[科普中国]-超薄太阳电池

制造方法简述第一阶段

在一厚为350μm的P型硅体正表面上生成一层氧化层，氧化层上蚀刻一孔，并通过该孔将N型掺杂质沉积在硅片上，形成P-N结。然后，在N型层上生成薄薄的钝化氧化层，该氧化层上蚀刻一些接头孔，将金属充填入这些孔，沉积在硅片上，并金属蚀刻为一梳齿形内接线路。最后，在氧化薄层上沉积一防反射涂层，防反射涂层是由一层氧化钽和几层氧化铝组成。为了测试电池，在背面有一层烧结铝。2

第二阶段将一玻璃盖用粘结剂粘贴在硅片的正表面上，玻璃盖表面涂一层涂料，以增大可见光透入，反射不需要的紫外光。采用的粘结剂是一种透明的抗紫外线原料，如含氟聚合物粘结剂。2

第三阶段用普通的硅片研磨机研磨硅片背面，将硅片研磨到厚度约为100μm。然后，用一陶瓷无变形真空吸盘将其背面抛光，使背面光洁度在±3μm内，接着，用氢氧化钾溶液浸蚀背面，直到硅片减薄到50μm，再用氢氟酸和硝酸混合液对背面进行最后一次浸蚀，融蚀掉大约1000A-2000A，形成一干净表面。

接下来的工作是，在背面上涂一层电阻性接触层。方法是这样的:将含有质量成分为20%-50%的硼的非晶硅沉积在背面，厚为50 A-500 A ,然后，用脉冲激光将这一层非晶硅融化，以使其部分扩散渗入硅片，形成一薄层合金层，接着，用真空吸盘扫描整个背面。采用的脉冲激发物是钕:钇铝拓榴石激光，这种激光能量密度较低(1J/cm2-3J/cm2)；因此，只有少量激光渗人硅片，不会损坏硅片的晶体结构，也不会产生再化合中心。此外，激光脉冲波长较短，约为50ns，不会使正表面上的粘结层过热，一般粘结层温度不会超过150°C。然后，在电阻性接触层背面上沉积一层绝缘层，绝缘层是在温度100°C时，通过分解一深绿玉髓中的硅烷和氨形成的。最后，在绝缘层上蚀刻一些接触孔，并在背面沉积一层铝，使部分铝渗入接触孔，这样，这层铝既可作为光反射器，又可作为背面的电接头。2

关键技术及工艺硅片切割技术传统的多线研磨液硅片切割技术需要大量的SiC和PEG作为切割媒质对硅片进行切割，且对硅片的损伤较大，在切割后需要腐蚀掉硅片表面的损伤层，这就决定了采用传统线切割技术无法得到可产业化生产的薄硅片。最新的金刚线切割技术主要采用附着金刚石颗粒的金属线对硅锭进行切割，常以水为冷却剂。尽管金刚线技术成本较高，但因为可实现高速切割，且无需SiC和PEG等切割媒质，可节约较大运营成本，目前金刚线切割技术已逐渐被各个大公司使用。3

自动化生产近几年，受国际经济环境影响，国外几个光伏大企业相继宣布申请破产，但国内主要光伏企业仍能够维持正常运营，其中一个重要原因是国内光伏企业属于劳动密集型，其人力成本相对其他发达国家低很多。然而，当超薄电池成为光伏产业主导产品时，因超薄硅片在切割或电池制备过程容易引入隐裂纹，人为的手动操作会增加硅片破片率，此时，劳动密集型生产将不再适用于超薄硅片的发展，全自动生产太阳电池将成为未来太阳电池制备的发展趋势。3

电极制备太阳电池技术的快速发展，很大程度上得益于浆料的不断改进和创新。而当硅片厚度下降到140μm, 120μm，甚至100μm以下时，新的铝浆料需要在高温烧结时具有低的翘曲率、优良的背面场等性能。若电池片翘曲过于严重，不仅影响电池性能，同时在制备组件过程中将会极大增加硅片的碎片率。新的银浆也需要配合较低温度的铝浆烧结工艺，以实现低的金属一半导体接触电阻。

采用Ni/Cu/A}等结构的前电极电镀和背面蒸镀铝工艺已经被应用于实际电池产品生产中，如Suntech的Pluto电池。由于电镀和蒸镀铝之后只需要较低的退火温度就可以获得良好的欧姆接触，可避免硅片翘曲。同时，这两项技术代替丝网印刷技术可简化制备流程，并减少对硅片施加过大的外力，降低硅片的碎片率。电镀工艺具有工艺简单、成本低等特点，逐渐成为各大公司投入研究的对象。而蒸镀铝工艺在运行中需要较大的成本投入，但因其具有很好的背反射性能和工艺简单等特点，也是未来超薄电池背电极制备工艺的趋势。

透明导电薄膜和低温银浆可以用于HIT等高效电池，虽然成本相对常规银铝浆高很多，但因能够避免高温烧结，减少高温烧结对钝化膜(如Al2O3或非晶硅)的破坏，可制备出性能优良的电池，故可成为未来电极制备选择之一。3

制绒及后清洗当硅片厚度降到100μm以下时，常规的碱制绒或酸制绒工艺会有双面制绒效果，若单晶硅“金字塔”高度达到5μm时，双面“金字塔”总高度就会有10μm，此时对超薄硅片而言相当于引入了较大的隐裂纹，这样会增加后续电池制备的碎片率。解决该问题途径主要有:第一，采用更好的制绒工艺得到光学性能不变或更优的小绒面结构;
第二，采用单面碱制绒、酸制绒或干法制绒等新工艺实现单面制绒。

现有的后清洗设备主要采用滚轮单面去背结流水线，普遍要求硅片最小厚度为160-140μm。若更薄的硅片采用目前产业化的单面化学湿法腐蚀去背结，容易引起硅片底下的化学腐蚀液绕过硅片边缘，到达硅片正面，正面的PN结将会被刻蚀。这也是本实验需要采用正面镀SiNx做掩膜对薄硅片去背结的主要原因。同时，当硅片厚度减少到更小时，如60μm，硅片将表现出一定的柔韧性，在后清洗过程中会在两个滚轴之间呈现一定的弯曲，现有的后清洗设备将很难实现去背结。因此，后清洗设备厂商需要根据硅片厚度的发展对现有的设备进行升级改造。3

镀膜工艺现有的管式PECVD镀膜设备采用的石墨舟普遍为3个挂钩点以承载硅片，薄硅片在PECVD镀膜设备中因受重力及热膨胀因素影响，容易引起硅片弯曲，氮化硅((SiNx:H)或氧化硅(SiO2)等绕到非镀膜面，这不仅影响了非镀膜面的性能，同时也造成相邻硅片的介质膜均匀性变差。因此，未来超薄电池的发展需要对现有石墨舟挂钩点进行改造。3