多晶硅太陽(yáng)能電池制作工藝概述

眾所周知，利用太陽(yáng)能有許多優(yōu)點(diǎn)，光伏發(fā)電將為人類(lèi)提供主要的能源，但目前來(lái)講，要使太陽(yáng)能發(fā)電具有較大的市場(chǎng)，被廣大的消費者接受，提高太陽(yáng)電池的光電轉換效率，降低生產(chǎn)成本應該是我們追求的最大目標，從目前國際太陽(yáng)電池的發(fā)展過(guò)程可以看出其發(fā)展趨勢為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。從工業(yè)化發(fā)展來(lái)看，重心已由單晶向多晶方向發(fā)展，主要原因為：

（1）可供應太陽(yáng)電池的頭尾料愈來(lái)愈少；

（2）對太陽(yáng)電池來(lái)講，方形基片更合算，通過(guò)澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料；

（3）多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷取得進(jìn)展，全自動(dòng)澆鑄爐每生產(chǎn)周期（50小時(shí)）可生產(chǎn)200公斤以上的硅錠，晶粒的尺寸達到厘米級；

（4）由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展很快，其中工藝也被應用于多晶硅電池的生產(chǎn)，例如選擇腐蝕發(fā)射結、背表面場(chǎng)、腐蝕絨面、表面和體鈍化、細金屬柵電極，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可使柵電極的寬度降低到50微米，高度達到15微米以上，快速熱退火技術(shù)用于多晶硅的生產(chǎn)可大大縮短工藝時(shí)間，單片熱工序時(shí)間可在一分鐘之內完成，采用該工藝在100平方厘米的多晶硅片上作出的電池轉換效率超過(guò)14％。據報道，目前在50～60微米多晶硅襯底上制作的電池效率超過(guò)16％。利用機械刻槽、絲網(wǎng)印刷技術(shù)在100平方厘米多晶上效率超過(guò)17％，無(wú)機械刻槽在同樣面積上效率達到16％，采用埋柵結構，機械刻槽在130平方厘米的多晶上電池效率達到15.8％。

下面從兩個(gè)方面對多晶硅電池的工藝技術(shù)進(jìn)行討論。1. 實(shí)驗室高效電池工藝

實(shí)驗室技術(shù)通常不考慮電池制作的成本和是否可以大規?；a(chǎn)，僅僅研究達到最高效率的方法和途徑，提供特定材料和工藝所能夠達到的極限。

1.1關(guān)于光的吸收

對于光吸收主要是：

（1）降低表面反射；

（2）改變光在電池體內的路徑；

（3）采用背面反射。

對于單晶硅，應用各向異性化學(xué)腐蝕的方法可在（100）表面制作金字塔狀的絨面結構，降低表面光反射。但多晶硅晶向偏離（100）面，采用上面的方法無(wú)法作出均勻的絨面，目前采用下列方法：

［1］激光刻槽

用激光刻槽的方法可在多晶硅表面制作倒金字塔結構，在500～900nm光譜范圍內，反射率為4～6％，與表面制作雙層減反射膜相當。而在（100）面單晶硅化學(xué)制作絨面的反射率為11％。用激光制作絨面比在光滑面鍍雙層減反射膜層（ZnS/MgF2）電池的短路電流要提高4％左右，這主要是長(cháng)波光（波長(cháng)大于800nm）斜射進(jìn)入電池的原因。激光制作絨面存在的問(wèn)題是在刻蝕中，表面造成損傷同時(shí)引入一些雜質(zhì)，要通過(guò)化學(xué)處理去除表面損傷層。該方法所作的太陽(yáng)電池通常短路電流較高，但開(kāi)路電壓不太高，主要原因是電池表面積增加，引起復合電流提高。

［2］化學(xué)刻槽

應用掩膜（Si3N4或SiO2）各向同性腐蝕，腐蝕液可為酸性腐蝕液，也可為濃度較高的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，該方法無(wú)法形成各向異性腐蝕所形成的那種尖錐狀結構。據報道，該方法所形成的絨面對700～1030微米光譜范圍有明顯的減反射作用。但掩膜層一般要在較高的溫度下形成，引起多晶硅材料性能下降，特別對質(zhì)量較低的多晶材料，少子壽命縮短。應用該工藝在225cm2的多晶硅上所作電池的轉換效率達到16.4%。掩膜層也可用絲網(wǎng)印刷的方法形成。［3］反應離子腐蝕（RIE）

該方法為一種無(wú)掩膜腐蝕工藝，所形成的絨面反射率特別低，在450～1000微米光譜范圍的反射率可小于2％。僅從光學(xué)的角度來(lái)看，是一種理想的方法，但存在的問(wèn)題是硅表面損傷嚴重，電池的開(kāi)路電壓和填充因子出現下降。

［4］制作減反射膜層

對于高效太陽(yáng)電池，最常用和最有效的方法是蒸鍍ZnS/MgF2雙層減反射膜，其最佳厚度取決于下面氧化層的厚度和電池表面的特征，例如，表面是光滑面還是絨面，減反射工藝也有蒸鍍Ta2O5， PECVD沉積 Si3N3等。ZnO導電膜也可作為減反材料。

1.2金屬化技術(shù)

在高效電池的制作中，金屬化電極必須與電池的設計參數，如表面摻雜濃度、PN結深，金屬材料相匹配。實(shí)驗室電池一般面積比較?。娣e小于4cm2），所以需要細金屬柵線(xiàn)（小于10微米），一般采用的方法為光刻、電子束蒸發(fā)、電子鍍。工業(yè)化大生產(chǎn)中也使用電鍍工藝，但蒸發(fā)和光刻結合使用時(shí)，不屬于低成本工藝技術(shù)。