單晶硅太陽能電池的生產工藝

楊慧敏++吳昊++劉凌云

摘 要 傳統能源短缺成為制約經濟發展的主要問題。傳統能源使用對環境造成的影響日益嚴重，尋找清潔能源刻不容緩。太陽能不僅簡單易得，還可持續使用，不會出現能源枯竭問題。單晶硅太陽能電池是一種將太陽能轉化為化學能的有效裝置。本文就單晶硅太陽能的生產工藝展開研究。

【關鍵詞】單晶硅 太陽能電池 生產工藝

太陽能電池便是一種可將太陽能轉化為電能的裝置。硅太陽能電池是各種太陽能電池中性能較為優越的種類，其可靠性高、壽命長、成本低，其中又以單晶硅和多晶硅為代表，本文重點研究單晶硅太陽能電池。

1 制絨

制絨過程采用質量分數味20%堿液于80℃溫度下對硅片進行表面處理，從而達到去除損傷層效果。腐蝕作用速度為6-10um/min，約經過25-40min反應后硅片表面可形成角錐形外表，該過程反應如下：

Si+2NaOH+2H20→Na2SiO3+2H2↑

對硅片表面生成的SiO2可為采用HF進行清除，方程式如下：

SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O

采用鹽酸進行表面處理，形成可溶于水的絡合物，最后采用噴淋方式去除表面雜質，烘干處理。

2 擴散制結

擴散源為三氯氧磷（POCl3），高溫條件下會分解：

5POCl3→3PCl5+P2O5

反應會產生一定擴散溫度，生產物P2O5會與硅反應：

2P2O5+5Si→5SiO2+4P

在外來氧氣作用下PCl5被進一步分解為P2O5并釋放出氯氣，其反應過程為：

4PCl5+5O2→2P2O5+10Cl2↑

生成物P2O5會與Si進一步反應，在通入氮氣過程中同時通入一定量O2，此過程總反應方程式為：

4POCl3+3O2（過量）→2P2O5+6Cl2↑

POCl3分解過程中產生的P2O5會在硅片表面進行累積，并與硅片產生反應生成SiO2及P，反應過程中生成一層表面磷-硅玻璃材質，P會逐漸向外擴散，反應過程如下：

2P2O5+5Si→5SiO2+4P

3 等離子邊緣刻蝕

等離子體刻蝕采用高頻輝光放電反應，將反應氣體激活，成為活性粒子，這些活性粒子擴散至需刻蝕部位，與硅片產生反應，生成具有一定揮發性的SiF4，因此易被除去，達到邊緣刻蝕目的。

4 去磷硅玻璃

將槽內液體換成清水，HF槽放水至80L后再向槽中添加8L含量為48.8%-49.2%的HF。去磷硅玻璃工藝的步驟及其參數見表1。

HF被不斷消耗，濃度不斷降低。為保證反應順利進行，需每間隔6H對槽液進行更換一次，噴淋槽及清洗槽的純水約每12H需更換一次。

5 PECVD鍍減反射膜

單晶硅太陽能電池生產中一般采用等離子化學氣相沉積（PECVD）減反射膜。工業生產中制備SiNx減反射膜時會引起大量H進入，促進懸掛鍵不斷飽和，由此降低復合中心影響，促進表面鈍化。SiNx薄膜不僅可以增強單晶硅太陽能電池對太陽光的吸收率，還可在H鈍化作用下極大提高單晶硅太陽能電池短路點流及開路電壓。計算分子化合價可知中SiNx中Si和N化合價之比為0.75，因此分子結構為Si3N4。PECVD沉積SiNx薄膜化學計量比隨工藝產生變化，其中Si和N之比在0.75-2之間波動。SiNx電阻率會隨著X增加而降低，折射率則與X成正比關系。

單晶硅太陽能電池生產中PECVD反射膜原理就是利用低溫等離子體作為能量源，在此基礎上將硅片結合石墨采用加熱反應條件進行加熱，并向PECVD反應過程中通入一定量氣體，氣體成分為SiH4、NH3、N2，采用輝光放電技術產生等離子體。經過一系列化學反應及等離子反應后，硅片表面形成一層固態薄膜，該過程化學反應為：

SiH4+NH3→SixNyHz+H2↑

6 絲網印刷電極

絲印基本原理是利用網版上網口為滲透孔，在施加外界壓力作用下讓漿料通過滲透孔滲透到硅片上。絲印過程主要有網版、刮刀、漿料、印刷機、硅片等。

單晶硅太陽能電池絲印主要有三個步驟：

（1）用Ag/Al漿印刷背電極并烘干；

（2）用Ag/Al漿背電場并烘干；

（3）用Ag/Al漿印刷正電極。

7 燒結

從結構上看，固體顆粒有較大表面積和不規則表面，材料加工過程中會受到機械、化學、熱作用等導致結晶出現缺陷，因此造成系統具有很高自由能。燒結過程中顆粒會出現接觸——結合——自由收縮——空隙排除——晶體性能提升等，此后系統自由能降低，系統穩定性進一步提升，厚膜粉系統被燒結密實。

8 結束語

單晶硅電池生產工藝質量是生產制造單晶硅太陽能電池的關鍵，提升單晶硅電池生產工藝可增加太陽能普及范圍，緩解能源危機。

參考文獻

[1]王長貴.可再生能源的現狀和展望[J].太陽能光伏產業發展論文論集，2014（05）：34-37.

[2]沈輝.太陽能光伏發電技術[J].化學工業，2015（03）：78-86.

作者簡介

楊慧敏（1988-），女，山西省朔州市人。現為國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心研究實習員，2013年碩士研究生畢業，研究方向主要為光伏、光敏等光電器件、半導體器件等領域專利審查。

作者單位

國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心 四川省成都市 610200