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《工藝參數(shù)對電池性能的影響》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、工藝參數(shù)對單晶硅太陽能電池性能的影響1.1硅片的表面處理不管是硅片的前期加工，留下的損傷層。還是在原硅片制作為太陽能電池的生產(chǎn)工藝中，都需要對硅片表面進(jìn)行處理，其中是主要的包括表面去損傷層和硅表面制絨。1.1.1表面損傷層在切割、研磨和拋光過程中，均使晶片表面產(chǎn)生一層損傷層。尤其在切割和研磨過程中，晶片表面形成一個晶格高度扭曲層和一個較深的彈性變形層。遲火或擴(kuò)散加熱時，彈性應(yīng)力消失，但產(chǎn)生高密度位錯層。切、磨、拋過程中引進(jìn)的二次缺陷，比生長單晶時產(chǎn)生的缺陷有時多達(dá)4個數(shù)量級。表面損傷層里有無窮多的載流子
2、復(fù)合中心，使光生載流子的壽命大大降低，不可能被P-N結(jié)靜電場分離。最后致使生產(chǎn)出的成品太陽能電池片中的漏電流過大，影響硅電池片最后整體的轉(zhuǎn)換效率。因此在單晶硅材料進(jìn)行太陽能電池片加工前，必須把原始硅片切割過程中引入的損傷層盡可能的減少至最低。主要用高濃度酸或是堿溶液對硅片表面進(jìn)行近似拋光地腐蝕。將硅片在切割、研磨和拋光過程中所產(chǎn)生的機(jī)械損傷層去除掉。1.1.2表面織構(gòu)化如何提高硅片轉(zhuǎn)換效率是太陽電池研究的重點，而有效地減少太陽光在硅片表面的反射損失是提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率的一個重要方法。在晶體硅太陽能電池
3、表面沉積減反射膜或制作絨面是常用的兩種方法，其中在硅片表面制作絨面的方法以其工藝簡單、快捷有效而備受青睞。化學(xué)腐蝕單晶硅片是根據(jù)堿溶液對硅片的[100]和[111]晶向的各向異性腐蝕特性，通過在單晶硅表面形成隨機(jī)分布的金字塔結(jié)構(gòu)絨面，增加光在硅片表面的反射吸收次數(shù),從而達(dá)到在硅片表面形成陷光的效果有效地降低太陽電池的表面反射率，從而提高光生電流密度。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，單晶硅表面腐蝕采用的是氫氧化鈉和異丙醇溶液體系，表面反射率可以控制在12%以下。對于既可獲得低的表面反射率，又有利于太陽電池的后續(xù)制作工藝的
4、絨面，應(yīng)該是金字塔大小均勻，單體尺寸在2~10微米之間，相鄰金字塔之間沒有空隙，即覆蓋率達(dá)到100%。理想質(zhì)量絨面的形成，受到了諸多因素的影響，例如硅片被腐蝕前的表面狀態(tài)、制絨液的組成、各組分的含量、溫度、反應(yīng)時間等。而在工業(yè)生產(chǎn)中，對這一工藝過程的影響因素更加復(fù)雜，例如加工硅片的數(shù)量、醇類的揮發(fā)、反應(yīng)產(chǎn)物在溶液中的積聚、制絨液中各組分的變化等。為了維持生產(chǎn)良好的可重復(fù)性，并獲得高的生產(chǎn)效率，要求我們比較透徹的了解金字塔絨面的形成機(jī)理，控制對制絨過程影響較大的因素，在較短的時間內(nèi)形成質(zhì)量較好的金字塔絨面
5、。目前已經(jīng)有許多的研究小組對單晶硅片的各向異性腐蝕過程進(jìn)行了細(xì)致深入的研究，各自給出了制備金字塔絨面的優(yōu)化工藝條件。在國外的研究和生產(chǎn)中，大部分的制絨液是堿（NaOH，KOH，Na2CO3，(CH3)4NOH）與異丙醇的混合溶液。在中國，考慮到生產(chǎn)成本，太陽電池制造商大多使用價格相對較低的乙醇來替代異丙醇，與氫氧化鈉的水溶液混合而成制絨液。目前針對單晶硅片在（氫氧化鈉+乙醇）的混合體系中形成金字塔絨面的過程，尚未見詳細(xì)的研究報道。在參考已經(jīng)報道的實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量的實驗，總結(jié)出了（氫氧化鈉+乙醇
6、）的混合體系對單晶硅片進(jìn)行制絨的適宜參數(shù)，從而在較短時間內(nèi)（30分鐘）獲得色澤均勻、反射率低的絨面單晶硅片。然而當(dāng)將實驗室的條件下得到參數(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)線上時，往往在開始的幾個批次，可以加工出較理想的絨面，但隨著產(chǎn)量的增加，絨面質(zhì)量急劇變差，稱之為制絨液的“失效”。這種失效是由于制絨液中的主要成分—NaOH和乙醇的含量，與最初的設(shè)置值已相去甚遠(yuǎn)。另外，在絨面質(zhì)量開始變差的時候，如果延長反應(yīng)時間，可以加以改善。因而，我們仔細(xì)觀察了隨著NaOH的濃度、乙醇的濃度和反應(yīng)時間的變化，絨面的微觀形貌和硅片表面反射率的
7、變化情況。從本質(zhì)上來講，絨面形成的過程，就是金字塔的成核和生長的過程，一切表觀參數(shù)對絨面質(zhì)量的影響，究其根本就是影響了金字塔的成核或者生長。接下來從這個角度詳細(xì)分析了氫氧化鈉和乙醇在制絨過程中各自扮演的角色。（1）時間的影響因素制絨液中含有15克/升的NaOH和10vol%的乙醇，溫度85℃，單晶硅片經(jīng)1分鐘、5分鐘、10分鐘、30分鐘腐蝕后，表面的微觀形貌見圖3-1，反射譜見圖3-2，由于10分鐘和30分鐘的反射譜非常接近，所以省略了后者。由圖3-1可以看出在適宜的條件下，金字塔的成核、生長的過程。經(jīng)
8、熱的濃堿去除損傷層后，硅片表面留下了許多膚淺的準(zhǔn)方形的腐蝕坑。1分鐘后，金字塔如雨后春筍，零星的冒出了頭；5分鐘后，硅片表面基本上被小金字塔覆蓋，少數(shù)已開始長大。我們稱絨面形成初期的這種變化為金字塔“成核”。如果在整個硅表面成核均勻，密度比較大，那么最終構(gòu)成絨面的金字塔就會大小均勻，平均體積較小，這樣的絨面單晶硅片不僅反射率低，而且有利于后續(xù)的擴(kuò)散和絲網(wǎng)印刷，制造出的太陽電池的性能也更好。很多相關(guān)的研究工作就是著力于增大金字塔的成核密度。從
