超薄晶體硅太陽電池關鍵工藝及產業化分析

陳雨晴+葛海亮

摘 要：硅片切割技術的發展帶動了晶體硅太陽電池的不斷改進，晶體硅太陽電池越來越薄，生產成本逐漸降低。本文以全球光伏發電的發展為出發點，闡述太陽電池的工作原理，并分析超薄晶體硅太陽電池關鍵工藝和產業化，以期為相關工作人員提供一定的借鑒，為超薄晶體硅太陽電池產業化的發展指明方向。

關鍵詞：超薄電池；晶體硅太陽電池；產業化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.069

隨著人們對氣候水平的不斷關注，帶動了可再生能源的迅速發展。光伏是一種重要的可再生能源，近年來，得到迅猛的發展，在發達國家被廣泛的開發，具有很大的潛力。晶體硅太陽電池在我國的市場占很大比例，成本逐漸降低，太陽能行業朝著平價上網的趨勢發展，這一發展趨勢的實現離不開降低生產成本及不斷提升電池效率。降低生產成本是以降低每峰瓦硅料的耗損料為出發點。在確保正常生產的情況下，盡量降低硅片的厚度，進而有效的降低生產成本。

1 硅片切割技術

多線研磨液硅片切割技術是較為傳統的切割技術，傳統切割技術是以碳化硅和PEG為媒介切割硅片，這種切割方式會對硅片造成較大的損傷，導致傳統的切割技術無法得到較薄的硅片，無法進行產業化生產。金剛線切割技術是最新的切割技術，這種技術對附有金剛石的金屬線進行切割，水是在切割過程中常用的冷卻劑。采用此種切割技術耗費較高，但是，使用方便、快捷，運營成本降低，金剛線切割技術以其獨特的魅力受到青睞。PolyMax是由SiGen開發的一種新型技術，這種技術的使用開啟了超薄硅片產量化的局面。PolyMax切割技術是在硅錠中注入離子束，經過撕裂，將其分割成為厚度一定的硅片。這樣的方式降低了原料的使用量，并簡化了工藝流程，減少了粘貼、切割、清洗等步驟。如果PolyMax切割可以進行產業化的生產，降低硅片的厚度和使用率，便可以實現成本的降低。理論上說，硅片越薄，企業的生產成本越低。但是，在進行切割的過程中，會產生大量的碎片，如何降低碎片率的問題擺在了企業的面前。事實表明，只有盡量減少制作的步驟，才能盡可能降低硅片的碎片率。

2 自動化生產

近些年來，受到國際經濟市場的影響，部分國外光伏企業沒能經受住考驗，相繼破產，但是，我國光伏企業受到國際市場的影響不大，主要是由于光伏行業需要大量的勞動力，屬于勞動密集型產業，而我國的人力成本明顯低于其他國家。當光伏產業中的超薄電池成為主要產品時，由于超薄硅片在生產的過程中容易受到破損，手工操作會加大硅片損壞的概率，所以，采用大量勞動力的生產方式已經對超薄硅片的發展起到了阻礙作用，未來太陽電池的制作將以生產全自動為主要方向。

3 電極制備

電極的制備是指網絲印刷和燒結的過程。電極制備使用的是減反射膜的太陽電池。首先，要在電池的反面刷上銀漿，經過烘干后，刷上一層鋁漿，再繼續烘干，將電池的正面刷上銀漿，將溫度升高到800-880攝氏度左右的時候進行燒結，晶體硅光伏電池的正負極制作完成。

漿料的不斷改進有利于太陽電池技術的不斷發展。當硅片的厚度不斷下降時，漿料經過高溫作用后的翹曲率較低。如果電池片的翹曲程度過高，不僅對電池的性能產生嚴重破壞，還會增加制作過程中的破碎率。

電池生產過程中已采用Ni/Cu/Ag等結構的前電極電鍍和背面蒸鍍鋁工藝。在經過電鍍和蒸鍍鋁過程后，只需要經過低溫的退火過程，能與歐姆產生良好的接觸，從而避免翹曲現象的發生。電鍍和蒸鍍鋁技術的使用對電池的生產過程進行了簡化，有效地降低了碎片率。電鍍工藝因其制作成本低、工藝過程監督等優勢成為企業研究的重點工藝，也是未來超薄晶體硅太陽電池制作發展的趨勢。

4 電池結構改進

超薄電池的翹曲問題得以解決離不開對漿料的改進。我們需要利用先進的電池結構取代傳統的電池結構。背面鈍化的局域金屬接觸結構的背面反射器、背面鈍化的性能較為優良，是未來電池產業化發展的趨勢。雙面電池結構，由于不具備全鋁背場結構，對解決硅片翹曲問題很有幫助。但是，在雙面電池結構中，只有安裝優良的反射器才能將光的透射程度降低。

5 制絨及后清洗工藝

當硅片的厚度小于100微米時，使用傳統的堿制絨工藝會起到雙面制絨的效果，當晶硅“金字塔”的高度為5微米時，雙面“金字塔”的高度會達到10微米，會對超薄硅片造成一定的威脅，導致電池的碎片率增加。為了有效地解決這個問題，應采用小絨面結構，也可使用單面堿制絨等新型工藝進行單面制絨。

現階段，主要使用滾輪單面去背結流水線為后清洗設備，硅片的厚度有明確的要求，應控制在140-160微米，對于較薄硅片的產業化，使用單面化學濕法腐蝕去背結，會導致硅片邊緣化受到侵蝕。當硅片的厚度過小時，硅片的韌性會得到充分體現，在后清洗的過程中，硅片會出現彎曲的現象，現有的設備難以去背結。所以，需要依據硅片的厚度對設備進行改進，從而更好地進行生產工作。

6 p-n結制作

通過熱擴散、離子注入的方式可以完成p-n結制作，但是，熱擴散法制結能夠達到產業化生產目標。熱擴散法制結是將V族雜質加入p型或者n型硅中，這個過程是在加熱的條件下進行的。雜質元素會在加熱的條件下通過擴散進入基體，溫度不同導致雜質元素在基體中的分布不同，對電池的電性能產生很大的影響。

擴散需要在清潔的環境下進行。擴散所用的器材必須經過嚴格的清潔，要保證相關試劑的純度符合標準。熱擴散之后，硅片周圍會產生擴散層。實現光轉換必需的硅片光照面被稱為前結。在接下來的工序中，要想辦法將p-n結及擴散層去除。

硅片切割技術的發展帶動了晶體硅太陽電池的不斷改進，晶體硅太陽電池越來越薄，太陽電池的生產成本逐漸降低。通過對晶體硅太陽電池關鍵工藝的分析描述，并提出產業化的想法，希望能為超薄晶體硅太陽電池關鍵工藝及產業化的發展指明方向，更好地發揮出太陽電池在人們生活中的作用，為人們的生活謀取更大的福利。

參考文獻：

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