超薄晶体硅太阳电池关键工艺及产业化分析

陈雨晴+葛海亮

摘 要：硅片切割技术的发展带动了晶体硅太阳电池的不断改进，晶体硅太阳电池越来越薄，生产成本逐渐降低。本文以全球光伏发电的发展为出发点，阐述太阳电池的工作原理，并分析超薄晶体硅太阳电池关键工艺和产业化，以期为相关工作人员提供一定的借鉴，为超薄晶体硅太阳电池产业化的发展指明方向。

关键词：超薄电池；晶体硅太阳电池；产业化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.069

随着人们对气候水平的不断关注，带动了可再生能源的迅速发展。光伏是一种重要的可再生能源，近年来，得到迅猛的发展，在发达国家被广泛的开发，具有很大的潜力。晶体硅太阳电池在我国的市场占很大比例，成本逐渐降低，太阳能行业朝着平价上网的趋势发展，这一发展趋势的实现离不开降低生产成本及不断提升电池效率。降低生产成本是以降低每峰瓦硅料的耗损料为出发点。在确保正常生产的情况下，尽量降低硅片的厚度，进而有效的降低生产成本。

1 硅片切割技术

多线研磨液硅片切割技术是较为传统的切割技术，传统切割技术是以碳化硅和PEG为媒介切割硅片，这种切割方式会对硅片造成较大的损伤，导致传统的切割技术无法得到较薄的硅片，无法进行产业化生产。金刚线切割技术是最新的切割技术，这种技术对附有金刚石的金属线进行切割，水是在切割过程中常用的冷却剂。采用此种切割技术耗费较高，但是，使用方便、快捷，运营成本降低，金刚线切割技术以其独特的魅力受到青睐。PolyMax是由SiGen开发的一种新型技术，这种技术的使用开启了超薄硅片产量化的局面。PolyMax切割技术是在硅锭中注入离子束，经过撕裂，将其分割成为厚度一定的硅片。这样的方式降低了原料的使用量，并简化了工艺流程，减少了粘贴、切割、清洗等步骤。如果PolyMax切割可以进行产业化的生产，降低硅片的厚度和使用率，便可以实现成本的降低。理论上说，硅片越薄，企业的生产成本越低。但是，在进行切割的过程中，会产生大量的碎片，如何降低碎片率的问题摆在了企业的面前。事实表明，只有尽量减少制作的步骤，才能尽可能降低硅片的碎片率。

2 自动化生产

近些年来，受到国际经济市场的影响，部分国外光伏企业没能经受住考验，相继破产，但是，我国光伏企业受到国际市场的影响不大，主要是由于光伏行业需要大量的劳动力，属于劳动密集型产业，而我国的人力成本明显低于其他国家。当光伏产业中的超薄电池成为主要产品时，由于超薄硅片在生产的过程中容易受到破损，手工操作会加大硅片损坏的概率，所以，采用大量劳动力的生产方式已经对超薄硅片的发展起到了阻碍作用，未来太阳电池的制作将以生产全自动为主要方向。

3 电极制备

电极的制备是指网丝印刷和烧结的过程。电极制备使用的是减反射膜的太阳电池。首先，要在电池的反面刷上银浆，经过烘干后，刷上一层铝浆，再继续烘干，将电池的正面刷上银浆，将温度升高到800-880摄氏度左右的时候进行烧结，晶体硅光伏电池的正负极制作完成。

浆料的不断改进有利于太阳电池技术的不断发展。当硅片的厚度不断下降时，浆料经过高温作用后的翘曲率较低。如果电池片的翘曲程度过高，不仅对电池的性能产生严重破坏，还会增加制作过程中的破碎率。

电池生产过程中已采用Ni/Cu/Ag等结构的前电极电镀和背面蒸镀铝工艺。在经过电镀和蒸镀铝过程后，只需要经过低温的退火过程，能与欧姆产生良好的接触，从而避免翘曲现象的发生。电镀和蒸镀铝技术的使用对电池的生产过程进行了简化，有效地降低了碎片率。电镀工艺因其制作成本低、工艺过程监督等优势成为企业研究的重点工艺，也是未来超薄晶体硅太阳电池制作发展的趋势。

4 电池结构改进

超薄电池的翘曲问题得以解决离不开对浆料的改进。我们需要利用先进的电池结构取代传统的电池结构。背面钝化的局域金属接触结构的背面反射器、背面钝化的性能较为优良，是未来电池产业化发展的趋势。双面电池结构，由于不具备全铝背场结构，对解决硅片翘曲问题很有帮助。但是，在双面电池结构中，只有安装优良的反射器才能将光的透射程度降低。

5 制绒及后清洗工艺

当硅片的厚度小于100微米时，使用传统的碱制绒工艺会起到双面制绒的效果，当晶硅“金字塔”的高度为5微米时，双面“金字塔”的高度会达到10微米，会对超薄硅片造成一定的威胁，导致电池的碎片率增加。为了有效地解决这个问题，应采用小绒面结构，也可使用单面碱制绒等新型工艺进行单面制绒。

现阶段，主要使用滚轮单面去背结流水线为后清洗设备，硅片的厚度有明确的要求，应控制在140-160微米，对于较薄硅片的产业化，使用单面化学湿法腐蚀去背结，会导致硅片边缘化受到侵蚀。当硅片的厚度过小时，硅片的韧性会得到充分体现，在后清洗的过程中，硅片会出现弯曲的现象，现有的设备难以去背结。所以，需要依据硅片的厚度对设备进行改进，从而更好地进行生产工作。

6 p-n结制作

通过热扩散、离子注入的方式可以完成p-n结制作，但是，热扩散法制结能够达到产业化生产目标。热扩散法制结是将V族杂质加入p型或者n型硅中，这个过程是在加热的条件下进行的。杂质元素会在加热的条件下通过扩散进入基体，温度不同导致杂质元素在基体中的分布不同，对电池的电性能产生很大的影响。

扩散需要在清洁的环境下进行。扩散所用的器材必须经过严格的清洁，要保证相关试剂的纯度符合标准。热扩散之后，硅片周围会产生扩散层。实现光转换必需的硅片光照面被称为前结。在接下来的工序中，要想办法将p-n结及扩散层去除。

硅片切割技术的发展带动了晶体硅太阳电池的不断改进，晶体硅太阳电池越来越薄，太阳电池的生产成本逐渐降低。通过对晶体硅太阳电池关键工艺的分析描述，并提出产业化的想法，希望能为超薄晶体硅太阳电池关键工艺及产业化的发展指明方向，更好地发挥出太阳电池在人们生活中的作用，为人们的生活谋取更大的福利。

参考文献：

[1]刘家敬.超薄晶体硅太阳电池关键工艺及产业化研究[J].太阳能，2013，10（06）：16-17.

[2]杨灼坚.n型晶体硅太阳电池最新研究进展的分析与评估[J].材料导报，2010，15（15）：32-33.endprint