單晶硅電池制絨工藝研究

李雪方，元江博

(山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046000)

引 言

自法國科學家貝克勒爾于1839年用光照射電解液中的銀電極產生電流開始[1]，太陽能便作為一種清潔的可再生能源，開始受到人們的關注和研究。隨著全球能源短缺和環境污染等問題日益嚴重，太陽能光伏發電因其清潔、高效、安全、便利等特點，成為各國重點發展的行業。近年來，隨著光伏行業的發展和競爭，單晶硅因轉換效率高、技術成熟、可靠性高等優點脫穎而出，且實現規模化多樣化生產。據ITRPV2019預測，光伏電池以背面鈍化PERX(PERC、PERT)技術為主，市場份額逐年增加，效率逐年提升。本文主要介紹已實現規模化生產的PERC電池的制絨工藝，單晶硅金字塔絨面制備是利用硅的各向異性腐蝕特性在熱堿腐蝕液中實現。在車間量化生產時，單晶硅制絨主要監控硅片的減薄量和制絨后外觀，主要討論研究單晶硅制絨工藝通過改變制絨槽體時間來獲得不同減薄量以及對電學性能的影響。

1 實驗輔材及設備

實驗硅片為晶科方單晶，電阻率在0.5 Ω·m～1.5 Ω·m，使用捷佳偉創槽式制絨設備進行金字塔絨面制備。槽體設置流程為：粗拋槽→前清洗槽→堿制絨槽→水洗槽→后清洗槽→水洗槽→酸洗槽→水洗槽→慢提拉槽→烘干槽。其他工藝同產線相同。粗拋液為KOH(體積分數5%)和熱水(75 ℃)的混合液，制絨堿液為KOH(體積分數為3%)、添加劑和熱水(80 ℃)的混合液。

2 結果分析及討論

實驗分別在3臺同廠家制絨設備上進行，在每個機臺制定方案獲得不同減薄量，因機臺差異，每臺初始配液相同，自動補液略有差異，槽體溫度設備相同。

在1號機改變粗拋時間、固定制絨時間來獲得不同的減薄量。A組粗拋時間為100 s，制絨時間420 s；B組粗拋時間為110 s，制絨時間為420 s；C組粗拋時間為130 s，制絨時間為420 s。表1為1號機臺各數據匯總。

表1 1號機電性能參數

在2號機臺改變粗拋時間和制絨時間獲得不同刻蝕減薄量，A組粗拋時間110 s，制絨時間420 s；B組粗拋時間130 s，制絨時間400 s；C組粗拋時間130 s，制絨時間420 s。表2為2號機臺各數據匯總。

表2 2號機電性能參數

在3號機通過改變制絨時間，固定粗拋時間來獲得不同的減薄量，粗拋時間均為130 s，A、B、C三組制絨時間分別為420 s、300 s、200 s。表3為3號機臺各數據匯總。

表3 3號機電性能參數

太陽能電池使用的硅片大多是通過硅棒切割而來，表面存在很大的切割損傷層。損傷層的活性較高，激活能低，發生化學腐蝕時優先在此發生，并且腐蝕速率很快。根據文獻[2]，在去除損傷層的硅片比沒去損傷層的硅片上制得的金字塔絨面結構更均勻。

選用合適的制絨粗拋時間和制絨時間可以在保證去除損傷層的同時又制得金字塔均勻的絨面結構。在1號機臺的改變粗拋時間實驗中，隨著粗拋時間的增加，硅片總減薄量增加，但反射率在粗拋時間為110 s、制絨時間為420 s時最低，其他兩組反射率卻相對較高。可以解釋為，粗拋時間越長，缺陷和雜質殘留越少，A組中殘留最多，C組粗拋后表面最光滑。同樣的制絨時間，A組反映最明顯，金字塔均勻性稍差，C組制絨速率緩慢，形成理想的金字塔覆蓋面所需時間長，這樣，這兩組的反射率較B組相對來說較差。綜合考慮規模化生產的產量和整體電學性能，A組較為合適。在實際生產時，除了考慮電池片本身的轉化性能影響，也應考慮實際產能需求。

2號機臺實驗中，A、B兩組粗拋時間及制絨時間均不同，但減薄量相同，B組的電性能卻優于A組。推斷A組在110 s的粗拋液中，損傷層存在些許殘留，雖制絨時間長，但金字塔結構是生長于缺陷處，造成金字塔均勻性差。C組較B組雖粗拋時間相同，但制絨時間長，該組硅片上金字塔成長較完整，且密度小，傾斜角大，可以發生光的二次或二次以上反射和折射，即各電學性能較B組更優。

同樣的粗拋程度下，當損傷層去除干凈，硅片表面光滑，金字塔絨面形成時間越長，金字塔形貌越完整、均勻，時間越短，金字塔密度越大，傾斜角越小，可以發生光的反射和折射的幾率越小，反射率越高。3號機臺實驗中，A組制絨時間長，反射率低，各電學性能最優。

3 結論

單晶硅制絨工藝中粗拋的目的是去除損傷層，粗拋時間在達到去除損傷層的目的的基礎上要盡量縮短，盡量減少硅片的表面損失對抑制電池片的彎曲及降低破碎率的影響[3]。制絨應選擇合適的時間來獲得均勻性好、傾斜角大于45°的金字塔絨面結構。本實驗中1號機臺實驗中，B組雖電學性能更優，但綜合考慮產能及電性能，A組粗拋時間100 s，制絨時間420 s更適合；2號機實驗中，粗拋時間130 s，制絨時間420 s制得的絨面結構電學性能更佳；3號機實驗中，A組粗拋時間130 s，制絨時間420 s的絨面電學性能最佳。各機臺存在實際差別，所以在機臺調試生產時，應根據實際情況進行選擇。