单晶硅太阳电池工艺研究

王静++张东升

摘 要：采用湿化学方法对硅片背面抛光钝化，研究背腐蚀对单晶硅太阳电池工艺的影响。通过分析腐蚀后硅片表面形貌及电池电性能的变化，发现腐蚀降低了硅片表面粗糙度以及表面电子空穴复合速率；内量子效率中短波响应增强，开路电压和短路电流分别增加了2.1mV和26 mA。

关键词：单晶硅；电池效率；背腐蚀；光谱响应

中图分类号：TN914 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）05-0081-01

1 引言

在目前的光伏行业中，硅基太阳电池仍然占据着主要地位。随着硅材料价格的持续快速下降，以及单晶电池效率与多晶的进一步拉开，使单晶电池的性价比越来越高，而且单晶更适合做薄片化来降低硅料成本。因此單晶硅电池将成为当前行业发展的主流。

在电池的生产工艺中，需要对硅片清洗制绒。制绒后的随机金字塔表面通常会展现出一个高度的电复合，它们具有多方面影响：如增加了表面积、较多的<111>面悬挂键（相对于<100>面）、金字塔边缘部分应力及与氮化硅膜接触面会产生应力。背腐蚀技术能有效的减小电池背表面积、减小表面态和表面复合，提高开路电压；同时背腐蚀抛光可以提高背表面反射率，把电池不易吸收的长波反射回硅基体，提高长波的内量子效率，被广泛的应用于工业化生产中。浅结发射极可以减少少子复合、提高太阳电池的蓝紫光响应，进而提高开路电压（Uoc）和短路电流（Isc）。本文在P型单晶硅材料基础上，采用背腐蚀技术制备了高效太阳能电池，研究背腐蚀对太阳能电池表面形貌、量子效率等方面的影响，探究背腐蚀对太阳能电池电性能的影响。

2 实验

实验采用隆基生产的156.75mm×156.75mm 直拉P型单晶硅片，厚度为200m，电阻率为1-5Ω·cm。首先通过碱制绒在硅片两面形成随机的金字塔结构，然后将硅片均分为两组，每组200片。利用HF-HNO3混合溶液采用RENA Inoxide设备将一组样品背面腐蚀抛光（实验组），然后与参考组一同放入管式扩散炉进行发射极扩散，使用的是液态POCl3扩散源。再用混合酸溶液进行边缘绝缘和去除磷硅玻璃层（PSG），用板式等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）镀SiNx钝化和减反射膜，丝网印刷金属化过程，最后用远红外加热炉带共烧结形成发射极和铝背场界面的欧姆接触。用扫描电子显微镜（SEM）来检测腐蚀后硅片表面形貌特征，利用PVtools电池性能及失效分析仪测试电池光谱响应。在25℃、AM1.5、1000W/cm2的标准条件下用Halm测试系统测试电池片IV特性。

3 结果与讨论

3.1 背腐蚀后硅片表面形貌变化

图1（a）为制绒样品背表面形貌图，从图中可以看出硅片经碱溶液各向异性腐蚀后表面形成金字塔绒面，在大金字塔结构的基础上又生产了小的未成形的金字塔，这有利于入射光的多次反射并提高吸收效率。而经酸液抛光后金字塔大小分布更加均匀如图1（b）所示，金字塔尖也被腐蚀掉。

3.2 电池光谱响应分析

太阳空穴对数目电池的量子效率QE（Quantum Efficiency）是指太阳能电池产生电子-与入射到太阳能电池表面的光子数据之比，可以看作是太阳能电池对单一波长的光的吸收能力。

3.3 背腐蚀对电池电性能影响

测试两组样品电性能参数可以看到实验组样品经背腐蚀抛光后电池效率有所提升，因为背面腐蚀能有效降低表面态密度，降低表面复合速率，提高表面光生载流子收集率，开路电压和短路电流分别增加了2.1mV和26mA，200片电池平均转换效率相比参考组提高了0.13%。

4 结语

在单晶硅太阳电池工艺中加入背腐蚀抛光，可减少硅片表面缺陷，降低表面复合速率，改善金字塔形貌，提高背表面反射率，将电池不易吸收的长波光反射回电池内部再次利用。且背腐蚀能提高硅片有效少子寿命增加开路电压和短路电流，电池转换效率提高了0.13%。