单晶硅太阳能电池的生产工艺
2016-12-21杨慧敏吴昊刘凌云
杨慧敏++吴昊++刘凌云
摘 要 传统能源短缺成为制约经济发展的主要问题。传统能源使用对环境造成的影响日益严重，寻找清洁能源刻不容缓。太阳能不仅简单易得，还可持续使用，不会出现能源枯竭问题。单晶硅太阳能电池是一种将太阳能转化为化学能的有效装置。本文就单晶硅太阳能的生产工艺展开研究。
【关键词】单晶硅 太阳能电池 生产工艺
太阳能电池便是一种可将太阳能转化为电能的装置。硅太阳能电池是各种太阳能电池中性能较为优越的种类，其可靠性高、寿命长、成本低，其中又以单晶硅和多晶硅为代表，本文重点研究单晶硅太阳能电池。
1 制绒
制绒过程采用质量分数味20%碱液于80℃温度下对硅片进行表面处理，从而达到去除损伤层效果。腐蚀作用速度为6-10um/min，约经过25-40min反应后硅片表面可形成角锥形外表，该过程反应如下：
Si+2NaOH+2H20→Na2SiO3+2H2↑
对硅片表面生成的SiO2可为采用HF进行清除，方程式如下：
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O
采用盐酸进行表面处理，形成可溶于水的络合物，最后采用喷淋方式去除表面杂质，烘干处理。
2 扩散制结
扩散源为三氯氧磷（POCl3），高温条件下会分解：
5POCl3→3PCl5+P2O5
反应会产生一定扩散温度，生产物P2O5会与硅反应：
2P2O5+5Si→5SiO2+4P
在外来氧气作用下PCl5被进一步分解为P2O5并释放出氯气，其反应过程为：
4PCl5+5O2→2P2O5+10Cl2↑
生成物P2O5会与Si进一步反应，在通入氮气过程中同时通入一定量O2，此过程总反应方程式为：
4POCl3+3O2（过量）→2P2O5+6Cl2↑
POCl3分解过程中产生的P2O5会在硅片表面进行累积，并与硅片产生反应生成SiO2及P，反应过程中生成一层表面磷-硅玻璃材质，P会逐渐向外扩散，反应过程如下：
2P2O5+5Si→5SiO2+4P
3 等离子边缘刻蚀
等离子体刻蚀采用高频辉光放电反应，将反应气体激活，成为活性粒子，这些活性粒子扩散至需刻蚀部位，与硅片产生反应，生成具有一定挥发性的SiF4，因此易被除去，达到边缘刻蚀目的。
4 去磷硅玻璃
将槽内液体换成清水，HF槽放水至80L后再向槽中添加8L含量为48.8%-49.2%的HF。去磷硅玻璃工艺的步骤及其参数见表1。
HF被不断消耗，浓度不断降低。为保证反应顺利进行，需每间隔6H对槽液进行更换一次，喷淋槽及清洗槽的纯水约每12H需更换一次。
5 PECVD镀减反射膜
单晶硅太阳能电池生产中一般采用等离子化学气相沉积（PECVD）减反射膜。工业生产中制备SiNx减反射膜时会引起大量H进入，促进悬挂键不断饱和，由此降低复合中心影响，促进表面钝化。SiNx薄膜不仅可以增强单晶硅太阳能电池对太阳光的吸收率，还可在H钝化作用下极大提高单晶硅太阳能电池短路点流及开路电压。计算分子化合价可知中SiNx中Si和N化合价之比为0.75，因此分子结构为Si3N4。PECVD沉积SiNx薄膜化学计量比随工艺产生变化，其中Si和N之比在0.75-2之间波动。SiNx电阻率会随着X增加而降低，折射率则与X成正比关系。
单晶硅太阳能电池生产中PECVD反射膜原理就是利用低温等离子体作为能量源，在此基础上将硅片结合石墨采用加热反应条件进行加热，并向PECVD反应过程中通入一定量气体，气体成分为SiH4、NH3、N2，采用辉光放电技术产生等离子体。经过一系列化学反应及等离子反应后，硅片表面形成一层固态薄膜，该过程化学反应为：
SiH4+NH3→SixNyHz+H2↑
6 丝网印刷电极
丝印基本原理是利用网版上网口为渗透孔，在施加外界压力作用下让浆料通过渗透孔渗透到硅片上。丝印过程主要有网版、刮刀、浆料、印刷机、硅片等。
单晶硅太阳能电池丝印主要有三个步骤：
（1）用Ag/Al浆印刷背电极并烘干；
（2）用Ag/Al浆背电场并烘干；
（3）用Ag/Al浆印刷正电极。
7 烧结
从结构上看，固体颗粒有较大表面积和不规则表面，材料加工过程中会受到机械、化学、热作用等导致结晶出现缺陷，因此造成系统具有很高自由能。烧结过程中颗粒会出现接触——结合——自由收缩——空隙排除——晶体性能提升等，此后系统自由能降低，系统稳定性进一步提升，厚膜粉系统被烧结密实。
8 结束语
单晶硅电池生产工艺质量是生产制造单晶硅太阳能电池的关键，提升单晶硅电池生产工艺可增加太阳能普及范围，缓解能源危机。
参考文献
[1]王长贵.可再生能源的现状和展望[J].太阳能光伏产业发展论文论集，2014（05）：34-37.
[2]沈辉.太阳能光伏发电技术[J].化学工业，2015（03）：78-86.
作者简介
杨慧敏（1988-），女，山西省朔州市人。现为国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心研究实习员，2013年硕士研究生毕业，研究方向主要为光伏、光敏等光电器件、半导体器件等领域专利审查。
作者单位
国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心 四川省成都市 610200
