太陽電池生產(chǎn)中的工藝控制

太陽電池生產(chǎn)中的工藝控制1第1頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六概要太陽電池性能分類檢測過程中的關注點絲網(wǎng)印刷中的基本考慮燒結(jié)對電池性能的影響硅片邊緣等離子體刻蝕過程及控制鈍化減反膜的作用和要求擴散工藝及控制要點制絨要求及有關考慮2第2頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六太陽電池性能分類檢測過程中的關注點

1.太陽電池的結(jié)構3第3頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六R=r1+r2r2=t/S=1·cm，t=200um125×125：r2=0.13m；156×156：r2=0.085m

r2

r14第4頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六2.太陽電池的等效電路

I=IL–I0{exp[e(V+IRS)/kT]-1}-(V+IRS)/RSH

ISC=IL/[1+(RS/RSH)]

負載匹配?。?！

ILIDRSHRS5第5頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六3.I-V曲線和P-V曲線RS=0.005，RSH=10，IL=34.5mA/cm2，=16.85，F(xiàn)F=78.6%，Voc=623mV，ISC=5.23A6第6頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六4.并聯(lián)電阻對I-V曲線的影響RSH=10RSH=1RSH=0.5RS=0.0057第7頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六5.串聯(lián)電阻對I-V曲線的影響RS=5mRS=15mRS=30mRSH=108第8頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六6.燒穿和燒結(jié)不足時的I-V曲線RSH=10RS=0.005RSH=10RS=0.2RSH=0.1RS=0.005極端情況：燒穿–短路電流低，開路電壓降低很大燒結(jié)不足–短路電流低，開路電壓不變9第9頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六7.溫度對電池性能的影響T=278KT=298KT=318KRS=0.005，RSH=1010第10頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六絲網(wǎng)印刷中的基本考慮

1銀漿的印刷在大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)中，可靠的銀次柵線的最小寬度需在150微米左右；一般來說，對于可靠和可重復的印刷，柵線的寬度很難小于絲網(wǎng)線直徑的四倍；這主要是由生產(chǎn)環(huán)境中需要多次重復使用同時又必須提供足夠強度的絲網(wǎng)的網(wǎng)線直徑所決定的。11第11頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六對于很細的柵線的印刷可以通過使用腐蝕有印刷線圖案的不銹鋼片來代替絲網(wǎng)，開口線條處留有橋架加固，但這類網(wǎng)板很昂貴因而在生產(chǎn)中很少使用；由于一方面要保證線寬盡可能地窄，而另一方面又要保證線條的橫截面達到一定的數(shù)值，因此用于銀柵線印刷的絲網(wǎng)板的乳膠層的厚度非常關鍵；12第12頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六實驗證明，只有當柵線的高度達到20微米左右時才能實現(xiàn)。但要注意，經(jīng)過高溫燒結(jié)，20微米高的銀柵線會收縮到一半左右；另外，絲網(wǎng)印刷后經(jīng)過高溫燒結(jié)的銀柵線的電導特性會比常規(guī)銀材料差3倍左右；銀漿料與擴散有磷的硅的金屬接觸是太陽電池制作中的一個關鍵步驟并對電池的最終性能具有至關重要的影響。

