超薄太陽電池

超薄太陽電池是在超薄的單晶片上製造的太陽電池。由於這種太陽電池特別薄，在電池表面收集電荷時，電子和空穴幾乎沒有機會重新結合，因此，這種電池的效率比普通的太陽電池高。另外，由於矽片體積很小，不會在電池內造成輻射損害。

基本介紹

• 中文名：超薄太陽電池
• 外文名：ultra-thin solar cell
• 分類：太陽電池
• 材料：超薄單晶矽片
• 技術關鍵：矽片切割技術
• 優點：體積小，效率高，無輻射傷害

製造方法簡述

第一階段

在一厚為350μm的P型矽體正表面上生成一層氧化層，氧化層上蝕刻一孔，並通過該孔將N型摻雜質沉積在矽片上，形成P-N結。然後，在N型層上生成薄薄的鈍化氧化層，該氧化層上蝕刻一些接頭孔，將金屬充填入這些孔，沉積在矽片上，並金屬蝕刻為一梳齒形內接線路。最後，在氧化薄層上沉積一防反射塗層，防反射塗層是由一層氧化鉭和幾層氧化鋁組成。為了測試電池，在背面有一層燒結鋁。

第二階段

將一玻璃蓋用粘結劑貼上在矽片的正表面上，玻璃蓋表面塗一層塗料，以增大可見光透入，反射不需要的紫外光。採用的粘結劑是一種透明的抗紫外線原料，如含氟聚合物粘結劑。

第三階段

用普通的矽片研磨機研磨矽片背面，將矽片研磨到厚度約為100μm。然後，用一陶瓷無變形真空吸盤將其背面拋光，使背面光潔度在±3μm內，接著，用氫氧化鉀溶液浸蝕背面，直到矽片減薄到50μm，再用氫氟酸和硝酸混合液對背面進行最後一次浸蝕，融蝕掉大約1000A-2000A，形成一乾淨表面。

接下來的工作是，在背面上塗一層電阻性接觸層。方法是這樣的:將含有質量成分為20%-50%的硼的非晶矽沉積在背面，厚為50 A-500 A ,然後，用脈衝雷射將這一層非晶矽融化，以使其部分擴散滲入矽片，形成一薄層合金層，接著，用真空吸盤掃描整個背面。採用的脈衝激發物是釹:釔鋁拓榴石雷射，這種雷射能量密度較低(1J/cm-3J/cm)；因此，只有少量雷射滲人矽片，不會損壞矽片的晶體結構，也不會產生再化合中心。此外，雷射脈衝波長較短，約為50ns，不會使正表面上的粘結層過熱，一般粘結層溫度不會超過150°C。然後，在電阻性接觸層背面上沉積一層絕緣層，絕緣層是在溫度100°C時，通過分解一深綠玉髓中的矽烷和氨形成的。最後，在絕緣層上蝕刻一些接觸孔，並在背面沉積一層鋁，使部分鋁滲入接觸孔，這樣，這層鋁既可作為光反射器，又可作為背面的電接頭。

關鍵技術及工藝

矽片切割技術

傳統的多線研磨液矽片切割技術需要大量的SiC和PEG作為切割媒質對矽片進行切割，且對矽片的損傷較大，在切割後需要腐蝕掉矽片表面的損傷層，這就決定了採用傳統線切割技術無法得到可產業化生產的薄矽片。最新的金剛線切割技術主要採用附著金剛石顆粒的金屬線對矽錠進行切割，常以水為冷卻劑。儘管金剛線技術成本較高，但因為可實現高速切割，且無需SiC和PEG等切割媒質，可節約較大運營成本，目前金剛線切割技術已逐漸被各個大公司使用。

自動化生產

近幾年，受國際經濟環境影響，國外幾個光伏大企業相繼宣布申請破產，但國內主要光伏企業仍能夠維持正常運營，其中一個重要原因是國內光伏企業屬於勞動密集型，其人力成本相對其他已開發國家低很多。然而，當超薄電池成為光伏產業主導產品時，因超薄矽片在切割或電池製備過程容易引入隱裂紋，人為的手動操作會增加矽片破片率，此時，勞動密集型生產將不再適用於超薄矽片的發展，全自動生產太陽電池將成為未來太陽電池製備的發展趨勢。

電極製備

太陽電池技術的快速發展，很大程度上得益於漿料的不斷改進和創新。而當矽片厚度下降到140μm, 120μm，甚至100μm以下時，新的鋁漿料需要在高溫燒結時具有低的翹曲率、優良的背面場等性能。若電池片翹曲過於嚴重，不僅影響電池性能，同時在製備組件過程中將會極大增加矽片的碎片率。新的銀漿也需要配合較低溫度的鋁漿燒結工藝，以實現低的金屬一半導體接觸電阻。

採用Ni/Cu/A}等結構的前電極電鍍和背面蒸鍍鋁工藝已經被套用於實際電池產品生產中，如Suntech的Pluto電池。由於電鍍和蒸鍍鋁之後只需要較低的退火溫度就可以獲得良好的歐姆接觸，可避免矽片翹曲。同時，這兩項技術代替絲網印刷技術可簡化製備流程，並減少對矽片施加過大的外力，降低矽片的碎片率。電鍍工藝具有工藝簡單、成本低等特點，逐漸成為各大公司投入研究的對象。而蒸鍍鋁工藝在運行中需要較大的成本投入，但因其具有很好的背反射性能和工藝簡單等特點，也是未來超薄電池背電極製備工藝的趨勢。

透明導電薄膜和低溫銀漿可以用於HIT等高效電池，雖然成本相對常規銀鋁漿高很多，但因能夠避免高溫燒結，減少高溫燒結對鈍化膜(如Al₂O₃或非晶矽)的破壞，可製備出性能優良的電池，故可成為未來電極製備選擇之一。

制絨及後清洗

當矽片厚度降到100μm以下時，常規的鹼制絨或酸制絨工藝會有雙面制絨效果，若單晶矽“金字塔”高度達到5μm時，雙面“金字塔”總高度就會有10μm，此時對超薄矽片而言相當於引入了較大的隱裂紋，這樣會增加後續電池製備的碎片率。解決該問題途徑主要有:第一，採用更好的制絨工藝得到光學性能不變或更優的小絨面結構;

第二，採用單面鹼制絨、酸制絨或乾法制絨等新工藝實現單面制絨。

現有的後清洗設備主要採用滾輪單面去背結流水線，普遍要求矽片最小厚度為160-140μm。若更薄的矽片採用目前產業化的單面化學濕法腐蝕去背結，容易引起矽片底下的化學腐蝕液繞過矽片邊緣，到達矽片正面，正面的PN結將會被刻蝕。這也是本實驗需要採用正面鍍SiNx做掩膜對薄矽片去背結的主要原因。同時，當矽片厚度減少到更小時，如60μm，矽片將表現出一定的柔韌性，在後清洗過程中會在兩個滾軸之間呈現一定的彎曲，現有的後清洗設備將很難實現去背結。因此，後清洗設備廠商需要根據矽片厚度的發展對現有的設備進行升級改造。

鍍膜工藝

現有的管式PECVD鍍膜設備採用的石墨舟普遍為3個掛鈎點以承載矽片，薄矽片在PECVD鍍膜設備中因受重力及熱膨脹因素影響，容易引起矽片彎曲，氮化矽((SiNx:H)或氧化矽(SiO₂)等繞到非鍍膜面，這不僅影響了非鍍膜面的性能，同時也造成相鄰矽片的介質膜均勻性變差。因此，未來超薄電池的發展需要對現有石墨舟掛鈎點進行改造。