多晶硅太陽能電池制造工藝簡述

關于光的吸收

　　對于光吸收主要是：

　　（1）降低表面反射；（2）改變光在電池體內的路徑；（3）采用背面反射。

　　對于單晶硅，應用各向異性化學腐蝕的方法可在（100）表面制作金字塔狀的絨面結構，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構，在500～900nm光譜范圍內，反射率為4～6％，與表面制作雙層減反射膜相當。而在（100）面單晶硅化學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，這主要是長波光（波長大于800nm）斜射進入電池的原因。激光制作絨面存在的問題是在刻蝕中，表面造成損傷同時引入一些雜質，要通過化學處理去除表面損傷層。該方法所作的太陽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，引起復合電流提高。

　　[2]化學刻槽:應用掩膜（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，該方法無法形成各向異性腐蝕所形成的那種尖錐狀結構。據報道，該方法所形成的絨面對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，特別對質量較低的多晶材料，少子壽命縮短。應用該工藝在225cm2的多晶硅上所作電池的轉換效率達到16.4%。掩膜層也可用絲網印刷的方法形成。

　　[3]反應離子腐蝕（RIE）:該方法為一種無掩膜腐蝕工藝，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％。僅從光學的角度來看，是一種理想的方法，但存在的問題是硅表面損傷嚴重，電池的開路電壓和填充因子出現下降。

　　[4]制作減反射膜層:對于高效太陽電池，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導電膜也可作為減反材料。

　　金屬化技術

　　在高效電池的制作中，金屬化電極必須與電池的設計參數，如表面摻雜濃度、PN結深，金屬材料相匹配。實驗室電池一般面積比較小（面積小于4cm2），所以需要細金屬柵線（小于10微米），一般采用的方法為光刻、電子束蒸發、電子鍍。工業化大生產中也使用電鍍工藝，但蒸發和光刻結合使用時，不屬于低成本工藝技術。

　　[1]電子束蒸發和電鍍:通常，應用正膠剝離工藝，蒸鍍Ti/Pa/Ag多層金屬電極，要減小金屬電極所引起的串聯電阻，往往需要金屬層比較厚（8～10微米）。缺點是電子束蒸發造成硅表面/鈍化層介面損傷，使表面復合提高，因此，工藝中，采用短時蒸發Ti/Pa層，在蒸發銀層的工藝。另一個問題是金屬與硅接觸面較大時，必將導致少子復合速度提高。工藝中，采用了隧道結接觸的方法，在硅和金屬成間形成一個較薄的氧化層（一般厚度為20微米左右）應用功函數較低的金屬(如鈦等)可在硅表面感應一個穩定的電子積累層(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上電池的轉換效率達到17.3％。目前，在機械刻槽表面也運用了Shallow angle (oblique)技術。

　　PN結的形成技術

　　[1]發射區形成和磷吸雜:對于高效太陽能電池，發射區的形成一般采用選擇擴散，在金屬電極下方形成重雜質區域而在電極間實現淺濃度擴散，發射區的淺濃度擴散即增強了電池對藍光的響應，又使硅表面易于鈍化。擴散的方法有兩步擴散工藝、擴散加腐蝕工藝和掩埋擴散工藝。目前采用選擇擴散，15×15cm2電池轉換效率達到16.4%，n++、n+區域的表面方塊電阻分別為20Ω和80Ω.對于Mc—Si材料，擴磷吸雜對電池的影響得到廣泛的研究，較長時間的磷吸雜過程（一般3～4小時），可使一些Mc—Si的少子擴散長度提高兩個數量級。在對襯底濃度對吸雜效應的研究中發現，即便對高濃度的襯第材料，經吸雜也能夠獲得較大的少子擴散長度（大于200微米），電池的開路電壓大于638mv, 轉換效率超過17％。

　　[2]背表面場的形成及鋁吸雜技術:在Mc—Si電池中，背p+p結由均勻擴散鋁或硼形成，硼源一般為BN、BBr、APCVD SiO2：B2O8等，鋁擴散為蒸發或絲網印刷鋁，800度下燒結所完成，對鋁吸雜的作用也開展了大量的研究，與磷擴散吸雜不同，鋁吸雜在相對較低的溫度下進行。其中體缺陷也參與了雜質的溶解和沉積，而在較高溫度下，沉積的雜質易于溶解進入硅中，對Mc—Si產生不利的影響。到目前為至，區域背場已應用于單晶硅電池工藝中，但在多晶硅中，還是應用全鋁背表面場結構。