单晶硅电池制绒工艺研究

李雪方，元江博

(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046000)

引 言

自法国科学家贝克勒尔于1839年用光照射电解液中的银电极产生电流开始[1]，太阳能便作为一种清洁的可再生能源，开始受到人们的关注和研究。随着全球能源短缺和环境污染等问题日益严重，太阳能光伏发电因其清洁、高效、安全、便利等特点，成为各国重点发展的行业。近年来，随着光伏行业的发展和竞争，单晶硅因转换效率高、技术成熟、可靠性高等优点脱颖而出，且实现规模化多样化生产。据ITRPV2019预测，光伏电池以背面钝化PERX(PERC、PERT)技术为主，市场份额逐年增加，效率逐年提升。本文主要介绍已实现规模化生产的PERC电池的制绒工艺，单晶硅金字塔绒面制备是利用硅的各向异性腐蚀特性在热碱腐蚀液中实现。在车间量化生产时，单晶硅制绒主要监控硅片的减薄量和制绒后外观，主要讨论研究单晶硅制绒工艺通过改变制绒槽体时间来获得不同减薄量以及对电学性能的影响。

1 实验辅材及设备

实验硅片为晶科方单晶，电阻率在0.5 Ω·m～1.5 Ω·m，使用捷佳伟创槽式制绒设备进行金字塔绒面制备。槽体设置流程为：粗抛槽→前清洗槽→碱制绒槽→水洗槽→后清洗槽→水洗槽→酸洗槽→水洗槽→慢提拉槽→烘干槽。其他工艺同产线相同。粗抛液为KOH(体积分数5%)和热水(75 ℃)的混合液，制绒碱液为KOH(体积分数为3%)、添加剂和热水(80 ℃)的混合液。

2 结果分析及讨论

实验分别在3台同厂家制绒设备上进行，在每个机台制定方案获得不同减薄量，因机台差异，每台初始配液相同，自动补液略有差异，槽体温度设备相同。

在1号机改变粗抛时间、固定制绒时间来获得不同的减薄量。A组粗抛时间为100 s，制绒时间420 s；B组粗抛时间为110 s，制绒时间为420 s；C组粗抛时间为130 s，制绒时间为420 s。表1为1号机台各数据汇总。

表1 1号机电性能参数

在2号机台改变粗抛时间和制绒时间获得不同刻蚀减薄量，A组粗抛时间110 s，制绒时间420 s；B组粗抛时间130 s，制绒时间400 s；C组粗抛时间130 s，制绒时间420 s。表2为2号机台各数据汇总。

表2 2号机电性能参数

在3号机通过改变制绒时间，固定粗抛时间来获得不同的减薄量，粗抛时间均为130 s，A、B、C三组制绒时间分别为420 s、300 s、200 s。表3为3号机台各数据汇总。

表3 3号机电性能参数

太阳能电池使用的硅片大多是通过硅棒切割而来，表面存在很大的切割损伤层。损伤层的活性较高，激活能低，发生化学腐蚀时优先在此发生，并且腐蚀速率很快。根据文献[2]，在去除损伤层的硅片比没去损伤层的硅片上制得的金字塔绒面结构更均匀。

选用合适的制绒粗抛时间和制绒时间可以在保证去除损伤层的同时又制得金字塔均匀的绒面结构。在1号机台的改变粗抛时间实验中，随着粗抛时间的增加，硅片总减薄量增加，但反射率在粗抛时间为110 s、制绒时间为420 s时最低，其他两组反射率却相对较高。可以解释为，粗抛时间越长，缺陷和杂质残留越少，A组中残留最多，C组粗抛后表面最光滑。同样的制绒时间，A组反映最明显，金字塔均匀性稍差，C组制绒速率缓慢，形成理想的金字塔覆盖面所需时间长，这样，这两组的反射率较B组相对来说较差。综合考虑规模化生产的产量和整体电学性能，A组较为合适。在实际生产时，除了考虑电池片本身的转化性能影响，也应考虑实际产能需求。

2号机台实验中，A、B两组粗抛时间及制绒时间均不同，但减薄量相同，B组的电性能却优于A组。推断A组在110 s的粗抛液中，损伤层存在些许残留，虽制绒时间长，但金字塔结构是生长于缺陷处，造成金字塔均匀性差。C组较B组虽粗抛时间相同，但制绒时间长，该组硅片上金字塔成长较完整，且密度小，倾斜角大，可以发生光的二次或二次以上反射和折射，即各电学性能较B组更优。

同样的粗抛程度下，当损伤层去除干净，硅片表面光滑，金字塔绒面形成时间越长，金字塔形貌越完整、均匀，时间越短，金字塔密度越大，倾斜角越小，可以发生光的反射和折射的几率越小，反射率越高。3号机台实验中，A组制绒时间长，反射率低，各电学性能最优。

3 结论

单晶硅制绒工艺中粗抛的目的是去除损伤层，粗抛时间在达到去除损伤层的目的的基础上要尽量缩短，尽量减少硅片的表面损失对抑制电池片的弯曲及降低破碎率的影响[3]。制绒应选择合适的时间来获得均匀性好、倾斜角大于45°的金字塔绒面结构。本实验中1号机台实验中，B组虽电学性能更优，但综合考虑产能及电性能，A组粗抛时间100 s，制绒时间420 s更适合；2号机实验中，粗抛时间130 s，制绒时间420 s制得的绒面结构电学性能更佳；3号机实验中，A组粗抛时间130 s，制绒时间420 s的绒面电学性能最佳。各机台存在实际差别，所以在机台调试生产时，应根据实际情况进行选择。