濕法刻蝕工藝對單晶N型太陽電池的影響

王平 湯歡 汪東海

摘 要 基于N型單晶硅片，實驗研究了不同濕法刻蝕工藝流程對太陽電池生產中參數影響。利用SEM、反射率測試儀和Halm測試系統對濕法刻蝕后硅片表面的微觀形貌、反射率的差異進行了測試和表征。結果表明，在濕法刻蝕工藝前進行HF藥液腐蝕處理可以降低太陽電池的反向漏電流，提高產品的合格率。

【關鍵詞】濕法刻蝕 單晶太陽能電池 微觀形貌 反射率 反向漏電流

1 引言

近年來，濕刻中的鈍化作用和清洗引起人們廣泛的關注。濕法刻蝕具有溫度低、效率高、成本低等優(yōu)點，在濕刻過程中，硅片的磷硅玻璃和金屬離子被有效去除，并能一次性完成鈍化和清洗去除雜質，從而提高了硅片的使用效率。

本文基于N型硅基太陽電池大規(guī)模生產，實驗對比了不同濕法刻蝕工藝對太陽能電池電學特性的影響。

2 實驗

采用電阻率為2Ω·cm，大小為156㎜*156㎜，厚度為200μm的N型CZ單晶硅片，通過堿制絨形成金字塔絨面和P擴散形成n+背場后，分別采用工藝流程1和流程2（如圖1所示）進行濕法刻蝕，然后進行B擴散制備PN結以及后續(xù)PECVD沉積氮化硅減反射膜、印刷、燒結和測試等工序制成太陽能電池。通過SEM（JSM-6390），反射率測試儀（D8），電池模擬測試儀（halm），分別對濕法刻蝕后硅片表面的形貌、反射率和太陽電池的電學參數進行表征和測試。

3 結果與討論

不同的濕法刻蝕工藝流程對硅片的腐蝕深度、表面形貌、反射率等參數有著重要的影響。

3.1 不同濕法刻蝕工藝對硅片腐蝕深度的影響

對硅片濕法刻蝕工序前后的重量進行稱重以計算出腐蝕深度，其腐蝕深度結果如表1所示。

結果表明，增加HF腐蝕后硅片的腐蝕深度為0.595um，而不過HF工藝流程時硅片腐蝕深度為0.494um。

分析，擴散后的硅片，表面會形成一層SiO2和P2O5混合的磷硅玻璃。硅的濕化學腐蝕主要有HF溶液和堿性溶液兩種基本的腐蝕體系，這是因為在一般的水溶液中，硅表面因生成了不溶性的氧化物而呈惰性；而只有在HF溶液和堿溶液中，硅的氧化物是可溶的。

3.2 不同濕法刻蝕工藝對硅片表面形貌的影響

利用SEM對不同濕法刻蝕工藝流程腐蝕后的硅片表面形貌進行了表征，可以看出不過HF的硅片表面“金字塔”邊緣形貌較清晰，而過了HF的硅片表面的“金字塔”邊緣變得相對圓滑。可以看出，過了HF腐蝕液后，后續(xù)的腐蝕液對硅片表面“金字塔”腐蝕加重，腐蝕深度對金字塔的形貌有一定的影響。對于各向同性的腐蝕，隨著腐蝕深度的增加，腐蝕坑的幾何尺寸也增加，腐蝕坑的形狀變圓潤，底部變得平坦，反射率升高。晶格缺陷處的腐蝕痕也更加深。

3.3 不同濕法刻蝕工藝對硅片表面反射率的影響

硅片表面金字塔形貌的變化對硅片表面的反射率有著重要的影響，使用兩種工藝流程對硅片表面的反射率進行測試，結果如圖2所示。

結果顯示，流程1中反射率較流程2增加了2-4%。分析認為是因為流程1中，腐蝕深度相對較大，硅片表面的“金字塔”邊緣變得平滑，最后導致反射率增加。無論是各向同性還是各向異性的腐蝕，腐蝕深度增加提高反射率。

4 結論

在單晶硅太陽能電池片生產過程中，表面織構是關鍵工序之一，可以減少太陽光在硅片表面的反射損失。但是單晶硅片為高表面能固體，表面能有減小的趨勢，易被外界污染。表面污染物直接影響成品電池片的開路電壓、短路電流及光電轉換效率。因此，在太陽能生產企業(yè)中，需要對各工序進行工藝的調整和優(yōu)化，達到降低成本，提高太陽電池轉換效率的目的。為了同時滿足提高產品的合格率和提高電池轉換效率有賴于進一步對濕法刻蝕工藝流程進行研究和實驗。

無論是各向同性還是各向異性的腐蝕，都使腐蝕深度增加提高反射率，而且腐蝕深度增加，晶格缺陷處的腐蝕也會更深，硅片表面平整度會受影響。三者的相關變化最終對電池的電參產生了變化，在濕法刻蝕工藝前進行HF藥液腐蝕處理可以降低太陽能電池的反向漏電流，有利于提高產品的合格率。

參考文獻

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