13第13頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六2鋁漿的印刷利用絲網(wǎng)印刷到硅片背面的鋁漿的厚度控制是非常重要的。如果太薄，所有鋁漿均會在后續(xù)的燒結(jié)過程中（溫度高于577C）與硅形成熔融區(qū)域而被消耗，而該合金區(qū)域無論從橫向電導率還是從可焊性方面均不適合于作為背面金屬接觸。相反，如果太厚，一方面浪費漿料；同時還會導致其不能在進高溫區(qū)之前充分干燥，或許更壞的情形是不能將其中的所有有機物全部趕出從而不能將整個鋁漿層轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘黉X。14第14頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六絲網(wǎng)版的設計對厚度控制非常重要。絲網(wǎng)密度和網(wǎng)線直徑對漿料穿過絲網(wǎng)的難易程度有直接影響。作為決定印刷圖案的模版是通過涂在網(wǎng)版上下兩面的乳膠層來實現(xiàn)的。單層乳膠的厚度可以從1微米到超過30微米，更厚的要求通常是利用多層乳膠制備的。因此，影響所印鋁漿的厚度的因素包括：絲網(wǎng)密度、網(wǎng)線直徑、乳膠層厚度、印刷頭壓力、印刷速度以及漿料的黏性。15第15頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六網(wǎng)版上表面的乳膠層厚度不需要很厚，但下表面乳膠層需要與要印刷的漿料一樣厚。下表面乳膠層可防止印刷過程中印刷頭將網(wǎng)線擠壓過度而太靠近硅片表面。通常，鋁漿層的厚度需要至少在20微米。如乳膠層厚度太大，很難將漿料擠壓穿過網(wǎng)版而到達硅片表面，除非漿料很稀或印刷頭壓力非常大，但這些極端情況一般不采用。印刷頭壓力要足夠大以將所期望的漿料數(shù)量擠過網(wǎng)版，但壓力太高會導致網(wǎng)版及印刷頭表面磨損。16第16頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六至于印刷速度太慢會影響產(chǎn)能，而太快又不能擠壓足夠的漿料穿過網(wǎng)版。對于擠壓一定量的漿料，通常是速度越快，所需的壓力越高。漿料黏性太高，擠壓足夠的漿料穿過網(wǎng)版所需的壓力就會很大；而黏性太低，因漿料流動性太大印刷出的線條難以保持所設計的截面。在全面積鋁背場的印刷中，印刷頭壓力選擇尤其重要。過高的壓力會導致硅片中心區(qū)域印得太薄，因為在這種情況下，只是硅片的邊緣有乳膠層，硅片中心區(qū)域網(wǎng)版要距離硅片近得多；過低的壓力又不能擠壓足夠的漿料穿過網(wǎng)版，因而印得太薄。17第17頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六

