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多晶硅太阳能电池制作工艺概述
http://www.newenergy.com.cn  2006-6-15 16:33:00  hc360慧聪

2.3 PN结的形成技术

    [1]发射区形成和磷吸杂

    对于高效太阳能电池,发射区的形成一般采用选择扩散,在金属电极下方形成重杂质区域而在电极间实现浅浓度扩散,发射区的浅浓度扩散即增强了电池对蓝光的响应,又使硅表面易于钝化。扩散的方法有两步扩散工艺、扩散加腐蚀工艺和掩埋扩散工艺。目前采用选择扩散,15×15cm2电池转换效率达到16.4%,n++、n+区域的表面方块电阻分别为20Ω和80Ω.

    对于Mc—Si材料,扩磷吸杂对电池的影响得到广泛的研究,较长时间的磷吸杂过程(一般3~4小时),可使一些Mc—Si的少子扩散长度提高两个数量级。在对衬底浓度对吸杂效应的研究中发现,即便对高浓度的衬第材料,经吸杂也能够获得较大的少子扩散长度(大于200微米),电池的开路电压大于638mv, 转换效率超过17%。

    [2]背表面场的形成及铝吸杂技术

    在Mc—Si电池中,背p+p结由均匀扩散铝或硼形成,硼源一般为BN、BBr、APCVD SiO2:B2O8等,铝扩散为蒸发或丝网印刷铝,800度下烧结所完成,对铝吸杂的作用也开展了大量的研究,与磷扩散吸杂不同,铝吸杂在相对较低的温度下进行。其中体缺陷也参与了杂质的溶解和沉积,而在较高温度下,沉积的杂质易于溶解进入硅中,对Mc—Si产生不利的影响。到目前为至,区域背场已应用于单晶硅电池工艺中,但在多晶硅中,还是应用全铝背表面场结构。

    [3]双面Mc—Si电池

    Mc—Si双面电池其正面为常规结构,背面为N+和P+相互交叉的结构,这样,正面光照产生的但位于背面附近的光生少子可由背电极有效吸收。背电极作为对正面电极的有效补充,也作为一个独立的栽流子收集器对背面光照和散射光产生作用,据报道,在AM1.5条件下,转换效率超过19%。

2.4 表面和体钝化技术

    对于Mc—Si,因存在较高的晶界、点缺陷(空位、填隙原子、金属杂质、氧、氮及他们的复合物)对材料表面和体内缺陷的钝化尤为重要,除前面提到的吸杂技术外,钝化工艺有多种方法,通过热氧化使硅悬挂键饱和是一种比较常用的方法,可使Si-SiO2界面的复合速度大大下降,其钝化效果取决于发射区的表面浓度、界面态密度和电子、空穴的浮获截面。在氢气氛中退火可使钝化效果更加明显。采用PECVD淀积氮化硅近期正面十分有效,因为在成膜的过程中具有加氢的效果。该工艺也可应用于规模化生产中。应用Remote PECVD Si3N4可使表面复合速度小于20cm/s。
    3 工业化电池工艺

    太阳电池从研究室走向工厂,实验研究走向规模化生产是其发展的道路,所以能够达到工业化生产的特征应该是:

    [1]电池的制作工艺能够满足流水线作业;

    [2]能够大规模、现代化生产;

    [3]达到高效、低成本。

    当然,其主要目标是降低太阳电池的生产成本。目前多晶硅电池的主要发展方向朝着大面积、薄衬底。例如,市场上可见到125×125mm2、150×150mm2甚至更大规模的单片电池,厚度从原来的300微米减小到目前的250、200及200微米以下。效率得到大幅度的提高。日本京磁(Kyocera)公司150×150的电池小批量生产的光电转换效率达到17.1%,该公司1998年的生产量达到25.4MW。

   (1)丝网印刷及其相关技术

    多晶硅电池的规模化生产中广泛使用了丝网印刷工艺,该工艺可用于扩散源的印刷、正面金属电极、背接触电极,减反射膜层等,随着丝网材料的改善和工艺水平的提高,丝网印刷工艺在太阳电池的生产中将会得到更加普遍的应用。

    a.发射区的形成

    利用丝网印刷形成PN结,代替常规的管式炉扩散工艺。一般在多晶硅的正面印刷含磷的浆料、在反面印刷含铝的金属浆料。印刷完成后,扩散可在网带炉中完成(通常温度在900度),这样,印刷、烘干、扩散可形成连续性生产。丝网印刷扩散技术所形成的发射区通常表面浓度比较高,则表面光生载流子复合较大,为了克服这一缺点,工艺上采用了下面的选择发射区工艺技术,使电池的转换效率得到进一步的提高。

    b.选择发射区工艺

    在多晶硅电池的扩散工艺中,选择发射区技术分为局部腐蚀或两步扩散法。局部腐蚀为用干法(例如反应离子腐蚀)或化学腐蚀的方法,将金属电极之间区域的重扩散层腐蚀掉。最初,Solarex应用反应离子腐蚀的方法在同一台设备中,先用大反应功率腐蚀掉金属电极间的重掺杂层,再用小功率沉积一层氮化硅薄膜,该膜层发挥减反射和电池表面钝化的双重作用。在100cm2的多晶上作出转换效率超过13%的电池。在同样面积上,应用两部扩散法,未作机械绒面的情况下转换效率达到16%。

    c.背表面场的形成

    背PN结通常由丝网印刷A浆料并在网带炉中热退火后形成,该工艺在形成背表面结的同时,对多晶硅中的杂质具有良好的吸除作用,铝吸杂过程一般在高温区段完成,测量结果表明吸杂作用可使前道高温过程所造成的多晶硅少子寿命的下降得到恢复。良好的背表面场可明显地提高电池的开路电压。

    d.丝网印刷金属电极

    在规模化生产中,丝网印刷工艺与真空蒸发、金属电镀等工艺相比,更具有优势,在目前的工艺中,正面的印刷材料普遍选用含银的浆料,其主要原因是银具有良好的导电性、可焊性和在硅中的低扩散性能。经丝网印刷、退火所形成的金属层的导电性能取决于浆料的化学成份、玻璃体的含量、丝网的粗糟度、烧结条件和丝网版的厚度。八十年度初,丝网印刷具有一些缺陷,ⅰ)如栅线宽度较大,通常大于150微米;ⅱ)造成遮光较大,电池填充因子较低;ⅲ)不适合表面钝化,主要是表面扩散浓度较高,否则接触电阻较大。目前用先进的方法可丝网印出线宽达50微米的栅线,厚度超过15微米,方块电阻为2.5~4mΩ,该参数可满足高效电池的要求。有人在15×15平方厘米的Mc—Si上对丝网印刷电极和蒸发电极所作太阳电池进行了比较,各项参数几乎没有差距。

4 结束语

    多晶硅电池的制作工艺不断向前发展,保证了电池的效率不断提高,成本下降,随着对材料、器件物理、光学特性认识的加深,导致电池的结构更趋合理,实验室水平和工业化大生产的距离不断缩小。丝网印刷和埋栅工艺为高效、低成本电池发挥了主要作用,高效Mc—Si电池组件已大量进入市场,目前的研究正致力于新性薄膜结构、廉价衬底上的电池等,面对用户,我们需要作的工作是实现更大批量的、低成本的生产,愿我们更加努力实现这一目标。 

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