浅析太阳能电池工艺存在问题及设计方法

史伟斌+田玉祥

摘要：太阳能电池以太阳光辐射为主要运行动力，因此又叫做光电池。随着清洁能源、低碳发展理念的逐步完善，太阳能成为新型清洁能源被广泛应用与公众生产生活中，因此促进了太阳能电池产业的长足发展。从当前太阳能电池生产工艺来看，其中还有不少问题存在，本文将结合当前产业发展现状提出太阳能电池生产工艺中存在的问题，并针对这些问题提出具有针对性的解决对策，希望能够对太阳能电池工艺完善提供一些有益的参考。

关键词：太阳能电池；工艺升级；设计方法

太阳能是大自然中源源不断的再生能源，无噪音、无污染、无成本，因此太阳能成为全球能源枯竭背景下新能源开发的重要项目。有效开发利用太阳能能够弥补当前能源供应缺口，而且还不会造成环境污染，其开发优势和应用优势较为明显。每秒钟达到地球表面的太阳辐射能高达80万千瓦，如果能够将其中的0.1%光能转化为电能，以转化率5%进行计算，则年产电量将达到5.6×1012千瓦时，是当前全球年耗电量需求的40多倍。国际GP针对太阳能产业发展所发布的公开报告显示，发展至2020年，太阳能发电将服务10亿人，为全球创造200万就业机会，国际光伏发电装机量将达到205GW。

一、太阳能工艺流程及问题分析

1.1太阳能工艺流程

简单来说，太阳能工艺主要包括以下流程：首先将硅片置于受体后，进行超声清洗，其后进行制绒和扩散操作，接下来进行等离子刻蚀，之后进行去PSG清洗，通过PECVD强化光储效应，然后进行网印刷烧结，完成上述步骤后进行测试分拣并包装。

1.2太阳能电池生产工艺存在问题分析

从当前太阳能电池生产工艺来看，主要存在以下四个方面的问题：第一，制绒工艺。绒面金字塔需要均匀细致，不能留下指引和花篮印，如稍有不慎则可能流线印记，并造成色差、发白等问题。第二，扩散工艺。在方块电阻工艺中缺乏均匀控制，PN结深浅控制不稳定。第三，刻蚀问题。刻蚀工艺需要消除边缘的PN结，控制漏电流。第四，去PSG工艺。在去除表层磷硅玻璃的同时，需要保持良好的清洁界面，保证其沥水效果，如果反射膜厚度不科学，也会造成太阳能电池性能受到影响，科学厚度为1/4光波长，同时要保证没有色差。第五丝网印刷问题。关键技术节点在于银浆制备、栅极电阻控制，需要保证电池板具备良好的透光率。

二、太阳能电池工艺的优化设计措施

2.1制绒工艺

绒面工艺的优化有利于获得性能良好的绒面，从而减少光能反射，提高电池板的光伏吸收能力，促进光伏转化效率的提高。在绒面制作中需要保持颜色均匀，不能由白边和花篮印，具有良好的重叠性。通过传统化学工艺进行腐蚀往往不能保证绒面质量，而且化学试剂使用过量还会造成大量废气、废液产生，与生态环保建设相冲突。因此目前采用较多的技术为RIE工艺，也就是利用反应离子进行刻蚀，通过掩膜（MASK）技术进行显影，从而形成织构式绒面结构，同时实现表面织构制备表面。利用这一方法能够有效提高绒面质量，有效控制太阳能辐射反射率。

2.2扩散制节

一般情况下，硅太阳能电池PN结通过磷扩散实现，工艺流程主要有两个环节：首先需要硅片表层的含磷薄膜层实现沉积，其后在高温环境下薄膜中的磷会向P型硅片扩散。从当前国内太阳能生产工艺水平来看，PN结技术是造成技术差距的主要原因。

利用减压扩散工艺具有一定的实施优势，在蒸汽压力作用下，杂质分子更加活跃，扩散性能会较之普通状态提高3%左右，属于高质量、生态型工艺模式。扩散炉封闭式设计性能比开管扩散炉更优越，而且制备过程中磷酸物质含量较少。在太阳能技术优化中，链式扩散具有重要意义，是产业化发展的核心基础，结合快速扩散技术，在自造实践中具有加高的推广价值。在超声喷雾作用下，磷酸会在硅片表层形成均匀附着，经过温区差异的链式扩散后获得PN结，结合无线电阻进行在线测试，从而强化自动化性能。在工艺优化中选择性扩散具有较高的产业应用前景，应用该技术生产的太阳能电池会提高20%左右的发电率，保证电路电压稳定，获得更高校的光谱响应。

2.3刻蚀技术

PN结表面聚集的光生电子能够通过边缘磷扩散作用转向PN结背面，进而导致短路问题发生，一旦发生短路则会形成并联电阻，影响太阳能运转性能。为了保证太阳能电池质量，需要提前控制短路通道。刻蚀工艺的关键环节在于射频功率参数以及时间。如果功率值过高，那么离子能量也会增加，进而造成较大的轰击损伤，对硅片边缘造成损害。如果刻蚀时间较长，则会造成被损害区域内开路电压值下降。在实际生产中，需要对上述两个技术参数进行严格控制，主要以折中数据为参照。当前市场出售的此类设备中，已经实现了集刻蚀和去PSG功能的整合。德国的刻蚀公益设备能够实现清洗和去腐蚀作用同步实现，同时还能对背面的腐蚀面进行抛光，利用化學去边作用剔除含磷的边缘区，以减少短路风险。利用背面抛光技术能够减少光辐射损失，提升红光响应能力。该技术方法操作简便质量稳定，不会出现刻蚀不均、钻刻等问题。

2.4表面减反射膜生长技术

甲硅烷（SiH4）与氨气（NH3）发横反应，能够在硅片表面形成75纳米的氮化镓（GaN），进而形成PECVD薄膜效用。该薄膜的主要作用在于减少光反射，增加光能吸收，同时产生一定的钝化效果。当前在生产工艺中有管式PECVD和板式PECVD两类。前者薄膜结构较为致密，能够起到较好的钝化作用，后者则具备更高的产能优势。在PECVD工艺优化中，核心要点在于控制电池辐射损害，提升钝化能效，从而获得更科学的折射率。

2.5丝网印刷技术

通过丝网印刷技术的改进，有利于提高太阳能电池工作效率。其中“选择性发射极技术”具有较高的创新性，在金属线之下制备重度掺杂的n+区域，从而减少接触电阻值。意大利已经有太阳能生产厂家采用两台印刷机，同时重叠印刷两种浆料，利用该技术能够有效控制阴影损失，提高光能转化效率0.5%左右。目前，该技术已经在世界各地得到推广。

结语

太阳能电池生产正在向大尺寸、超薄化方向发展，而且效率更高，使用寿命更长，是目前太阳能电池主要应用技术，能够有效提升光能转化效率，控制生产成本，并改变以往光伏发电作为辅助能源的地位，构建起光伏发电为主电力生产新格局。

参考文献：

[1]周兆忠，吴喆，冯凯萍.多晶硅表面制绒技术研究现状[J].材料导报.2015（09）

[2]于静，王宇，耿魁伟.晶硅太阳电池工业生产中制绒工艺与设备设计要点[J].电子工业专用设备.2015（04）

[3]管世兵，殷伟琦，严俊，顾顺超.太阳能级多晶硅片表面制绒的研究[J].材料导报.2016（06）

作者简介：

史伟斌，出生年月：1984-10-04，性别：男，民族：汉，籍贯：陕西西安，当前职务：设备维护，当前职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：太阳能光伏电池.endprint