銀柵線的燒穿燒結(jié)對電池性能的影響

相比于鋁漿的燒結(jié)，銀漿的燒結(jié)要重要得多；其對電池片性能的影響主要表現(xiàn)在串聯(lián)電阻，因而也表現(xiàn)在填充因子上。18第18頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六從尺度上講，磷擴散的深度遠小于1微米，而柵線至少是120微米寬。在燒結(jié)過程中，銀會被驅(qū)入到摻磷的硅里，因而會減低銀硅合金區(qū)域下的擴磷硅層的橫向?qū)щ娐?。如果銀被驅(qū)趕得太深，因銀硅合金區(qū)域很高的電阻率而使得其所在位置的PN結(jié)所收集到的電子幾乎不能直接穿過該銀硅合金區(qū)域，這就使得作為金屬電極的銀柵線對電子的收集只集中在柵線的邊沿區(qū)域；而相比于銀柵線與硅的總接觸面積來說，邊沿區(qū)域的接觸面積只占大約1%。19第19頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六由于銀具有較高的功函數(shù)，銀與硅的接觸時很難實現(xiàn)歐姆接觸。這個問題可以通過高濃度的磷擴散以防止銀與N-型硅之間形成Schottky勢壘從而實現(xiàn)歐姆接觸。然而，遺憾的是，最濃的磷擴散區(qū)域靠近硅片的表面。因此，如果銀被驅(qū)趕得太深，一方面會使得高導電性的磷擴散區(qū)域被封閉；另一方面還會使得銀與磷摻雜濃度較低的硅區(qū)域接觸而形成Schottky勢壘從而接觸電阻很高。20第20頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六因此，理想情況是在燒結(jié)中銀被驅(qū)趕到硅中的深度盡可能地淺，但溫度要足夠高以實現(xiàn)從銀漿到銀金屬的轉(zhuǎn)變，而同時又使得銀能夠與硅充分地形成合金以獲得必要的機械附著強度和確保SCHOTTKY勢壘的去除；溫度過高的燒結(jié)會將銀驅(qū)入到PN結(jié)區(qū)或PN結(jié)區(qū)以外的P型區(qū)域。當擴散不均應時，這種現(xiàn)象要特別引起關注。由于銀本身的功函數(shù)較高，不會導致因穿過結(jié)區(qū)與P型硅襯底形成歐姆接觸而短路。但是，會因為銀漿料中的雜質(zhì)擴散到結(jié)區(qū)耗盡層而使載流子復合大為提高，從而降低其性能。21第21頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六總之，磷擴散工序有任何變化，就要重新優(yōu)化銀燒結(jié)條件。順便提到，介電膜如氮化硅等的采用，使以上要求更為保障。一方面，使得機械附著得到保障；同時，“死層效應”降低。當然，介電膜的厚度均勻性和成份均勻性要控制好。22第22頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六2銀柵線的電阻檢測經(jīng)過高溫燒結(jié)后，可以通過測量沿單根柵線的電壓降來檢驗由于銀柵線的電阻造成的損失。方法是，將電池放置在模擬太陽光下，使電池兩極處于短路狀態(tài)以確保有最大電流通過柵線，利用萬用電表測量主柵線與各次柵線靠電池邊緣之間的電壓降。這段距離通常為3厘米左右，對于銀柵線質(zhì)量比較好的情況，所測得的電壓降可以低于20mV；而對于銀柵線質(zhì)量比較差的情況，所測得的電壓降可以高達100mV。比起正常的情況來說，沿柵線較高的電阻損失會使其最大工作點電壓從500mV降到400-450mV，填充因子下降10-20%。23第23頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六3背面鋁漿料的干燥烘干過程的目的是使?jié){料中的溶劑和稀釋劑得到去除。在高溫燒結(jié)過程中，任何殘留的溶劑和稀釋劑會導致漿料往外迸發(fā)形成鼓包。另一方面，一定厚度的背面氧化鋁層是必需的，以使熔化的鋁和鋁/硅保持在其位置上；可見，含氧氣氛是必要的。鋁表面氧化不充分會導致熔化的鋁和硅穿過氧化鋁層而在電池背面形成鋁珠。24第24頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六干燥后，在燒結(jié)過程中印刷漿料里的鋁與硅形成硅/鋁合金，并有一部分鋁粉顆粒熔化而在硅片背面形成一層金屬鋁。燒結(jié)過程不能太短以保證硅/鋁合金的形成，也不能太長而消耗掉所有的鋁。鋁在硅中是作為P型摻雜的，硅片背表面摻鋁形成所謂的鋁背場，可以減少金屬與硅交界處的少子復合（降低暗飽和電流），從而提高開路電壓和增加短路電流，特別是改善對紅外光線的響應。25第25頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六經(jīng)過高溫燒結(jié)后，將電池放置在模擬太陽光下，利用萬用電表依此測量背面與正面各對應位置之間的電壓。正常情況下，除靠近邊緣區(qū)域電壓稍微低一些以外，其它各點電壓應比較均勻。但是，如果某些區(qū)域點的電壓比其周圍區(qū)域的電壓低得太多，可以斷定該區(qū)域存在鋁等金屬污染。4燒結(jié)后正面結(jié)可能鋁污染的檢測26第26頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六硅片邊緣等離子刻蝕過程及控制

由于在擴散過程中，即使采用硅片的背對背擴散，硅片的所有表面（包括正反面和邊緣）都將不可避免地擴散上磷。PN結(jié)的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣擴散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)的背面，而造成短路，該短路通道等效于降低并聯(lián)電阻。因此要制得性能好的太陽電池，需要將該短路通道去除。

27第27頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六redgeRSHILIDRSReff=RSHredge/(RSH+

redge)28第28頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六通常采用等離子體刻蝕法將硅片邊緣擴散有磷的區(qū)域去除。方法是將一定數(shù)量的硅片整齊地疊放在一起，并將上下最兩端的硅片加以保護，然后將這些疊放在一起的硅片置于刻蝕腔內(nèi)。經(jīng)抽真空并引入適當?shù)墓ぷ鳉怏w后，施加一定的射頻能量，即可在疊放在一起的硅片周圍產(chǎn)生等離子體。射頻波能量被反應氣體吸收后將氣體分子離化而產(chǎn)生有活性的離子或自由基，這些離子或自由基通過與硅片邊緣的硅原子的不斷反應而將硅原子帶走，即實現(xiàn)刻蝕。

