太阳能硅片表面损伤层与转换率的研究

李建敏

摘要：改变垂直压力、砂子的堆积密度、尖锐程度变量研究了其对太阳能硅片损伤层大小的影响，改变半导体材料带隙宽度的大小探讨了其对太阳能电池转换率的影响。

关键词：太阳能硅片；损伤层；垂直压力；形态；转换率；半导体材料带隙宽度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.191

0前言

太阳能电池制造的一个重要的步骤是晶体硅的切片，硅片的质量优良直接关系到其破碎率的大小和太阳电池生产的优良率。硅片表面损伤是指在硅片的生产过程中，切片工序中硅片的边缘出现裂纹、破损，硅片表面出现坑凹和划痕等现象。SEM图中硅片表面呈现蜂窝状，大小孔不一；硅片表面损伤和太阳能电池转换率受诸多因素影响。

1垂直对硅片表面损伤的影响

垂直压力正比台速线速比，台速线速比越大，垂直壓力越大，硅片的损伤层度越大。改变台速线速比的大小，探讨垂直压力对硅片表面损伤的影响。根据生产数据，收集整理如下表（+表示损伤层度的大小，其越多表示损伤程度越大）：

硅片表面损伤是多线切割过程中磨料进行切割留下的，磨料受到的压力关系着硅片表面损伤层度大小。理论上磨料受到的垂直压力越小硅片表面越为平整，硅片的质量越佳，破碎率越低；生产中磨料受到的垂直压力减小时，硅片的切割效率降低；切割压力降到一定值，硅片的平整度反而降低。台速线速比的降低，切割的时间增加，压力的减小增加切面的摩擦时间，压力减小切割强度不够，硅片表面平整度降低，表面损伤层度增加。

2砂子形态对硅片表面损伤层的影响

砂子的形态也是关系到硅片表面平整度一个很重要的工艺技术，理论上砂子越规则其切割后对硅片表面损伤越小。砂子的堆积密度也关系到硅片损伤程度，堆积密度越小，硅片表面损伤层度越小；生产中并不是堆积密度越小越好堆积密度越小，切割速度越慢，生产效率越低，次品率高。砂子越为尖锐，切割能力越强；砂子过于尖锐时，砂子的韧性增强，生产过程中砂子易于磨损，对连续生产起消极影响。砂子形态选择是一个重要的工艺技术参数，只有根据生产线上的具体生产情况选择最佳砂子形态的砂子才能使得硅片的损伤层度降低。硅片表面损伤层度的大小关系到硅片质量，更关系到太阳能电池的优良等级。近些年，太阳能电池的转换率也是光伏研究领域的热门，太阳能电池的转换率从某种层度上直接决定了一个太阳能电池生产企业的存亡。

影响太阳能电池转换率的因素很多，像半导体材料带隙宽度、光生载流子复合寿命、温度、表面复合率、串联电阻电阻值大小、金属栅线所占面积、是否镀减射膜都是影响太阳能转换率的因素之一；此外，太阳能使用过程中自然界太阳能强度的强弱也关系太阳能电池的转换率的因素。

3半导体材料带隙宽度对太阳能电池转换率的影响

半导体行业的发展在近一个世纪飞速发展，半导体材料在太阳能光伏行业也有着极其重要的地位。半导体材料带隙宽度的增加导致太阳能电池的开路增加，短路电流密度减小。

实验表明半导体材料带隙宽度存在着最佳值使得太阳能转换率出现最大值，如图，太阳能电池的制备中当半导体材料带隙宽度为1.7eV时太阳能电池转换率出现最大值13.22%。多数实验也证明温度的变化对太阳能电池的影响也比较明显，温度的升高，半导体材料带隙宽度变窄，转换率降低；温度的变化与太阳能电池的转换率呈较为规律性的变化。