準(zhǔn)單晶電池片生產(chǎn)工藝研究

李雪方， 賈宇龍， 郭 衛(wèi)

(山西潞安太陽能科技有限責(zé)任公司，山西 長治 046000)

引 言

目前，P型PERC電池將仍是光伏行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。相對各企業(yè)來說，高效PERC電池生產(chǎn)設(shè)備的采購需要大量資金，而多晶市場逐漸退出市場，在多晶設(shè)備的基礎(chǔ)上改造同樣需要大量資金。對部分企業(yè)來說，如何尋求最優(yōu)的發(fā)展生存路線是關(guān)鍵，準(zhǔn)單晶也是一個研究方向。單晶硅是通過直拉法制得，制得的單晶硅片每片只有一個晶粒，具有低缺陷和高的轉(zhuǎn)換效率，但成本高、產(chǎn)量小。而多晶硅片往往含有大量的晶界及缺陷，轉(zhuǎn)換效率較低[1]。準(zhǔn)單晶[2]是基于多晶鑄錠的工藝，在長晶時通過部分使用單晶籽晶，獲得外觀和電性能均類似單晶的多晶片。相較于多晶，準(zhǔn)單晶硅片晶界少，位錯密度低；相較于單晶，準(zhǔn)單晶的光致衰減低約1/4～1/2。準(zhǔn)單晶最早是在2006年由BP solar公司研究成功，該公司生產(chǎn)的Mono2TM產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18%，接近于單晶效率。2007年生產(chǎn)出準(zhǔn)單晶太陽能電池組件，并進(jìn)行了可靠性測試。

本文將利用現(xiàn)有的多晶和普通單晶電池片生產(chǎn)工藝設(shè)備，設(shè)計不同實驗流程，以此來獲得適合準(zhǔn)單晶電池片的生產(chǎn)工藝。

1 實驗設(shè)計

本文主要設(shè)計以下4種生產(chǎn)工藝流程，即4組實驗。

A：制絨工藝采用單晶堿制絨工藝，剩下工藝采用普通多晶的生產(chǎn)工藝。即：單晶制絨→多晶擴(kuò)散→多晶切邊→多晶PECVD→多晶絲網(wǎng)印刷。

B：制絨工藝采用單晶堿制絨工藝，剩下工藝采用普通多晶的生產(chǎn)工藝，并增加熱氧工藝。即：單晶制絨→多晶擴(kuò)散→多晶切邊→多晶熱氧→多晶PECVD→多晶絲網(wǎng)印刷。

C：制絨工藝采用單晶堿制絨工藝，絲網(wǎng)前采用普通單晶工藝路線，絲網(wǎng)采用多晶絲網(wǎng)印刷。即：單晶制絨→單晶低壓擴(kuò)散→單晶酸拋→單晶熱氧→單晶正PECVD→多晶絲網(wǎng)印刷。

D：準(zhǔn)單晶電池片使用普通單晶生產(chǎn)工藝，絲網(wǎng)網(wǎng)版均用的是多晶的生產(chǎn)網(wǎng)版，正銀漿料為單晶正銀漿料，背銀和背場均為多晶漿料。即：單晶制絨→單晶低壓擴(kuò)散→單晶酸拋→單晶熱氧→單晶正PECVD→單晶絲網(wǎng)印刷。

2 結(jié)果分析

實驗各組工藝參數(shù)如表1 所示，電性能參數(shù)如第17頁表2所示。

從4組實驗的電學(xué)參數(shù)可以看出，準(zhǔn)單晶電池片的轉(zhuǎn)換效率比當(dāng)時批量生產(chǎn)的金剛多晶硅片的轉(zhuǎn)換效率要高很多，主要表現(xiàn)為開壓和電流有大幅提升。準(zhǔn)單晶硅片與多晶硅片相比，其晶界少，位錯密度低。在晶硅的晶粒界面處可以形成一定寬度的耗盡層和勢壘，同時又是復(fù)合中心，晶界越少，對開路電壓和短路電流越有利，獲得的轉(zhuǎn)換效率越高[3]。

表1 各工藝參數(shù)

表2 實驗各電學(xué)參數(shù)

