多晶硅电池干法制绒法研究

马红娜+张东升+赵学玲

摘 要：为了提升多晶硅电池转换效率及改善电池外观，研究了等离子法制作多晶硅电池制绒工艺。采用等离子法制作晶体硅绒面，能够有效降低硅片表面的反射率，显著提升多晶硅电池的短路电流，从而显著提升多晶硅电池的转换效率；表面反射率的降低，能够使电池外观更一致，从而降低规模化生产中外观不合格电池比例。

关键词：转换效率；电池外观；等离子法；制绒

中圖分类号：TM914 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0148-01

1 引言

在光伏领域，提升晶体硅太阳能电池的转换效率，降低成本，一直是行业内发展的目标。

其中，表面织构化处理能够同时起到去除硅片表面损伤层及降低表面反射率的作用，这步的使用，能显著提升电池的转换效率。各种制绒技术都被研究过，如机械制绒等[1，2]。IMEC研究了酸法各向同性腐蚀方法，相对于非绒面电池来说，能有效提升电池的转换效率[3，4，5]。

2 实验

实验材料采用156*156太阳能级多晶硅片进行研究，厚度160um-200um，电阻率1-2Ω.cm。设备选用韩国Jung公司的干法制绒设备（RIE）。实验方法采用与湿法制绒工艺对比的方式进行，即选取晶向一致的两批多晶硅片，一批用干法制绒工艺，一批用酸法制绒工艺，进行表征测试及电池参数的对比。

湿法制绒采用各向同性的酸腐方法的方法，使硅片表面形成陷光结构，更多的吸收入射光，从而提升太阳电池的光电转换效率，一般采用硝酸和氢氟酸的混合酸作为反应化学药品。硅片与硝酸和氢氟酸的混合液发生反应，首先硝酸使硅片表面生成一层二氧化硅，然后氢氟酸将二氧化硅去除，从而达到腐蚀表面的目的。后续再进行碱清洗以去除硅片表面的多孔硅及多余的酸，氢氟酸清洗去除硅片表面残留的碱，水洗及干燥步骤，实现硅片的湿法制绒。

干法制绒设备为链式设备，使用SF6和02作为反应气体，在微波条件下被激发为离子态及原子态的SFx，F，和O。被激发的等离子与硅反应，硅片表面产生绒面。

硅片预清洗直接采用生产线用酸法制绒，主要目的为去除硅片表面损伤层及杂质；后清洗采用Hcl与HF混合酸，主要目的为去除干法制绒过程中带来的杂质。

3 结果分析

3.1 绒面微观形貌对比

多晶硅片进行制绒后，需要通过显微镜观察容貌的微观结构，来判定绒面状况。扫描电子显微镜（SEM）用一束极细的的电子书扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与样品的表面结构有关，次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上的电子束的强度，显示出于电子束同步的扫描图像。

3.2 制绒后反射率测试

表征多晶硅片制绒效果的一个重要参数为，制绒后的硅片的反射率。通过测试酸法制绒硅片和干法制绒硅片在制绒处理后的表面反射率测试可以看出，300nm-1100nm波段范围内，干法制绒反射率明显比酸法制绒反射率要高，尤其在短波，反射率能超40%。

3.3 钝化减反射膜处理后硅片外观

实验中，选取同样晶向的硅片，分别湿法制绒和干法制绒后，进行后续工艺处理。扩散制作p-n结，边缘绝缘及表面磷硅玻璃处理，沉积钝化减反射膜，后对比两组硅片的外观。通过对比湿法制绒硅片钝化减反射膜处理后硅片外和干法制绒硅片钝化减反射膜处理后外观，可以看出，湿法制绒的绒面呈现蓝色，干法制绒硅片呈现了近似于黑色的深蓝色外观，这种深蓝色外观有良好的光吸收性能。

3.4 电池参数

基于干法制绒对表面反射率大幅度降低的贡献，干法制绒电池的短路电流密度有了大幅提升，且因接触变好，填充因子也有了大幅提升；基于干法制绒对硅片表面损伤的减小，干法制绒电池的开路电压也有了明显提升。整合各参数的优势，干法制绒电池较酸法制绒电池，电池效率有了绝对值0.54%的提升。

4 结语

从上面的实验过程和各项测试参数能够得知，干法制绒工艺解决了湿法制绒工艺难以继续降低多晶硅片表面反射率的问题，从以下几个方面改善了多晶硅太阳电池性能：

（1）增加了硅片表面的腐蚀坑数量，减小了每个腐蚀坑的面积，且增加了各个腐蚀坑的均匀性，有效降低了表面反射率，增加了光的吸收，从而提升了太阳电池的短路电流密度。（2）均匀的腐蚀坑，能有效降低硅片的表面复合，从而增加太阳电池的开路电压。基于上述性能的改善，太阳电池的转换效率得到了明显的提升。

参考文献

[1]G. Willeke， H. Nussbaumer， H. Bender and E. Bucher， 11th EC PVSEC， Montreux， （1992）.

[2]M. Verbeek， A. Metz， A. Aberle and R. Hezel， 25th IEEE.

[3]R. Einhaus， E. Vazsoniy， F. Duerincks， J. Horzel， E. Van Kerschaver， J. Szlufick， J. Nijs， R. Mertens，Proc. 2nd WCPSEC 6-10 July 1998， Vienna， p. 1630-33.

[4]F.Duerinckx，L.Frisson，P.P. Michiels，P.Choulat and J. Szlufcik. Proc.17th EPSEC， 22-26 Oct.2001，Munich， p.1375-8.

[5]F. Duerinckx， P. Choulat， G. Beaucarne， R.J.SWashington， （1996）.

[6]R.Einhaus， E. Vazsony， J. Szlufcik， J. Nijs， R. Mertens， Proc. 26th IEEE PVSEC， 1997.