淺析太陽(yáng)能電池工藝存在問(wèn)題及設(shè)計(jì)方法

史偉斌+田玉祥

摘要：太陽(yáng)能電池以太陽(yáng)光輻射為主要運(yùn)行動(dòng)力，因此又叫做光電池。隨著清潔能源、低碳發(fā)展理念的逐步完善，太陽(yáng)能成為新型清潔能源被廣泛應(yīng)用與公眾生產(chǎn)生活中，因此促進(jìn)了太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展。從當(dāng)前太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝來(lái)看，其中還有不少問(wèn)題存在，本文將結(jié)合當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀提出太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝中存在的問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題提出具有針對(duì)性的解決對(duì)策，希望能夠?qū)μ?yáng)能電池工藝完善提供一些有益的參考。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電池；工藝升級(jí)；設(shè)計(jì)方法

太陽(yáng)能是大自然中源源不斷的再生能源，無(wú)噪音、無(wú)污染、無(wú)成本，因此太陽(yáng)能成為全球能源枯竭背景下新能源開(kāi)發(fā)的重要項(xiàng)目。有效開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能能夠彌補(bǔ)當(dāng)前能源供應(yīng)缺口，而且還不會(huì)造成環(huán)境污染，其開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為明顯。每秒鐘達(dá)到地球表面的太陽(yáng)輻射能高達(dá)80萬(wàn)千瓦，如果能夠?qū)⑵渲械?.1%光能轉(zhuǎn)化為電能，以轉(zhuǎn)化率5%進(jìn)行計(jì)算，則年產(chǎn)電量將達(dá)到5.6×1012千瓦時(shí)，是當(dāng)前全球年耗電量需求的40多倍。國(guó)際GP針對(duì)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展所發(fā)布的公開(kāi)報(bào)告顯示，發(fā)展至2020年，太陽(yáng)能發(fā)電將服務(wù)10億人，為全球創(chuàng)造200萬(wàn)就業(yè)機(jī)會(huì)，國(guó)際光伏發(fā)電裝機(jī)量將達(dá)到205GW。

一、太陽(yáng)能工藝流程及問(wèn)題分析

1.1太陽(yáng)能工藝流程

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能工藝主要包括以下流程：首先將硅片置于受體后，進(jìn)行超聲清洗，其后進(jìn)行制絨和擴(kuò)散操作，接下來(lái)進(jìn)行等離子刻蝕，之后進(jìn)行去PSG清洗，通過(guò)PECVD強(qiáng)化光儲(chǔ)效應(yīng)，然后進(jìn)行網(wǎng)印刷燒結(jié)，完成上述步驟后進(jìn)行測(cè)試分揀并包裝。

1.2太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝存在問(wèn)題分析

從當(dāng)前太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝來(lái)看，主要存在以下四個(gè)方面的問(wèn)題：第一，制絨工藝。絨面金字塔需要均勻細(xì)致，不能留下指引和花籃印，如稍有不慎則可能流線印記，并造成色差、發(fā)白等問(wèn)題。第二，擴(kuò)散工藝。在方塊電阻工藝中缺乏均勻控制，PN結(jié)深淺控制不穩(wěn)定。第三，刻蝕問(wèn)題。刻蝕工藝需要消除邊緣的PN結(jié)，控制漏電流。第四，去PSG工藝。在去除表層磷硅玻璃的同時(shí)，需要保持良好的清潔界面，保證其瀝水效果，如果反射膜厚度不科學(xué)，也會(huì)造成太陽(yáng)能電池性能受到影響，科學(xué)厚度為1/4光波長(zhǎng)，同時(shí)要保證沒(méi)有色差。第五絲網(wǎng)印刷問(wèn)題。關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)在于銀漿制備、柵極電阻控制，需要保證電池板具備良好的透光率。

二、太陽(yáng)能電池工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

2.1制絨工藝

絨面工藝的優(yōu)化有利于獲得性能良好的絨面，從而減少光能反射，提高電池板的光伏吸收能力，促進(jìn)光伏轉(zhuǎn)化效率的提高。在絨面制作中需要保持顏色均勻，不能由白邊和花籃印，具有良好的重疊性。通過(guò)傳統(tǒng)化學(xué)工藝進(jìn)行腐蝕往往不能保證絨面質(zhì)量，而且化學(xué)試劑使用過(guò)量還會(huì)造成大量廢氣、廢液產(chǎn)生，與生態(tài)環(huán)保建設(shè)相沖突。因此目前采用較多的技術(shù)為RIE工藝，也就是利用反應(yīng)離子進(jìn)行刻蝕，通過(guò)掩膜（MASK）技術(shù)進(jìn)行顯影，從而形成織構(gòu)式絨面結(jié)構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)表面織構(gòu)制備表面。利用這一方法能夠有效提高絨面質(zhì)量，有效控制太陽(yáng)能輻射反射率。

2.2擴(kuò)散制節(jié)

一般情況下，硅太陽(yáng)能電池PN結(jié)通過(guò)磷擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)，工藝流程主要有兩個(gè)環(huán)節(jié)：首先需要硅片表層的含磷薄膜層實(shí)現(xiàn)沉積，其后在高溫環(huán)境下薄膜中的磷會(huì)向P型硅片擴(kuò)散。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能生產(chǎn)工藝水平來(lái)看，PN結(jié)技術(shù)是造成技術(shù)差距的主要原因。

