對單晶硅太陽能電池生產工藝的研究

王森濤 焦朋府 張 波(山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046000)

對單晶硅太陽能電池生產工藝的研究

王森濤 焦朋府 張 波(山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046000)

文章主要對制絨、擴散制結、等離子邊緣刻蝕、去磷硅玻璃、PECVD鍍減反射膜、絲網印刷電極、燒結幾種單晶硅太陽能電池的生產工藝展開了研究分析。

單晶硅；太陽能；電池；生產工藝；研究

在傳統能源不斷枯竭的背景下，作為新能源和綠色能源的太陽能受到了越來越多的關注。而在太陽能的利用中，太陽能電池是目前使用最為廣泛的。由于單硅晶電池是目前在太陽能光伏市場中最為主流的產品，在市場中的占比例達到80%左右，所以從未來的發展趨勢進行觀察，可以斷言在未來的5-10內單晶硅電池還將會繼續在太陽能電池市場中占據主導地位[1]。在此背景下，文章圍繞單晶硅太陽能電池生產工藝為中心，主要研究剖析了在單晶硅太陽能電池生產的幾個關鍵技術和工藝，旨在提供一些該方面的理論參考，以下是具體內容。

1 制絨

在單晶硅太陽能電池生產環節中制絨是第一步，其過程是采用質量分數為20%的堿液放置于八十攝氏度的環境中，對單晶硅太陽能電池的硅片進行表面的處理，進而達到去除硅片損傷層的目的[2]。在制絨過程中，單晶硅硅片表面可形成一個角錐形的外表，其具體的反應過程為：

2NaOH+Si+2H2O→2H2↑+Na2SiO3

而對于單晶硅片上表面生成的二氧化硅則可以是氟氫酸給以去除，其反應的方程為：

6HF+SiO2→2H2O+H2SiF6

最后再使用鹽酸進行硅片的表面處理工作，即可在水中溶解變成絡合物，最后在采用噴淋的方式將其表面的雜質給以去除，烘干處理后即完成了制絨環節。

2 擴散制結

擴散制結其擴散源為三氯氧磷，而三氯氧磷在高溫的環境下會發生分解生成五氧化二磷和無氯化磷。而分解產物中的五氧化二磷會和單晶硅太陽能電池中的硅片發生反應生成二氧化硅和磷單質。而當環境中有外來的氧氣時，就會和擴散源分解出的無氯化磷進一步反應生成五氧化二磷和氯氣，因此在擴散制結環節中，可以通入適量的氧氣來促進擴散制結的進行[3]。

而在三氯氧磷的分解過程中也會在單晶硅片的表面不斷累積下五氧化二磷，進而和硅片發生反應生成一層磷硅玻璃，并且磷還會不斷向外進行擴散。

3 等離子邊緣刻蝕

對于單晶硅片而言，其在經過了擴散處理之后，在其正面以及邊緣處都形成一個擴散層，而該擴散層在正面存在是十分必要，而在邊緣存在則是需要去掉的，因此進行單晶硅太陽能電池的邊結絕緣刻蝕對于降低單晶硅太陽能電池的漏電量是單晶硅太陽能電池的生產環節中一個十分必要的環節。

在單晶硅太陽能電池的邊緣刻蝕環節上是通過高頻的輝光放電進行反應，從而使反應氣體被激活為活性粒子，而這些活性粒子則是需要刻蝕的地方。等離子在和這些部位接觸后，就會和硅片發生反應，繼而將揮發性反應物四氟化硅去除，達到邊緣腐蝕的效果。

4 去磷硅玻璃

在去磷硅玻璃環節需要現將槽內的液體給以替換為清水，然后在氟氫酸槽放入80升的水，然后在向槽中添加含量密度在48.9-19.25之間的氟氫酸。而隨著去磷硅玻璃環節的不斷進行，氟氫酸會不斷被消耗，進而其濃度會逐漸降低。因此在實際的工業生產中，為了保障去磷硅玻璃能夠順利的進行，需要每經過六小時向槽內的液體進行一次替換，而噴淋槽以及清洗槽的純水則需要每12小時更換一次[4]。

