多晶硅太陽(yáng)能電池制造工藝簡(jiǎn)述

關(guān)于光的吸收

　　對(duì)于光吸收主要是：

　　（1）降低表面反射；（2）改變光在電池體內(nèi)的路徑；（3）采用背面反射。

　　對(duì)于單晶硅，應(yīng)用各向異性化學(xué)腐蝕的方法可在（100）表面制作金字塔狀的絨面結(jié)構(gòu)，降低表面光反射。但多晶硅晶向偏離（100）面，采用上面的方法無(wú)法作出均勻的絨面，目前采用下列方法:

　　[1]激光刻槽:用激光刻槽的方法可在多晶硅表面制作倒金字塔結(jié)構(gòu)，在500～900nm光譜范圍內(nèi)，反射率為4～6％，與表面制作雙層減反射膜相當(dāng)。而在（100）面單晶硅化學(xué)制作絨面的反射率為11％。用激光制作絨面比在光滑面鍍雙層減反射膜層（ZnS/MgF2）電池的短路電流要提高4％左右，這主要是長(zhǎng)波光（波長(zhǎng)大于800nm）斜射進(jìn)入電池的原因。激光制作絨面存在的問(wèn)題是在刻蝕中，表面造成損傷同時(shí)引入一些雜質(zhì)，要通過(guò)化學(xué)處理去除表面損傷層。該方法所作的太陽(yáng)電池通常短路電流較高，但開路電壓不太高，主要原因是電池表面積增加，引起復(fù)合電流提高。

　　[2]化學(xué)刻槽:應(yīng)用掩膜（Si3N4或SiO2）各向同性腐蝕，腐蝕液可為酸性腐蝕液，也可為濃度較高的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，該方法無(wú)法形成各向異性腐蝕所形成的那種尖錐狀結(jié)構(gòu)。據(jù)報(bào)道，該方法所形成的絨面對(duì)700～1030微米光譜范圍有明顯的減反射作用。但掩膜層一般要在較高的溫度下形成，引起多晶硅材料性能下降，特別對(duì)質(zhì)量較低的多晶材料，少子壽命縮短。應(yīng)用該工藝在225cm2的多晶硅上所作電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16.4%。掩膜層也可用絲網(wǎng)印刷的方法形成。

　　[3]反應(yīng)離子腐蝕（RIE）:該方法為一種無(wú)掩膜腐蝕工藝，所形成的絨面反射率特別低，在450～1000微米光譜范圍的反射率可小于2％。僅從光學(xué)的角度來(lái)看，是一種理想的方法，但存在的問(wèn)題是硅表面損傷嚴(yán)重，電池的開路電壓和填充因子出現(xiàn)下降。

　　[4]制作減反射膜層:對(duì)于高效太陽(yáng)電池，最常用和最有效的方法是蒸鍍ZnS/MgF2雙層減反射膜，其最佳厚度取決于下面氧化層的厚度和電池表面的特征，例如，表面是光滑面還是絨面，減反射工藝也有蒸鍍Ta2O5, PECVD沉積 Si3N3等。ZnO導(dǎo)電膜也可作為減反材料。

　　金屬化技術(shù)

　　在高效電池的制作中，金屬化電極必須與電池的設(shè)計(jì)參數(shù)，如表面摻雜濃度、PN結(jié)深，金屬材料相匹配。實(shí)驗(yàn)室電池一般面積比較小（面積小于4cm2），所以需要細(xì)金屬柵線（小于10微米），一般采用的方法為光刻、電子束蒸發(fā)、電子鍍。工業(yè)化大生產(chǎn)中也使用電鍍工藝，但蒸發(fā)和光刻結(jié)合使用時(shí)，不屬于低成本工藝技術(shù)。

　　[1]電子束蒸發(fā)和電鍍:通常，應(yīng)用正膠剝離工藝，蒸鍍Ti/Pa/Ag多層金屬電極，要減小金屬電極所引起的串聯(lián)電阻，往往需要金屬層比較厚（8～10微米）。缺點(diǎn)是電子束蒸發(fā)造成硅表面/鈍化層介面損傷，使表面復(fù)合提高，因此，工藝中，采用短時(shí)蒸發(fā)Ti/Pa層，在蒸發(fā)銀層的工藝。另一個(gè)問(wèn)題是金屬與硅接觸面較大時(shí)，必將導(dǎo)致少子復(fù)合速度提高。工藝中，采用了隧道結(jié)接觸的方法，在硅和金屬成間形成一個(gè)較薄的氧化層（一般厚度為20微米左右）應(yīng)用功函數(shù)較低的金屬(如鈦等)可在硅表面感應(yīng)一個(gè)穩(wěn)定的電子積累層(也可引入固定正電荷加深反型)。另外一種方法是在鈍化層上開出小窗口（小于2微米），再淀積較寬的金屬柵線（通常為10微米），形成mushroom—like狀電極，用該方法在4cm2 Mc-Si上電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到17.3％。目前，在機(jī)械刻槽表面也運(yùn)用了Shallow angle (oblique)技術(shù)。

　　PN結(jié)的形成技術(shù)

　　[1]發(fā)射區(qū)形成和磷吸雜:對(duì)于高效太陽(yáng)能電池，發(fā)射區(qū)的形成一般采用選擇擴(kuò)散，在金屬電極下方形成重雜質(zhì)區(qū)域而在電極間實(shí)現(xiàn)淺濃度擴(kuò)散，發(fā)射區(qū)的淺濃度擴(kuò)散即增強(qiáng)了電池對(duì)藍(lán)光的響應(yīng)，又使硅表面易于鈍化。擴(kuò)散的方法有兩步擴(kuò)散工藝、擴(kuò)散加腐蝕工藝和掩埋擴(kuò)散工藝。目前采用選擇擴(kuò)散，15×15cm2電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16.4%，n++、n+區(qū)域的表面方塊電阻分別為20Ω和80Ω.對(duì)于Mc—Si材料，擴(kuò)磷吸雜對(duì)電池的影響得到廣泛的研究，較長(zhǎng)時(shí)間的磷吸雜過(guò)程（一般3～4小時(shí)），可使一些Mc—Si的少子擴(kuò)散長(zhǎng)度提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在對(duì)襯底濃度對(duì)吸雜效應(yīng)的研究中發(fā)現(xiàn)，即便對(duì)高濃度的襯第材料，經(jīng)吸雜也能夠獲得較大的少子擴(kuò)散長(zhǎng)度（大于200微米），電池的開路電壓大于638mv, 轉(zhuǎn)換效率超過(guò)17％。

　　[2]背表面場(chǎng)的形成及鋁吸雜技術(shù):在Mc—Si電池中，背p+p結(jié)由均勻擴(kuò)散鋁或硼形成，硼源一般為BN、BBr、APCVD SiO2：B2O8等，鋁擴(kuò)散為蒸發(fā)或絲網(wǎng)印刷鋁，800度下燒結(jié)所完成，對(duì)鋁吸雜的作用也開展了大量的研究，與磷擴(kuò)散吸雜不同，鋁吸雜在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行。其中體缺陷也參與了雜質(zhì)的溶解和沉積，而在較高溫度下，沉積的雜質(zhì)易于溶解進(jìn)入硅中，對(duì)Mc—Si產(chǎn)生不利的影響。到目前為至，區(qū)域背場(chǎng)已應(yīng)用于單晶硅電池工藝中，但在多晶硅中，還是應(yīng)用全鋁背表面場(chǎng)結(jié)構(gòu)。