硅基太陽電池生產(chǎn)工藝概述 ——硅片處理與制絨工藝

作者：admin2022-09-22 10:20 熱度：37089

光伏行業(yè)正在面臨著新一輪的技術(shù)改革，電池片和組件的制作過程中會用到許許多多工藝，「愛疆科技」本期為大家?guī)?strong>清洗制絨的介紹。

太陽電池中一個主要的光學(xué)損失是表面光反射。拋光硅片的表面光反射損失達(dá)34%,為制備高效率太陽電池，反射必須減小到~10%或以下。在晶體太陽電池中，常在硅片表面制作絨面，絨面的表面光反射減少，意味著更多的光進(jìn)入太陽電池，因而產(chǎn)生更多的光生載流子。同時，有效的絨面結(jié)構(gòu)使得入射光在表面進(jìn)行多次反射和折射，改變了入射光在硅中的前進(jìn)方向，延長了光程，產(chǎn)生陷光作用，從而也增加光生載流子的產(chǎn)生。

硅片絨面的陷光示意圖圖片

金字塔3D圖

目前制絨工藝主要有：

一、硅片損傷層刻蝕

采用切片工藝將硅錠切成硅片，將在硅片表面造成切割損傷并殘留雜質(zhì)，硅片損傷層和殘留的雜質(zhì)將不利于電池性能的提升。下圖是單晶硅片表面形貌。因此，在進(jìn)行電池制造工藝之前很有必要對硅片表面進(jìn)處理和檢測，以保證消除損傷層和殘留的雜質(zhì)。實現(xiàn)刻蝕目的的常用工藝是堿液刻蝕，最常用的刻蝕液是NaOH、KOH或TMAH（四甲基氫氧化銨）溶液。因不同晶面的硅原子間具有不同的能量，堿液刻蝕過程呈現(xiàn)出各向異性，但是可以通過調(diào)整刻蝕條件改變各向異性程度。

完成損傷層刻蝕后必須將硅片清洗干凈并檢測，不能存在殘留物，這將影響后續(xù)制絨工藝的質(zhì)量。

金剛石線切割單晶硅片

金剛石線切割單晶硅片(切割痕跡明顯可見)

二、堿制絨

光伏產(chǎn)業(yè)中約95%的太陽電池由單晶硅硅片和多晶硅硅片制造。硅晶體是金剛石晶格結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)中常用的是{100}單晶硅硅片，因其比較容易堿制絨。堿制絨是指用堿溶液刻蝕硅，在其表面形成降低光反射的結(jié)構(gòu)，造成各向異性刻蝕，硅片表面制備出金字塔結(jié)構(gòu)，如下圖所示。制絨和損傷層刻蝕的最大不同是刻蝕度，為增強堿液刻蝕的各向異性特征，制絨工藝刻蝕速度必須要低，如2μm/min或者更低。

硅金剛石晶格結(jié)構(gòu)

硅片表面隨機分布的金字塔結(jié)構(gòu)

影響堿制絨工藝質(zhì)量的因素主要有以下幾點：

a. 制絨前硅表面質(zhì)量：制絨工藝硅表面殘留物或缺陷比較敏感，在進(jìn)行制絨工藝前需要進(jìn)行檢測，以保證硅片表面絕dui清潔。

b. 刻蝕時間：刻蝕過程存在金字塔的形成與腐蝕，刻蝕時間過長則金字塔形狀將被破壞。

c. 刻蝕液濃度和反應(yīng)浴溫度：如上所示，為實現(xiàn)各向異性刻蝕需要通過控制刻蝕液濃度和溫度。

d. IPA的濃度：IPA能夠從反應(yīng)液中不斷蒸發(fā)，影響刻蝕進(jìn)程。

三、酸制絨

酸制絨是對多晶硅硅片表面進(jìn)行粗糙化處理，以降低光的反射作用。多晶硅由不同晶向的晶粒組成，不適合使用堿溶液進(jìn)行各向異性刻蝕。這是因為不同的方向刻蝕速度不同，導(dǎo)致硅厚度非均勻變化。另外，多晶硅硅片中存在大量晶界，在使用堿液刻蝕時晶界處的刻蝕將產(chǎn)生位錯，影響電池性能。

酸制絨后多晶硅硅片表面

酸制絨過程是各向同性的，意味著所有晶面或方向的刻蝕速度相同。硅片表面經(jīng)過腐蝕減少光反射的功能依賴于硅片表面的缺陷，缺陷在刻蝕時將優(yōu)先刻蝕，而缺陷主要來自于切片工藝。酸制絨后硅片表面如上圖所示，該類絨面的陷光效果比單晶硅硅片金字塔結(jié)構(gòu)差。酸制絨過程一般用HNO3、HF的乙酸溶液或水溶液完成。酸制絨的硅刻蝕速度比堿制絨大，主要由化學(xué)濃度和反應(yīng)溫度控制。

四、檢測

在制絨過程中，需對待測物的表面進(jìn)行檢測，獲取2D/3D表面形貌、分析微觀輪廓幾何尺寸、粗糙度、平整度、曲率、面形精度等參數(shù)指標(biāo)，提供依據(jù)ISO/ASME/EUR/GBT四大國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)共計300余種2D、3D參數(shù)作為評價標(biāo)準(zhǔn)。

制絨前后硅片的反射率對比