29第29頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六在等離子體刻蝕工藝中，關鍵的工藝參量是射頻功率和刻蝕時間。如功率太高，等離子體中離子的能量較高而會對硅片邊緣造成較大的轟擊損傷，導致邊緣區(qū)域的電性能變差從而使電池的性能下降。因此，人們通常傾向于采用功率相對較低而時間相對較長的刻蝕工藝。當然，另一方面，等離子體刻蝕過程中，載能離子也會對硅片邊緣附近的正反表面區(qū)域造成影響?？涛g過程越長，這種影響越嚴重。30第30頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六因此，在生產(chǎn)過程中，等離子體刻蝕的功率大小和刻蝕時間長短的選取是一種折衷考慮。較高能量的離子轟擊對邊緣區(qū)域造成的損傷會對邊緣區(qū)域所收集到的載流子有一定程度的減少，因而會導致短路電流稍微降低。其最大后果是會使器件的理想因子“n”增加，因為在結(jié)區(qū)（耗盡區(qū)）造成的損傷會使得結(jié)區(qū)復合增加，從而表現(xiàn)在理想因子的增加。31第31頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六對于較低的等離子功率，需要較長的刻蝕時間。如果刻蝕不足，電池的并聯(lián)電阻會下降，對這種情況需要增加功率或延長刻蝕時間。如果刻蝕時間長到足以對電池片的正反面造成損傷，由于這不可避免地會造成損傷延伸到正面結(jié)區(qū)，因而也會使理想因子“n”增加。如果刻蝕時間過長，會因損傷區(qū)域的高復合而使得開路電壓和短路電流降低。32第32頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六等離子功率太低會使等離子體不穩(wěn)定和分布不均勻，從而造成某些區(qū)域刻蝕過度而某些區(qū)域刻蝕不足，導致并聯(lián)電阻下降。開路電壓的分布測量是檢驗該問題的有效方法，如邊緣刻蝕不足，則接近邊緣區(qū)域時，開路電壓會降低很大（甚至低到200mV）；而正常情況下，該下降應比較小。33第33頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六鈍化減反膜的作用和要求

表面平整的硅片在很寬的波長范圍（400～1050nm）內(nèi)對入射光的反射均高于30%。該反射可以通過表面絨面來降低。但是，一方面，金字塔絨面只能在特定取向（接近100晶向）的硅片上實現(xiàn)，減反的效果只能低到接近10%；另一方面，對于不適合于絨面制備的硅片、因其它考慮要求平表面硅片的電池或為了進一步降低反射，需要在硅片表面制備一層或多層介質(zhì)膜。34第34頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六介質(zhì)膜的種類及制備方法有多種，比如真空加熱沉積、化學氣相沉積、絲網(wǎng)印刷、濺射、電子束蒸發(fā)、離心甩膠甚至噴鍍等等。考慮到介質(zhì)膜的質(zhì)量及生產(chǎn)成本，最常用的減反介質(zhì)膜是氮化硅和二氧化鈦，前者主要采用化學氣相沉積，而后者主要采用噴鍍、化學氣相沉積和絲網(wǎng)印刷。35第35頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六太陽電池制作中對于介質(zhì)膜的要求是：折射率為1.9～2.1。