淺析太陽能電池工藝存在問題及設計方法

史偉斌+田玉祥

摘要：太陽能電池以太陽光輻射為主要運行動力，因此又叫做光電池。隨著清潔能源、低碳發展理念的逐步完善，太陽能成為新型清潔能源被廣泛應用與公眾生產生活中，因此促進了太陽能電池產業的長足發展。從當前太陽能電池生產工藝來看，其中還有不少問題存在，本文將結合當前產業發展現狀提出太陽能電池生產工藝中存在的問題，并針對這些問題提出具有針對性的解決對策，希望能夠對太陽能電池工藝完善提供一些有益的參考。

關鍵詞：太陽能電池；工藝升級；設計方法

太陽能是大自然中源源不斷的再生能源，無噪音、無污染、無成本，因此太陽能成為全球能源枯竭背景下新能源開發的重要項目。有效開發利用太陽能能夠彌補當前能源供應缺口，而且還不會造成環境污染，其開發優勢和應用優勢較為明顯。每秒鐘達到地球表面的太陽輻射能高達80萬千瓦，如果能夠將其中的0.1%光能轉化為電能，以轉化率5%進行計算，則年產電量將達到5.6×1012千瓦時，是當前全球年耗電量需求的40多倍。國際GP針對太陽能產業發展所發布的公開報告顯示，發展至2020年，太陽能發電將服務10億人，為全球創造200萬就業機會，國際光伏發電裝機量將達到205GW。

一、太陽能工藝流程及問題分析

1.1太陽能工藝流程

簡單來說，太陽能工藝主要包括以下流程：首先將硅片置于受體后，進行超聲清洗，其后進行制絨和擴散操作，接下來進行等離子刻蝕，之后進行去PSG清洗，通過PECVD強化光儲效應，然后進行網印刷燒結，完成上述步驟后進行測試分揀并包裝。

1.2太陽能電池生產工藝存在問題分析

從當前太陽能電池生產工藝來看，主要存在以下四個方面的問題：第一，制絨工藝。絨面金字塔需要均勻細致，不能留下指引和花籃印，如稍有不慎則可能流線印記，并造成色差、發白等問題。第二，擴散工藝。在方塊電阻工藝中缺乏均勻控制，PN結深淺控制不穩定。第三，刻蝕問題?？涛g工藝需要消除邊緣的PN結，控制漏電流。第四，去PSG工藝。在去除表層磷硅玻璃的同時，需要保持良好的清潔界面，保證其瀝水效果，如果反射膜厚度不科學，也會造成太陽能電池性能受到影響，科學厚度為1/4光波長，同時要保證沒有色差。第五絲網印刷問題。關鍵技術節點在于銀漿制備、柵極電阻控制，需要保證電池板具備良好的透光率。

二、太陽能電池工藝的優化設計措施

2.1制絨工藝

絨面工藝的優化有利于獲得性能良好的絨面，從而減少光能反射，提高電池板的光伏吸收能力，促進光伏轉化效率的提高。在絨面制作中需要保持顏色均勻，不能由白邊和花籃印，具有良好的重疊性。通過傳統化學工藝進行腐蝕往往不能保證絨面質量，而且化學試劑使用過量還會造成大量廢氣、廢液產生，與生態環保建設相沖突。因此目前采用較多的技術為RIE工藝，也就是利用反應離子進行刻蝕，通過掩膜（MASK）技術進行顯影，從而形成織構式絨面結構，同時實現表面織構制備表面。利用這一方法能夠有效提高絨面質量，有效控制太陽能輻射反射率。

2.2擴散制節

一般情況下，硅太陽能電池PN結通過磷擴散實現，工藝流程主要有兩個環節：首先需要硅片表層的含磷薄膜層實現沉積，其后在高溫環境下薄膜中的磷會向P型硅片擴散。從當前國內太陽能生產工藝水平來看，PN結技術是造成技術差距的主要原因。

利用減壓擴散工藝具有一定的實施優勢，在蒸汽壓力作用下，雜質分子更加活躍，擴散性能會較之普通狀態提高3%左右，屬于高質量、生態型工藝模式。擴散爐封閉式設計性能比開管擴散爐更優越，而且制備過程中磷酸物質含量較少。在太陽能技術優化中，鏈式擴散具有重要意義，是產業化發展的核心基礎，結合快速擴散技術，在自造實踐中具有加高的推廣價值。在超聲噴霧作用下，磷酸會在硅片表層形成均勻附著，經過溫區差異的鏈式擴散后獲得PN結，結合無線電阻進行在線測試，從而強化自動化性能。在工藝優化中選擇性擴散具有較高的產業應用前景，應用該技術生產的太陽能電池會提高20%左右的發電率，保證電路電壓穩定，獲得更高校的光譜響應。

2.3刻蝕技術

PN結表面聚集的光生電子能夠通過邊緣磷擴散作用轉向PN結背面，進而導致短路問題發生，一旦發生短路則會形成并聯電阻，影響太陽能運轉性能。為了保證太陽能電池質量，需要提前控制短路通道?？涛g工藝的關鍵環節在于射頻功率參數以及時間。如果功率值過高，那么離子能量也會增加，進而造成較大的轟擊損傷，對硅片邊緣造成損害。如果刻蝕時間較長，則會造成被損害區域內開路電壓值下降。在實際生產中，需要對上述兩個技術參數進行嚴格控制，主要以折中數據為參照。當前市場出售的此類設備中，已經實現了集刻蝕和去PSG功能的整合。德國的刻蝕公益設備能夠實現清洗和去腐蝕作用同步實現，同時還能對背面的腐蝕面進行拋光，利用化學去邊作用剔除含磷的邊緣區，以減少短路風險。利用背面拋光技術能夠減少光輻射損失，提升紅光響應能力。該技術方法操作簡便質量穩定，不會出現刻蝕不均、鉆刻等問題。

2.4表面減反射膜生長技術

甲硅烷（SiH4）與氨氣（NH3）發橫反應，能夠在硅片表面形成75納米的氮化鎵（GaN），進而形成PECVD薄膜效用。該薄膜的主要作用在于減少光反射，增加光能吸收，同時產生一定的鈍化效果。當前在生產工藝中有管式PECVD和板式PECVD兩類。前者薄膜結構較為致密，能夠起到較好的鈍化作用，后者則具備更高的產能優勢。在PECVD工藝優化中，核心要點在于控制電池輻射損害，提升鈍化能效，從而獲得更科學的折射率。

2.5絲網印刷技術

通過絲網印刷技術的改進，有利于提高太陽能電池工作效率。其中“選擇性發射極技術”具有較高的創新性，在金屬線之下制備重度摻雜的n+區域，從而減少接觸電阻值。意大利已經有太陽能生產廠家采用兩臺印刷機，同時重疊印刷兩種漿料，利用該技術能夠有效控制陰影損失，提高光能轉化效率0.5%左右。目前，該技術已經在世界各地得到推廣。

結語

太陽能電池生產正在向大尺寸、超薄化方向發展，而且效率更高，使用壽命更長，是目前太陽能電池主要應用技術，能夠有效提升光能轉化效率，控制生產成本，并改變以往光伏發電作為輔助能源的地位，構建起光伏發電為主電力生產新格局。

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作者簡介：

史偉斌，出生年月：1984-10-04，性別：男，民族：漢，籍貫：陜西西安，當前職務：設備維護，當前職稱：助理工程師，學歷：本科，研究方向：太陽能光伏電池.endprint