工藝參數(shù)對(duì)電池性能的影響

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1、工藝參數(shù)對(duì)單晶硅太陽(yáng)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(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝中，都需要對(duì)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(guò)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(guò)程中，晶片表面形成一個(gè)晶格高度扭曲層和一個(gè)較深的彈性變形層。遲火或擴(kuò)散加熱時(shí)，彈性應(yīng)力消失，但產(chǎn)生高密度位錯(cuò)層。切、磨、拋過(guò)程中引進(jìn)的二次缺陷，比生長(zhǎng)單晶時(shí)產(chǎn)生的缺陷有時(shí)多達(dá)4個(gè)數(shù)量級(jí)。表面損傷層里有無(wú)窮多的載流子復(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(chǎng)分離。最后致使生

2、產(chǎn)出的成品太陽(yáng)能電池片中的漏電流過(guò)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(yáng)能電池片加工前，必須把原始硅片切割過(guò)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(duì)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(guò)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(yáng)電池研究的重點(diǎn)，而有效地減少太陽(yáng)光在硅片表面的反射損失是提高太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要方法。在晶體硅太陽(yáng)能電池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(jiǎn)單、快捷有效而備受青睞?；瘜W(xué)腐蝕單晶硅片是根據(jù)堿溶液對(duì)硅片的[100]

3、和[111]晶向的各向異性腐蝕特性，通過(guò)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(yáng)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(duì)于既可獲得低的表面反射率，又有利于太陽(yáng)電池的后續(xù)制作工藝的絨面，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(shí)間等。而在工業(yè)生

4、產(chǎn)中，對(duì)這一工藝過(guò)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(duì)制絨過(guò)程影響較大的因素，在較短的時(shí)間內(nèi)形成質(zhì)量較好的金字塔絨面。目前已經(jīng)有許多的研究小組對(duì)單晶硅片的各向異性腐蝕過(guò)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(guó)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(guó)，考慮到生產(chǎn)成本，太陽(yáng)電池制造商大多使用價(jià)格相對(duì)較低的乙醇來(lái)替代異丙

5、醇，與氫氧化鈉的水溶液混合而成制絨液。目前針對(duì)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(guò)程，尚未見詳細(xì)的研究報(bào)道。在參考已經(jīng)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出了（氫氧化鈉+乙醇）的混合體系對(duì)單晶硅片進(jìn)行制絨的適宜參數(shù)，從而在較短時(shí)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(shí)驗(yàn)室的條件下得到參數(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)線上時(shí)，往往在開始的幾個(gè)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(shí)候，如果

6、延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)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(shí)間的變化，絨面的微觀形貌和硅片表面反射率的變化情況。從本質(zhì)上來(lái)講，絨面形成的過(guò)程，就是金字塔的成核和生長(zhǎng)的過(guò)程，一切表觀參數(shù)對(duì)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(zhǎng)。接下來(lái)從這個(gè)角度詳細(xì)分析了氫氧化鈉和乙醇在制絨過(guò)程中各自扮演的角色。（1）時(shí)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

7、可以看出在適宜的條件下，金字塔的成核、生長(zhǎng)的過(guò)程。經(jīng)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(zhǎng)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(gè)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(huì)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(yáng)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