我們注意到，若選擇適當?shù)慕橘|(zhì)層厚度和折射率可以將某一特定波長的入射光反射降低到零。然而，太陽光的光譜范圍包含許多各種不同的波長，零反射條件的選擇只能針對某一波長，其它波長的光的反射會隨與此特定波長的偏離的增大而增加。因此，減反介質(zhì)層的設計要根據(jù)太陽光波長的分布特征和硅材料的吸收特點而作總體考慮。基于這些考慮，對于折射率為1.9～2.1的介質(zhì)層，厚度為80nm左右。這也是為什么生產(chǎn)出來的太陽電池看起來是藍色的，因為較短波長的光比較長波長的光的反射要多。36第36頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六當然，在實驗室一般可以采用多層減反膜以使入射太陽光中多個波長光的反射均降為零，在這種情況下，太陽電池看起來是黑色或深綠色的。通常在大規(guī)模生產(chǎn)中，由于成本的考慮，只采用一層減反膜。原則上，減反介質(zhì)膜可以在生產(chǎn)過程中的不同階段制備。以前，人們?yōu)榱吮苊庖驗橹苽涞臏p反膜需要耐高溫以及減小由此導致的污染，通常將減反介質(zhì)膜的制備安排在生產(chǎn)過程中的最后一步。然而，這種安排的問題是需要將金屬柵線上用于焊接區(qū)域的減反介質(zhì)膜去除以便封裝過程中的焊接。37第37頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六近年來，由于所選擇的減反介質(zhì)膜材料的耐高溫和無污染特性，以及由于可以經(jīng)過燒結(jié)穿透介質(zhì)膜實現(xiàn)歐姆接觸的絲網(wǎng)印刷金屬漿料的開發(fā)，減反介質(zhì)膜材料的制備已被安排在生產(chǎn)過程的中間環(huán)節(jié)。新型絲網(wǎng)印刷金屬漿料和與之相適應的可以通過燒結(jié)穿透實現(xiàn)歐姆接觸的減反介質(zhì)膜沉積技術的開發(fā)是過去20多年來絲網(wǎng)印刷太陽電池技術中最重要的進展。其關鍵點是通過燒結(jié)穿透實現(xiàn)與N型擴散區(qū)的歐姆接觸而同時又不會損壞附近的結(jié)區(qū)。38第38頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六當絲網(wǎng)印刷在30多年以前被用于太陽電池的生產(chǎn)時，為了實現(xiàn)良好的歐姆接觸而又要保證在后續(xù)的燒結(jié)過程中金屬不會穿透到結(jié)區(qū)，磷擴散得比較濃而結(jié)又比較深。因此，過去幾十年以來，絲網(wǎng)印刷太陽電池均采用濃度較高結(jié)比較深的擴散條件。而在絲網(wǎng)印刷之前進行減反膜沉積的新型工藝的采用可以使后續(xù)的燒結(jié)過程中金屬在硅片里的穿透做到盡可能地小。這有兩方面的好處：可以采用較淺的擴散結(jié)以及使燒結(jié)后硅和金屬的接觸面靠近硅片表面。對于金屬穿透比較小的情況，因越靠近硅片表面，磷擴散濃度越高，串聯(lián)電阻就越低。而對于結(jié)比較淺的情況，在發(fā)射區(qū)因光的吸收產(chǎn)生的電子空穴對的收集幾率相對較大。39第39頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六擴散工藝及控制要點