5 PECVD鍍減反射膜

PECVD鍍減反射膜是單晶電池生產中最為重要的一個環節，PECVD所指的是化學氣相沉積減反射膜，具體而言即SiNx減反射膜。在單晶硅電池太陽能電池上鍍上一層SiNx減反射膜可以極大程度上提升單晶硅太陽能電池的太陽能吸收效率，此外還可以在氫原子的鈍化效果下，實現單晶硅太陽能電池開路電壓以及短路電流的大幅度提升，是單晶電池環節中提升電池性能的一個重要措施[5]。

單晶電池生產過程中的化學氣相沉積減反射膜其工作的原理是使用低溫等離子體作為鍍膜的動力提供者，并且在此基礎上將石墨加入到硅片中，通過加熱反應條件進行加熱，并且需要在化學氣相沉積減反射膜的過程中通入一定量的其他成分與其中，具體的成分為氮氣、暗器以及四氫化硅氣體，并且采用輝光放電技術在鍍膜中產生等離子體。在經過一系列的離子反應以及化學反應后，就會在單晶硅太陽能電池硅片的表面形成一層十分穩定的固態薄膜，該過程的具體反應式為：

NH3+SiH4→SixNyHz+H2↑

6 絲網印刷電極

絲網印刷電極環節的基本原理為使用網版上的網口作為滲透孔，進而在施加外界壓力的條件下，使漿料能夠通過滲透孔進一步滲透到單晶硅太陽能電池的硅片上。而在對電極進行絲網印刷的過程中主要需要使用到的材料有刮刀、網版、印刷機、漿料以及硅片幾者。印刷步驟為首先使用Ag/AL的背印刷電極并且給以烘干，進而使用Ag/AL漿背電場并烘干，最后使用Ag/AL漿印刷正電極[6]。

7 燒結

燒結環節是單晶硅太陽能電池生產的最后一個環節。燒結環節就是為了降低系統內的自由能，在燒結的過程中顆粒會出現一系列的變化：接觸—結合—自由收縮—空隙排除—晶體性能提升等。而在經過燒結的這一系列環節之后，單晶硅太陽能電池體系內的自由能便可以最大程度上的實現降低，系統的整體穩定性得到了進一步的提升，其中厚膜粉系統也經過燒結環節后變得更為密實。

8 結語

基于目前我國低碳經濟和綠色經濟的發展主軸，發展太陽能產業是未來我國的能源發展的一個必然趨勢，而在太陽能產業中單晶硅電池又是其中占比最大，最有前景的一個分支。文章主要對單晶硅太陽能電池生產中制絨、擴散制結、等離子邊緣刻蝕、去磷硅玻璃、PECVD鍍減反射膜、絲網印刷電極、燒結幾種主要的生產工藝進行了分析探討，并提出一些自己的觀點和見解，希望可以我國單晶硅太陽能電池領域以參考和啟迪，促進我國單晶硅太陽能電池行業進一步發展。

[1]羅鵬飛,王殿磊,眭山等.薄單晶硅PERC太陽電池純鋁背電極快速燒結研究[J].人工晶體學報,2016,45(6):1445-1449, 1457.

[2]季鑫,楊德仁,答建成等.硅基單結太陽能電池的制備技術、缺陷及其性能的研究[J].材料導報,2016,30(3):15-18,28.

[3]張勤杰,李秀青,華永云等.背面結構對鋁背發射極n型單晶硅太陽電池的影響研究[J].太陽能學報,2016,37(5):1148-1152.

[4]Kanti Basu,P.,Hameiri,Z.,Sarangi,D.et al.18.7%Efficient inline-diffused screen-printed silicon wafer solar cells with deep homogeneous emitter etch-back[J].Solar Energy Materials and So?lar Cells:An International Journal Devoted to Photovoltaic,Photo?thermal,and Photochemical Solar Energy Conversion,2013,117: 412-420.

[5]何存富,劉岳鵬,劉增華等.空氣耦合Lamb波在單晶硅中的傳播特性和缺陷檢測研究[J].機械工程學報,2015,(12):1-7.

[6]李進,張洪巖,高忙忙等.氬氣流速對400 mm大直徑磁場直拉單晶硅固液界面、熱應力及氧含量的影響[J].人工晶體學報,2014,43(5):1193-1198,1211.