單晶硅太陽電池工藝研究

王靜++張東升

摘 要：采用濕化學方法對硅片背面拋光鈍化，研究背腐蝕對單晶硅太陽電池工藝的影響。通過分析腐蝕后硅片表面形貌及電池電性能的變化，發現腐蝕降低了硅片表面粗糙度以及表面電子空穴復合速率；內量子效率中短波響應增強，開路電壓和短路電流分別增加了2.1mV和26 mA。

關鍵詞：單晶硅；電池效率；背腐蝕；光譜響應

中圖分類號：TN914 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）05-0081-01

1 引言

在目前的光伏行業中，硅基太陽電池仍然占據著主要地位。隨著硅材料價格的持續快速下降，以及單晶電池效率與多晶的進一步拉開，使單晶電池的性價比越來越高，而且單晶更適合做薄片化來降低硅料成本。因此單晶硅電池將成為當前行業發展的主流。

在電池的生產工藝中，需要對硅片清洗制絨。制絨后的隨機金字塔表面通常會展現出一個高度的電復合，它們具有多方面影響：如增加了表面積、較多的<111>面懸掛鍵（相對于<100>面）、金字塔邊緣部分應力及與氮化硅膜接觸面會產生應力。背腐蝕技術能有效的減小電池背表面積、減小表面態和表面復合，提高開路電壓；同時背腐蝕拋光可以提高背表面反射率，把電池不易吸收的長波反射回硅基體，提高長波的內量子效率，被廣泛的應用于工業化生產中。淺結發射極可以減少少子復合、提高太陽電池的藍紫光響應，進而提高開路電壓（Uoc）和短路電流（Isc）。本文在P型單晶硅材料基礎上，采用背腐蝕技術制備了高效太陽能電池，研究背腐蝕對太陽能電池表面形貌、量子效率等方面的影響，探究背腐蝕對太陽能電池電性能的影響。

2 實驗

實驗采用隆基生產的156.75mm×156.75mm 直拉P型單晶硅片，厚度為200m，電阻率為1-5Ω·cm。首先通過堿制絨在硅片兩面形成隨機的金字塔結構，然后將硅片均分為兩組，每組200片。利用HF-HNO3混合溶液采用RENA Inoxide設備將一組樣品背面腐蝕拋光（實驗組），然后與參考組一同放入管式擴散爐進行發射極擴散，使用的是液態POCl3擴散源。再用混合酸溶液進行邊緣絕緣和去除磷硅玻璃層（PSG），用板式等離子體增強化學氣相沉積法（PECVD）鍍SiNx鈍化和減反射膜，絲網印刷金屬化過程，最后用遠紅外加熱爐帶共燒結形成發射極和鋁背場界面的歐姆接觸。用掃描電子顯微鏡（SEM）來檢測腐蝕后硅片表面形貌特征，利用PVtools電池性能及失效分析儀測試電池光譜響應。在25℃、AM1.5、1000W/cm2的標準條件下用Halm測試系統測試電池片IV特性。

3 結果與討論

3.1 背腐蝕后硅片表面形貌變化

圖1（a）為制絨樣品背表面形貌圖，從圖中可以看出硅片經堿溶液各向異性腐蝕后表面形成金字塔絨面，在大金字塔結構的基礎上又生產了小的未成形的金字塔，這有利于入射光的多次反射并提高吸收效率。而經酸液拋光后金字塔大小分布更加均勻如圖1（b）所示，金字塔尖也被腐蝕掉。

3.2 電池光譜響應分析

太陽空穴對數目電池的量子效率QE（Quantum Efficiency）是指太陽能電池產生電子-與入射到太陽能電池表面的光子數據之比，可以看作是太陽能電池對單一波長的光的吸收能力。

3.3 背腐蝕對電池電性能影響

測試兩組樣品電性能參數可以看到實驗組樣品經背腐蝕拋光后電池效率有所提升，因為背面腐蝕能有效降低表面態密度，降低表面復合速率，提高表面光生載流子收集率，開路電壓和短路電流分別增加了2.1mV和26mA，200片電池平均轉換效率相比參考組提高了0.13%。

4 結語

在單晶硅太陽電池工藝中加入背腐蝕拋光，可減少硅片表面缺陷，降低表面復合速率，改善金字塔形貌，提高背表面反射率，將電池不易吸收的長波光反射回電池內部再次利用。且背腐蝕能提高硅片有效少子壽命增加開路電壓和短路電流，電池轉換效率提高了0.13%。