為提高晶體硅電池片對光的吸收，減少光的反射，一般采用表面織構(gòu)化和表面沉積減反射膜的方法。目前工業(yè)化生產(chǎn)時，采用PECVD法在硅片表面沉積氮化硅膜層，而其與晶體硅形成的界面處由于晶格失配比較嚴(yán)重，會出現(xiàn)嚴(yán)重的復(fù)合。二氧化硅與晶體硅形成的界面性能要更優(yōu)，所以，為了達(dá)到比較理想的鈍化和減反效果，在實際中，一般采用熱氧工藝低溫生長制備所需的二氧化硅薄膜, 然后再PECVD 工藝沉積氮化硅膜。二氧化硅和氮化硅雙層膜可以起到鈍化和減反射雙重作用。

本實驗B、C、D的熱氧工藝均是在常規(guī)的擴(kuò)散設(shè)備中導(dǎo)入熱氧工藝進(jìn)行的。 實驗B中，在多晶生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上增加熱氧工藝后，準(zhǔn)單晶電池轉(zhuǎn)換效率有所下降，其中短路電流和開路電壓均下降，并阻下降幅度最大，且反向電流明顯增大。初步懷疑是所選擴(kuò)散機(jī)臺潔凈度未能達(dá)到工藝要求。C組實驗，除絲網(wǎng)采用多晶生產(chǎn)工藝，其他采用單晶生產(chǎn)工藝。從數(shù)據(jù)可以看出，轉(zhuǎn)換效率明顯有提升。但在抽片進(jìn)行EL檢測時，發(fā)現(xiàn)輕微的燒不透現(xiàn)象，分析認(rèn)為，多晶絲網(wǎng)燒結(jié)工藝與前期的單晶工藝存在不匹配的可能性。

圖1為C組轉(zhuǎn)換效率散點(diǎn)圖。從散點(diǎn)圖中可以看到，采用C的工藝步驟時，準(zhǔn)單晶的轉(zhuǎn)換效率波動幅度大，且不乏20.00%左右的轉(zhuǎn)換效率，可見該工藝步驟有很大的優(yōu)化空間，因絲網(wǎng)是使用多晶生產(chǎn)工藝，因此絲網(wǎng)印刷將是下組實驗的主要優(yōu)化目標(biāo)。為此，設(shè)計了D組實驗步驟。

圖2是D組實驗的轉(zhuǎn)換效率散點(diǎn)圖，圖3是D組實驗效率分布圖。D組實驗中，絲網(wǎng)印刷匹配了單晶正銀漿料，并且燒結(jié)溫度作相應(yīng)的調(diào)整，電極與基體硅形成了良好的歐姆接觸，從表2數(shù)據(jù)可以看出，準(zhǔn)單晶使用單晶生產(chǎn)工藝后，開路電壓和短路電流較C組又有較為明顯的提升，轉(zhuǎn)換效率也得到改進(jìn)。同時，從效率散點(diǎn)圖和分布圖可以看到，D組實驗獲得的準(zhǔn)單晶效率分布均勻。

圖1 C組轉(zhuǎn)換效率散點(diǎn)圖

圖2 D組轉(zhuǎn)換效率散點(diǎn)圖

圖3 D組效率分布圖

本次實驗中，準(zhǔn)單晶電池片使用單晶生產(chǎn)工藝，可以獲得接近于普通單晶的轉(zhuǎn)換效率。

3 結(jié)論

準(zhǔn)單晶是外觀和性能類似于單晶硅的多晶硅片。通過多晶生產(chǎn)工藝和單晶生產(chǎn)工藝的對比，準(zhǔn)單晶硅更適合普通單晶硅的生產(chǎn)步驟來制備電池片。實驗中，采用單晶生產(chǎn)工藝，并匹配合適的燒結(jié)工藝，獲得了20.06%的轉(zhuǎn)換效率。

準(zhǔn)單晶作為一種高轉(zhuǎn)換效率低成本材料，它的研究有重要意義。雖然準(zhǔn)單晶硅的技術(shù)還存在一些問題，但長遠(yuǎn)發(fā)展看，它對光伏發(fā)展有積極的意義。