由于硅太陽電池實際生產(chǎn)中均采用P型硅片，因此需要形成N型層才能得到PN結(jié)，這通常是通過在高溫條件下利用磷源擴散來實現(xiàn)的。這種擴散工藝包括兩個過程：首先是硅片表面含磷薄膜層的沉積，然后是含磷薄膜層中的磷在高溫條件下往P型硅片里的擴散。40第40頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六在高溫擴散爐里，汽相的POCl3（phosphorusoxychloride）或PBr3（phosphorustribromide）首先在硅表面形成P2O5（phosphoruspentoxide）；然后，其中的磷在高溫作用下往硅片里擴散。擴散過程結(jié)束后，通常利用“四探針法”對其方塊電阻進行測量以確定擴散到硅片里的磷的總量。對于絲網(wǎng)印刷太陽電池來說，方塊電阻一般控制在40-50/。發(fā)射結(jié)擴散通常被認為是太陽電池制作的最關鍵的工藝步驟。擴散太濃，會導致短路電流降低（特別是短波長光譜響應很差，當擴散結(jié)過深時，該效應還會加?。?；擴散不足，會導致橫向傳輸電阻過大，同樣還會引起金屬化時硅材料與絲網(wǎng)印刷電結(jié)之間的歐姆接觸效果。41第41頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六導致少數(shù)載流子壽命降低的原因還包括擴散源的純度、擴散爐的清潔程度、進爐之前硅片的清潔程度甚至在熱擴散過程中硅片的應力等。擴散結(jié)的質(zhì)量同樣依賴于擴散工藝參數(shù)，如擴散的最高溫度、處于最高溫度的時間、升降溫的快慢（直接影響硅片上的溫度梯度所導致的應力和缺陷）。當然，大量的研究表明，對于具有600mV左右開路電壓的絲網(wǎng)印刷太陽電池，這種應力不會造成負面影響，實際上有利于多晶情況時的吸雜過程。42第42頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六發(fā)射結(jié)擴散的質(zhì)量對太陽電池電學性能的影響反映在串聯(lián)電阻從而在填充因子上：（1）光生載流子在擴散形成的n－型發(fā)射區(qū)是多數(shù)載流子，在這些電子被金屬電極收集之前需要經(jīng)過橫向傳輸，傳輸過程中的損失依賴于n－型發(fā)射區(qū)的橫向電阻；（2）正面絲網(wǎng)印刷金屬電極與n－型發(fā)射區(qū)的電接觸，為了避免形成Schottky勢壘或其它接觸電阻效應而得到良好的歐姆接觸，要求n－型發(fā)射區(qū)的摻雜濃度要高。擴散結(jié)的深度同樣也很關鍵，因為燒結(jié)后金屬電極要滿足一定的機械強度，如果結(jié)太淺，燒結(jié)后金屬會接近甚至到達結(jié)的位置，會導致結(jié)的短路。43第43頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六太陽光譜中，不同波長的光有不同的穿透深度，也就是說不同波長的光在硅材料里的不同深度被吸收。波長越短的光，越在靠近表面的區(qū)域被吸收。在n－型區(qū)空穴是少數(shù)載流子，在p－型區(qū)電子是少數(shù)載流子，每個光子在吸收處產(chǎn)生一對電子－空穴對，由于P-N結(jié)內(nèi)建電場的作用，n－型區(qū)的空穴和p－型區(qū)的電子分別擴散到PN結(jié)附近然后被分離到另一側(cè)成為多數(shù)載流子。44第44頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六因光子被吸收后所產(chǎn)生的電子和空穴（光生載流子）需要擴散一定的距離才能到達PN結(jié)附近，在這一擴散過程中，有些載流子可能會因為復合而消失從而導致短路電流的降低。通常，利用少數(shù)載流子壽命來對此復合損失加以描述。由于硅材料對短波長的光（紫外光和藍光）的吸收主要發(fā)生在表面附加區(qū)域，因此，考慮擴散結(jié)的要求時（擴散濃度和結(jié)深），僅需要對短波長的光加以特別關注。45第45頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六要求一定的擴散濃度以確保因載流子橫向傳輸所經(jīng)過的電阻造成的損失較小。由于濃摻雜會極大地降低少數(shù)載流子的壽命，而結(jié)太深又會增加少數(shù)載流子在擴散到PN結(jié)過程中的復合損失。當橫向薄層電阻低于100/時，太陽電池表面會不可避免地存在一個區(qū)域，在該區(qū)域中由于光被吸收所產(chǎn)生的載流子會因為壽命太短而在擴散到PN結(jié)之前就被復合，從而對電池效率沒有貢獻，該特殊區(qū)域被稱為“死層”。46第46頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六而實際上，絲網(wǎng)印刷太陽電池的橫向薄層電阻通常需要在40-50/，“死層”效應更嚴重。不僅紫外光，即使太陽光譜中最高密度的綠光的貢獻也會受影響。對于綠光，有大約10%的強度會在“死層”被吸收而失去貢獻。相比而言，波長較長的紅光和紅外光因主要在體內(nèi)被吸收，所產(chǎn)生的光生載流子被收集的幾率幾乎不受擴散結(jié)的影響。需要指出的是，即使將薄層電阻升高到100/，由于濃擴散導致的“死層”效應減小，但表面的復合仍然很嚴重，需要進行表面鈍化。因此，要制備高效太陽電池，需要同時滿足淡摻雜和表面鈍化兩個條件。47第47頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六太陽電池的開路電壓與器件內(nèi)部的復合息息相關。復合越小，開路電壓越高。同樣，復合情況也影響著飽和暗電流。由于“死層”里的復合速率非常高，在表面和“死層”里所產(chǎn)生的光生載流子對短路電流和復合電流均沒有貢獻，因而對飽和暗電流也沒有貢獻。由于絲網(wǎng)印刷太陽電池的表面擴散濃度較高，“死層”效應較嚴重，硅片本身的質(zhì)量和背表面復合對其開路電壓的影響更嚴重。48第48頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六切割損傷層腐蝕和制絨要求及有關考慮