利用減壓擴(kuò)散工藝具有一定的實(shí)施優(yōu)勢(shì)，在蒸汽壓力作用下，雜質(zhì)分子更加活躍，擴(kuò)散性能會(huì)較之普通狀態(tài)提高3%左右，屬于高質(zhì)量、生態(tài)型工藝模式。擴(kuò)散爐封閉式設(shè)計(jì)性能比開(kāi)管擴(kuò)散爐更優(yōu)越，而且制備過(guò)程中磷酸物質(zhì)含量較少。在太陽(yáng)能技術(shù)優(yōu)化中，鏈?zhǔn)綌U(kuò)散具有重要意義，是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的核心基礎(chǔ)，結(jié)合快速擴(kuò)散技術(shù)，在自造實(shí)踐中具有加高的推廣價(jià)值。在超聲噴霧作用下，磷酸會(huì)在硅片表層形成均勻附著，經(jīng)過(guò)溫區(qū)差異的鏈?zhǔn)綌U(kuò)散后獲得PN結(jié)，結(jié)合無(wú)線電阻進(jìn)行在線測(cè)試，從而強(qiáng)化自動(dòng)化性能。在工藝優(yōu)化中選擇性擴(kuò)散具有較高的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景，應(yīng)用該技術(shù)生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池會(huì)提高20%左右的發(fā)電率，保證電路電壓穩(wěn)定，獲得更高校的光譜響應(yīng)。

2.3刻蝕技術(shù)

PN結(jié)表面聚集的光生電子能夠通過(guò)邊緣磷擴(kuò)散作用轉(zhuǎn)向PN結(jié)背面，進(jìn)而導(dǎo)致短路問(wèn)題發(fā)生，一旦發(fā)生短路則會(huì)形成并聯(lián)電阻，影響太陽(yáng)能運(yùn)轉(zhuǎn)性能。為了保證太陽(yáng)能電池質(zhì)量，需要提前控制短路通道。刻蝕工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于射頻功率參數(shù)以及時(shí)間。如果功率值過(guò)高，那么離子能量也會(huì)增加，進(jìn)而造成較大的轟擊損傷，對(duì)硅片邊緣造成損害。如果刻蝕時(shí)間較長(zhǎng)，則會(huì)造成被損害區(qū)域內(nèi)開(kāi)路電壓值下降。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要對(duì)上述兩個(gè)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，主要以折中數(shù)據(jù)為參照。當(dāng)前市場(chǎng)出售的此類(lèi)設(shè)備中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了集刻蝕和去PSG功能的整合。德國(guó)的刻蝕公益設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)清洗和去腐蝕作用同步實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還能對(duì)背面的腐蝕面進(jìn)行拋光，利用化學(xué)去邊作用剔除含磷的邊緣區(qū)，以減少短路風(fēng)險(xiǎn)。利用背面拋光技術(shù)能夠減少光輻射損失，提升紅光響應(yīng)能力。該技術(shù)方法操作簡(jiǎn)便質(zhì)量穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)刻蝕不均、鉆刻等問(wèn)題。

2.4表面減反射膜生長(zhǎng)技術(shù)

甲硅烷（SiH4）與氨氣（NH3）發(fā)橫反應(yīng)，能夠在硅片表面形成75納米的氮化鎵（GaN），進(jìn)而形成PECVD薄膜效用。該薄膜的主要作用在于減少光反射，增加光能吸收，同時(shí)產(chǎn)生一定的鈍化效果。當(dāng)前在生產(chǎn)工藝中有管式PECVD和板式PECVD兩類(lèi)。前者薄膜結(jié)構(gòu)較為致密，能夠起到較好的鈍化作用，后者則具備更高的產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)。在PECVD工藝優(yōu)化中，核心要點(diǎn)在于控制電池輻射損害，提升鈍化能效，從而獲得更科學(xué)的折射率。

2.5絲網(wǎng)印刷技術(shù)

通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)的改進(jìn)，有利于提高太陽(yáng)能電池工作效率。其中“選擇性發(fā)射極技術(shù)”具有較高的創(chuàng)新性，在金屬線之下制備重度摻雜的n+區(qū)域，從而減少接觸電阻值。意大利已經(jīng)有太陽(yáng)能生產(chǎn)廠家采用兩臺(tái)印刷機(jī)，同時(shí)重疊印刷兩種漿料，利用該技術(shù)能夠有效控制陰影損失，提高光能轉(zhuǎn)化效率0.5%左右。目前，該技術(shù)已經(jīng)在世界各地得到推廣。

結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能電池生產(chǎn)正在向大尺寸、超薄化方向發(fā)展，而且效率更高，使用壽命更長(zhǎng)，是目前太陽(yáng)能電池主要應(yīng)用技術(shù)，能夠有效提升光能轉(zhuǎn)化效率，控制生產(chǎn)成本，并改變以往光伏發(fā)電作為輔助能源的地位，構(gòu)建起光伏發(fā)電為主電力生產(chǎn)新格局。

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作者簡(jiǎn)介：

史偉斌，出生年月：1984-10-04，性別：男，民族：漢，籍貫：陜西西安，當(dāng)前職務(wù)：設(shè)備維護(hù)，當(dāng)前職稱(chēng)：助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：太陽(yáng)能光伏電池.endprint