湿法刻蚀工艺对单晶N型太阳电池的影响

王平 汤欢 汪东海

摘 要 基于N型单晶硅片，实验研究了不同湿法刻蚀工艺流程对太阳电池生产中参数影响。利用SEM、反射率测试仪和Halm测试系统对湿法刻蚀后硅片表面的微观形貌、反射率的差异进行了测试和表征。结果表明，在湿法刻蚀工艺前进行HF药液腐蚀处理可以降低太阳电池的反向漏电流，提高产品的合格率。

【关键词】湿法刻蚀 单晶太阳能电池 微观形貌 反射率 反向漏电流

1 引言

近年來，湿刻中的钝化作用和清洗引起人们广泛的关注。湿法刻蚀具有温度低、效率高、成本低等优点，在湿刻过程中，硅片的磷硅玻璃和金属离子被有效去除，并能一次性完成钝化和清洗去除杂质，从而提高了硅片的使用效率。

本文基于N型硅基太阳电池大规模生产，实验对比了不同湿法刻蚀工艺对太阳能电池电学特性的影响。

2 实验

采用电阻率为2Ω·cm，大小为156㎜*156㎜，厚度为200μm的N型CZ单晶硅片，通过碱制绒形成金字塔绒面和P扩散形成n+背场后，分别采用工艺流程1和流程2（如图1所示）进行湿法刻蚀，然后进行B扩散制备PN结以及后续PECVD沉积氮化硅减反射膜、印刷、烧结和测试等工序制成太阳能电池。通过SEM（JSM-6390），反射率测试仪（D8），电池模拟测试仪（halm），分别对湿法刻蚀后硅片表面的形貌、反射率和太阳电池的电学参数进行表征和测试。

3 结果与讨论

不同的湿法刻蚀工艺流程对硅片的腐蚀深度、表面形貌、反射率等参数有着重要的影响。

3.1 不同湿法刻蚀工艺对硅片腐蚀深度的影响

对硅片湿法刻蚀工序前后的重量进行称重以计算出腐蚀深度，其腐蚀深度结果如表1所示。

结果表明，增加HF腐蚀后硅片的腐蚀深度为0.595um，而不过HF工艺流程时硅片腐蚀深度为0.494um。

分析，扩散后的硅片，表面会形成一层SiO2和P2O5混合的磷硅玻璃。硅的湿化学腐蚀主要有HF溶液和碱性溶液两种基本的腐蚀体系，这是因为在一般的水溶液中，硅表面因生成了不溶性的氧化物而呈惰性；而只有在HF溶液和碱溶液中，硅的氧化物是可溶的。

3.2 不同湿法刻蚀工艺对硅片表面形貌的影响

利用SEM对不同湿法刻蚀工艺流程腐蚀后的硅片表面形貌进行了表征，可以看出不过HF的硅片表面“金字塔”边缘形貌较清晰，而过了HF的硅片表面的“金字塔”边缘变得相对圆滑。可以看出，过了HF腐蚀液后，后续的腐蚀液对硅片表面“金字塔”腐蚀加重，腐蚀深度对金字塔的形貌有一定的影响。对于各向同性的腐蚀，随着腐蚀深度的增加，腐蚀坑的几何尺寸也增加，腐蚀坑的形状变圆润，底部变得平坦，反射率升高。晶格缺陷处的腐蚀痕也更加深。

3.3 不同湿法刻蚀工艺对硅片表面反射率的影响

硅片表面金字塔形貌的变化对硅片表面的反射率有着重要的影响，使用两种工艺流程对硅片表面的反射率进行测试，结果如图2所示。

结果显示，流程1中反射率较流程2增加了2-4%。分析认为是因为流程1中，腐蚀深度相对较大，硅片表面的“金字塔”边缘变得平滑，最后导致反射率增加。无论是各向同性还是各向异性的腐蚀，腐蚀深度增加提高反射率。

4 结论

在单晶硅太阳能电池片生产过程中，表面织构是关键工序之一，可以减少太阳光在硅片表面的反射损失。但是单晶硅片为高表面能固体，表面能有减小的趋势，易被外界污染。表面污染物直接影响成品电池片的开路电压、短路电流及光电转换效率。因此，在太阳能生产企业中，需要对各工序进行工艺的调整和优化，达到降低成本，提高太阳电池转换效率的目的。为了同时满足提高产品的合格率和提高电池转换效率有赖于进一步对湿法刻蚀工艺流程进行研究和实验。

无论是各向同性还是各向异性的腐蚀，都使腐蚀深度增加提高反射率，而且腐蚀深度增加，晶格缺陷处的腐蚀也会更深，硅片表面平整度会受影响。三者的相关变化最终对电池的电参产生了变化，在湿法刻蚀工艺前进行HF药液腐蚀处理可以降低太阳能电池的反向漏电流，有利于提高产品的合格率。

参考文献

[1]章小鸽.硅及其氧化物的电化学[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2]许欣翔.多晶硅太阳电池表面织构化工艺的研究[D].中山大学，2007.

[3]王海东，王鹤，杨宏.晶体硅太阳能电池逆电流的研究[J].电子工艺技术，2012，33（01）：7-9.

作者单位

英利能源（中国）有限公司 河北省保定市 071051