Silicon Substates”，Technical Digest of the 12th International Photovoltaic Science and Engineering Conference[M]. Cheju Island，Korea，2001：19-22.

[3]何捍衛.鋁粉粒度和燒結溫度對硅太陽能電池鋁背場結深及光電轉化率的影響，粉末冶金材料科學與工程，Oct.2012，VOL17，NO.5[Z].

[4]任丙彥.硅光單體電源鋁背場吸雜對非平衡少子壽命的影響[Z].半導體學報，Aug.2004，VOL.25，No.8。

[責任編輯：曹明明]