太陽能硅片表面損傷層與轉換率的研究

李建敏

摘要：改變垂直壓力、砂子的堆積密度、尖銳程度變量研究了其對太陽能硅片損傷層大小的影響，改變半導體材料帶隙寬度的大小探討了其對太陽能電池轉換率的影響。

關鍵詞：太陽能硅片；損傷層；垂直壓力；形態；轉換率；半導體材料帶隙寬度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.191

0前言

太陽能電池制造的一個重要的步驟是晶體硅的切片，硅片的質量優良直接關系到其破碎率的大小和太陽電池生產的優良率。硅片表面損傷是指在硅片的生產過程中，切片工序中硅片的邊緣出現裂紋、破損，硅片表面出現坑凹和劃痕等現象。SEM圖中硅片表面呈現蜂窩狀，大小孔不一；硅片表面損傷和太陽能電池轉換率受諸多因素影響。

1垂直對硅片表面損傷的影響

垂直壓力正比臺速線速比，臺速線速比越大，垂直壓力越大，硅片的損傷層度越大。改變臺速線速比的大小，探討垂直壓力對硅片表面損傷的影響。根據生產數據，收集整理如下表（+表示損傷層度的大小，其越多表示損傷程度越大）：

硅片表面損傷是多線切割過程中磨料進行切割留下的，磨料受到的壓力關系著硅片表面損傷層度大小。理論上磨料受到的垂直壓力越小硅片表面越為平整，硅片的質量越佳，破碎率越低；生產中磨料受到的垂直壓力減小時，硅片的切割效率降低；切割壓力降到一定值，硅片的平整度反而降低。臺速線速比的降低，切割的時間增加，壓力的減小增加切面的摩擦時間，壓力減小切割強度不夠，硅片表面平整度降低，表面損傷層度增加。

2砂子形態對硅片表面損傷層的影響

砂子的形態也是關系到硅片表面平整度一個很重要的工藝技術，理論上砂子越規則其切割后對硅片表面損傷越小。砂子的堆積密度也關系到硅片損傷程度，堆積密度越小，硅片表面損傷層度越小；生產中并不是堆積密度越小越好堆積密度越小，切割速度越慢，生產效率越低，次品率高。砂子越為尖銳，切割能力越強；砂子過于尖銳時，砂子的韌性增強，生產過程中砂子易于磨損，對連續生產起消極影響。砂子形態選擇是一個重要的工藝技術參數，只有根據生產線上的具體生產情況選擇最佳砂子形態的砂子才能使得硅片的損傷層度降低。硅片表面損傷層度的大小關系到硅片質量，更關系到太陽能電池的優良等級。近些年，太陽能電池的轉換率也是光伏研究領域的熱門，太陽能電池的轉換率從某種層度上直接決定了一個太陽能電池生產企業的存亡。

影響太陽能電池轉換率的因素很多，像半導體材料帶隙寬度、光生載流子復合壽命、溫度、表面復合率、串聯電阻電阻值大小、金屬柵線所占面積、是否鍍減射膜都是影響太陽能轉換率的因素之一；此外，太陽能使用過程中自然界太陽能強度的強弱也關系太陽能電池的轉換率的因素。

3半導體材料帶隙寬度對太陽能電池轉換率的影響

半導體行業的發展在近一個世紀飛速發展，半導體材料在太陽能光伏行業也有著極其重要的地位。半導體材料帶隙寬度的增加導致太陽能電池的開路增加，短路電流密度減小。

實驗表明半導體材料帶隙寬度存在著最佳值使得太陽能轉換率出現最大值，如圖，太陽能電池的制備中當半導體材料帶隙寬度為1.7eV時太陽能電池轉換率出現最大值13.22%。多數實驗也證明溫度的變化對太陽能電池的影響也比較明顯，溫度的升高，半導體材料帶隙寬度變窄，轉換率降低；溫度的變化與太陽能電池的轉換率呈較為規律性的變化。