多晶硅酸制绒工艺对扩散方阻均匀性的影响

王森栋， 白 翔

(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046000)

多晶硅酸制绒工艺对扩散方阻均匀性的影响

王森栋， 白 翔

(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046000)

针对多晶太阳能电池片生产工艺中的扩散炉管间方阻均匀性问题，主要从酸制绒工艺的刻蚀深度及刻蚀反应温度2个方面对问题进行了分析。结果表明，刻蚀深度在(3.6±0.2)μm，温度控制在5.5 ℃～7.5 ℃，0.2 μm的刻蚀偏差调整扩散温度1 ℃，可以减少各个批次间的方阻偏差，从而提高电池片转换效率。

方阻均匀性；酸制绒工艺；刻蚀深度；刻蚀温度

引 言

提高太阳能电池的光电转化效率和降低生产成本一直是太阳能电池领域的研究热点，提高多晶硅太阳能电池光电转换效率的一个重要方向就是提升电池对光能的吸收，从而提升电池的短路电流。目前，使用HE工艺规模化生产制作多晶硅太阳能电池片的流程一般为：清洗制绒—扩散制结—湿法切边—镀减反射膜—电极印刷—烧结。其中，扩散制结工艺是关键工序之一，扩散制作的PN结是太阳能电池的心脏，它决定了太阳能电池PN结的结深、表面杂质浓度等参数[1]。对于扩散工序，最大的问题是如何提高扩散的均匀性，扩散后方阻均匀性好有利于后续工艺的匹配，扩散均匀性好的电池片在同样的烧结条件下，其欧姆接触好，短路电流、填充因子等电性能参数也较稳定，电池片的转换效率也就更稳定。并且，电池片之间的电性能参数一致性好，也有利于组件的稳定性和防衰减性，从而提高了太阳能电池的使用寿命[2]。

对于管式扩散炉而言，影响扩散均匀性的因素主要分为两类。第一类是设备方面，主要有炉门密封性、恒温区温度的控制、匀流板的设计、排风口位置、源瓶恒温水槽的温度稳定性等。第二类是工艺方面，主要有硅片绒面的质量、扩散工艺气体流量、各种反应气体的比例、扩散时间和温度设定等[3]。本文主要从制绒工艺方面出发，重点研究了刻蚀深度和刻蚀反应温度对方阻的影响，从而为制作高方阻均匀性电池片提供制绒工艺方面的理论指导。

1 实验方案

实验所用硅片为市售多晶P型硅片，面积为156 mm×156 mm，电阻率为1 Ω·cm～3 Ω·cm，厚度为200 μm，使用Centrotherm制绒设备，Centrotherm扩散制结设备。

多晶硅制绒温度的变化会影响绒面的结构，温度越低，表面陷阱坑开口越小，深度越大，越致密；反之，温度越大，表面陷阱坑开口越大，越稀疏。相同面积硅片，陷阱坑开口小的绒面表面积要大于陷阱坑开口大的绒面表面积。开口小的接受扩散磷源多，方阻会降低。本文首先确定刻蚀深度最佳值，通过减薄量获得，然后确定刻蚀温度值。表征手段包括：舜宇恒平电子天平，ZEISS电子显微镜，GP4test四探针方阻测量仪，BERGER电学性能测试。

2 结果及讨论

2.1 刻蚀深度

本部分实验分3组，使用协鑫片，每组500片，A组为正常生产组，B组和C组为实验组，调节制绒工艺使之达到不同刻蚀深度，扩散均在同一炉管内反应。表1为不同刻蚀深度下的方阻值，表2为不同刻蚀深度下的电性能参数。

表1 不同刻蚀深度下的方阻值

表2 不同刻蚀深度下的电性能参数

由表1数据得出，方阻会随着刻蚀率的降低而降低，0.2 μm的刻蚀深度差大约有2 Ω～3 Ω的方阻差。方阻降低，方阻均匀性相对变好。但表2数据显示，刻蚀深度降低，转换效率相应降低，主要表现为电流值降低。原因是，在一定刻蚀深度范围内，刻蚀深度越小，反射率越高。通过测试，A组反射率在17.8%，B组反射率在17.5%，C组反射率在18.5%。在生产中为了保证效率，优选刻蚀深度为3.6 μm。

2.2 刻蚀温度

本部分实验分为3组，使用协鑫S3，每组500片，保证制绒工艺的刻蚀率3.7 μm，调节刻蚀温度为5.5、7.0、8.5 ℃，扩散在同一炉管。图1为不同制绒刻蚀温度下生产的电池片半成品电镜图。

从图1可以明显看出，5.5 ℃下的硅片绒面更致密、更小，随着温度的升高，陷阱坑开始变大，绒面变得稀松。

图1 不同制绒刻蚀温度下生产的电池片半成品电镜图

表3所示为不同制绒温度下的方阻值。由表3数据得出，绒面致密性越好，方阻越低，方阻偏差相对较小，刻蚀量相同温度偏差1.5 ℃，方阻大约偏差1 Ω～3 Ω。

表3 不同制绒温度下的方阻值

表4所示为不同制绒温度下的电性能参数。数据显示，绒面致密性越好，绒面越均匀，效率越高。根据第22页图2的效率分布图，可以看出，A组及B组的高效率片多、低效率片较少，C组低效率片较多。在生产中，控制刻蚀温度在5.5 ℃～7.5 ℃。

表4 不同制绒温度下的电性能参数

3 结论

通过对制绒工艺进行实验表明，多晶硅制绒工艺的刻蚀深度在(3.6±0.2)μm，温度控制在5.5 ℃～7.5 ℃，可以得到高效率的电池片。生产过程中若出现刻蚀率偏高或偏低的情况，偏差在0.2 μm以上时，及时调整扩散工艺温度，0.2 μm的刻蚀偏差调整扩散温度1 ℃，从而减小各个批次间的方阻偏差。

图2 不同制绒温度下生产的电池片效率分布图

[1] 杨德仁.太阳电池材料[M].北京:化学工业出版社,2006:57-61.

[2] 谢卿，高华，杨乐.硅太阳电池扩散方阻均匀性研究[J].光电技术应用,2012,27(3):50-53.

[3] 何堂贵，唐广.晶体硅太阳电池制作中扩散气氛场均匀性研究[J].电子设计工程,2009,17(9):55-60.

Influenceofacidtexturingonsheetresistanceuniformityinpolycrystallinesiliconsolarcellprocessing

WANGSendong,BAIXiang

(ShanxiLu’anPhotovoltaicsTechnologyCo.,Ltd.,ChangzhiShanxi046000,China)

In this paper, in view of the sheet resistanceuniformity problems between the diffusion furnaces in polycrystalline silicon solar cell production process, etching depth and etching reaction temperature of acid texturing processing are mainly analyzed. The results show that theetching depth within (3.6±0.2)μm, the etching reaction temperaturewithin 5.5 ℃ to 7.5 ℃, 0.2 μm etching deviation adjustment 1 ℃ diffusion temperature can reduce the sheet resistance deviation between each batch to improve solar cell conversion efficiency.

sheet resistance uniformity; acid texturing processing; etching depth; etchingreaction temperature

2017-03-11

王森栋，男，1987年出生，2012年毕业于河南理工大学，本科，助理工程师，主要从事太阳能电池技术研究。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.06

TM914.4

A

1004-7050(2017)03-0020-03

科研与开发