1切割損傷層腐蝕線切割損傷可達10~20μm濃NaOH(通常為30%W/V)在約80oC時對硅片的腐蝕速度大約為2μm/min。每次腐蝕后需適量補充。需為NaOH煙霧和反應所產(chǎn)生的氫氣提供較好的排風。對于NaOH濃度高于20%W/V的情況，腐蝕速度主要取決于溶液的溫度，而與實際濃度關系很小。49第49頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六所積累的硅酸鈉是影響腐蝕速度的另一個因素，隨著硅酸鈉濃度的增加，溶液的粘性會增加，因而會妨礙反應所產(chǎn)生的氫的釋放。這會反過來降低硅片表面NaOH的腐蝕效率，即降低腐蝕速度。最終，硅酸鈉的濃度會增加到足夠高，使所產(chǎn)生的氫都限定在硅片的表面，以致硅片盒漂浮起來。所產(chǎn)生的硅酸鈉要保留一定的時間(數(shù)周甚至數(shù)月)，因為在溶液中保留適量的硅酸鈉可以抑制NaOH對硅片表面的拋光作用。有些制造商刻意利用有很高硅酸鈉含量的NaOH腐蝕液，將腐蝕速度降低到約1μm/min以避免形成很平的拋光表面。在這種情況下，硅片表面表現(xiàn)得很粗糙。有制造商認為，這種表面對于后續(xù)的金字塔成核生長更有利。50第50頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六腐蝕過度會使得硅片太薄從而降低生產(chǎn)成品率。但腐蝕不足會導致三個可能的問題:殘余缺陷，殘余缺陷在后續(xù)高溫過程中往材料深處進一步擴展，切割過程中導致的雜質(zhì)未能完全去除。硅酸鈉的熱導性能很差。通常，當硅酸鈉超過一定量時，腐蝕過程中放出的熱量會超過從溶液表面和容器側(cè)面所散發(fā)的熱量，使得整個溶液的溫度持續(xù)升高。在這種情況下，需要去除一部分硅酸鈉。一般是去除一半左右以保持足夠的硅酸鈉含量從而得到所需的硅片表面拋光。51第51頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六一旦硅酸鈉的濃度超過一定的量，溶液需保持在室溫以上，以防固化而造成的不便。硅酸鈉的熱導很差，融化過程非常慢。用電加熱熔化時要特別小心以免過多的熱量積累會使電加熱元件燒壞。要將加熱功率控制得很小。通常設置在1-2天的熔化過程。高濃度的NaOH溶液的比重比水要大得多。為了防止?jié)舛忍荻仍斐傻臏囟群透g不均勻性，當從高濃度的NaOH溶液配置30%W/V溶液時，要充分攪動以確?；旌暇鶆?。腐蝕完成以后，硅片要盡快地轉(zhuǎn)移到?jīng)_洗槽或絨面腐蝕槽。如果超過15秒，硅酸鈉就會固化在硅片表面而影響后面的絨面腐蝕等。52第52頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六絨面腐蝕是利用各向異性腐蝕，即硅片的不同晶面具有不同的腐蝕速度。對于硅材料來說，高原子排列密度的<111>面要比其它晶面腐蝕的慢。因此，對于晶向為(100)的硅片，腐蝕以后，暴露出的四個<111>面就會形成一個正金字塔。在硅片的整個表面形成這種正金字塔結(jié)構就稱為絨面化。形成高質(zhì)量絨面結(jié)構要克服的難點在于，稀釋的NaOH溶液傾向于腐蝕金字塔的頂部。這將會漸漸地摧毀現(xiàn)存的金字塔。最終絨面結(jié)構的質(zhì)量將取決于新的金字塔成核速率與現(xiàn)存金字塔的受破壞快慢的競爭。2絨面腐蝕53第53頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六高質(zhì)量的絨面結(jié)構是指：金字塔均勻分布，大小為3～8μm，硅片表面100%被覆蓋，金字塔底部是方形的。抑制現(xiàn)存的金字塔受破壞的最通常的方式是在稀釋的NaOH溶液中添加異丙醇。普遍認為，從異丙醇中產(chǎn)生沉淀在絨面腐蝕液中的碳會附著在硅片的表面從而防止那一點的腐蝕。這樣，金字塔的成核生長就是以碳附著點為金字塔頂而進行的。如果高密度的碳沉淀能夠在硅片表面保留約15～20分鐘，就可以得到高質(zhì)量的絨面結(jié)構。54第54頁，共60頁，2023年，2月20日，星期六最常規(guī)的制絨過程是，將2%W/V的NaOH溶液加熱到90C左右，在30秒鐘內(nèi)將5%（體積比）的異丙醇緩緩加入，然后將硅片浸入，15