多晶硅電池干法制絨法研究

馬紅娜+張東升+趙學玲

摘 要：為了提升多晶硅電池轉換效率及改善電池外觀，研究了等離子法制作多晶硅電池制絨工藝。采用等離子法制作晶體硅絨面，能夠有效降低硅片表面的反射率，顯著提升多晶硅電池的短路電流，從而顯著提升多晶硅電池的轉換效率；表面反射率的降低，能夠使電池外觀更一致，從而降低規模化生產中外觀不合格電池比例。

關鍵詞：轉換效率；電池外觀；等離子法；制絨

中圖分類號：TM914 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0148-01

1 引言

在光伏領域，提升晶體硅太陽能電池的轉換效率，降低成本，一直是行業內發展的目標。

其中，表面織構化處理能夠同時起到去除硅片表面損傷層及降低表面反射率的作用，這步的使用，能顯著提升電池的轉換效率。各種制絨技術都被研究過，如機械制絨等[1，2]。IMEC研究了酸法各向同性腐蝕方法，相對于非絨面電池來說，能有效提升電池的轉換效率[3，4，5]。

2 實驗

實驗材料采用156*156太陽能級多晶硅片進行研究，厚度160um-200um，電阻率1-2Ω.cm。設備選用韓國Jung公司的干法制絨設備（RIE）。實驗方法采用與濕法制絨工藝對比的方式進行，即選取晶向一致的兩批多晶硅片，一批用干法制絨工藝，一批用酸法制絨工藝，進行表征測試及電池參數的對比。

濕法制絨采用各向同性的酸腐方法的方法，使硅片表面形成陷光結構，更多的吸收入射光，從而提升太陽電池的光電轉換效率，一般采用硝酸和氫氟酸的混合酸作為反應化學藥品。硅片與硝酸和氫氟酸的混合液發生反應，首先硝酸使硅片表面生成一層二氧化硅，然后氫氟酸將二氧化硅去除，從而達到腐蝕表面的目的。后續再進行堿清洗以去除硅片表面的多孔硅及多余的酸，氫氟酸清洗去除硅片表面殘留的堿，水洗及干燥步驟，實現硅片的濕法制絨。

干法制絨設備為鏈式設備，使用SF6和02作為反應氣體，在微波條件下被激發為離子態及原子態的SFx，F，和O。被激發的等離子與硅反應，硅片表面產生絨面。

硅片預清洗直接采用生產線用酸法制絨，主要目的為去除硅片表面損傷層及雜質；后清洗采用Hcl與HF混合酸，主要目的為去除干法制絨過程中帶來的雜質。

3 結果分析

3.1 絨面微觀形貌對比

多晶硅片進行制絨后，需要通過顯微鏡觀察容貌的微觀結構，來判定絨面狀況。掃描電子顯微鏡（SEM）用一束極細的的電子書掃描樣品，在樣品表面激發出次級電子，次級電子的多少與樣品的表面結構有關，次級電子由探測體收集，并在那里被閃爍器變為光信號，再經光電倍增管和放大器轉變為電信號來控制熒光屏上的電子束的強度，顯示出于電子束同步的掃描圖像。

3.2 制絨后反射率測試

表征多晶硅片制絨效果的一個重要參數為，制絨后的硅片的反射率。通過測試酸法制絨硅片和干法制絨硅片在制絨處理后的表面反射率測試可以看出，300nm-1100nm波段范圍內，干法制絨反射率明顯比酸法制絨反射率要高，尤其在短波，反射率能超40%。

3.3 鈍化減反射膜處理后硅片外觀

實驗中，選取同樣晶向的硅片，分別濕法制絨和干法制絨后，進行后續工藝處理。擴散制作p-n結，邊緣絕緣及表面磷硅玻璃處理，沉積鈍化減反射膜，后對比兩組硅片的外觀。通過對比濕法制絨硅片鈍化減反射膜處理后硅片外和干法制絨硅片鈍化減反射膜處理后外觀，可以看出，濕法制絨的絨面呈現藍色，干法制絨硅片呈現了近似于黑色的深藍色外觀，這種深藍色外觀有良好的光吸收性能。

3.4 電池參數

基于干法制絨對表面反射率大幅度降低的貢獻，干法制絨電池的短路電流密度有了大幅提升，且因接觸變好，填充因子也有了大幅提升；基于干法制絨對硅片表面損傷的減小，干法制絨電池的開路電壓也有了明顯提升。整合各參數的優勢，干法制絨電池較酸法制絨電池，電池效率有了絕對值0.54%的提升。

4 結語

從上面的實驗過程和各項測試參數能夠得知，干法制絨工藝解決了濕法制絨工藝難以繼續降低多晶硅片表面反射率的問題，從以下幾個方面改善了多晶硅太陽電池性能：

（1）增加了硅片表面的腐蝕坑數量，減小了每個腐蝕坑的面積，且增加了各個腐蝕坑的均勻性，有效降低了表面反射率，增加了光的吸收，從而提升了太陽電池的短路電流密度。（2）均勻的腐蝕坑，能有效降低硅片的表面復合，從而增加太陽電池的開路電壓。基于上述性能的改善，太陽電池的轉換效率得到了明顯的提升。

參考文獻

[1]G. Willeke， H. Nussbaumer， H. Bender and E. Bucher， 11th EC PVSEC， Montreux， （1992）.

[2]M. Verbeek， A. Metz， A. Aberle and R. Hezel， 25th IEEE.

[3]R. Einhaus， E. Vazsoniy， F. Duerincks， J. Horzel， E. Van Kerschaver， J. Szlufick， J. Nijs， R. Mertens，Proc. 2nd WCPSEC 6-10 July 1998， Vienna， p. 1630-33.

[4]F.Duerinckx，L.Frisson，P.P. Michiels，P.Choulat and J. Szlufcik. Proc.17th EPSEC， 22-26 Oct.2001，Munich， p.1375-8.

[5]F. Duerinckx， P. Choulat， G. Beaucarne， R.J.SWashington， （1996）.

[6]R.Einhaus， E. Vazsony， J. Szlufcik， J. Nijs， R. Mertens， Proc. 26th IEEE PVSEC， 1997.