李雪方， 賈宇龍， 郭 衛(wèi)

(山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046000)

引 言

目前，P型PERC電池將仍是光伏行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。相對各企業(yè)來說，高效PERC電池生產設備的采購需要大量資金，而多晶市場逐漸退出市場，在多晶設備的基礎上改造同樣需要大量資金。對部分企業(yè)來說，如何尋求最優(yōu)的發(fā)展生存路線是關鍵，準單晶也是一個研究方向。單晶硅是通過直拉法制得，制得的單晶硅片每片只有一個晶粒，具有低缺陷和高的轉換效率，但成本高、產量小。而多晶硅片往往含有大量的晶界及缺陷，轉換效率較低[1]。準單晶[2]是基于多晶鑄錠的工藝，在長晶時通過部分使用單晶籽晶，獲得外觀和電性能均類似單晶的多晶片。相較于多晶，準單晶硅片晶界少，位錯密度低；相較于單晶，準單晶的光致衰減低約1/4～1/2。準單晶最早是在2006年由BP solar公司研究成功，該公司生產的Mono2TM產品轉換效率達到18%，接近于單晶效率。2007年生產出準單晶太陽能電池組件，并進行了可靠性測試。

本文將利用現(xiàn)有的多晶和普通單晶電池片生產工藝設備，設計不同實驗流程，以此來獲得適合準單晶電池片的生產工藝。

1 實驗設計

本文主要設計以下4種生產工藝流程，即4組實驗。

A：制絨工藝采用單晶堿制絨工藝，剩下工藝采用普通多晶的生產工藝。即：單晶制絨→多晶擴散→多晶切邊→多晶PECVD→多晶絲網印刷。

B：制絨工藝采用單晶堿制絨工藝，剩下工藝采用普通多晶的生產工藝，并增加熱氧工藝。即：單晶制絨→多晶擴散→多晶切邊→多晶熱氧→多晶PECVD→多晶絲網印刷。

C：制絨工藝采用單晶堿制絨工藝，絲網前采用普通單晶工藝路線，絲網采用多晶絲網印刷。即：單晶制絨→單晶低壓擴散→單晶酸拋→單晶熱氧→單晶正PECVD→多晶絲網印刷。

D：準單晶電池片使用普通單晶生產工藝，絲網網版均用的是多晶的生產網版，正銀漿料為單晶正銀漿料，背銀和背場均為多晶漿料。即：單晶制絨→單晶低壓擴散→單晶酸拋→單晶熱氧→單晶正PECVD→單晶絲網印刷。

2 結果分析

實驗各組工藝參數(shù)如表1 所示，電性能參數(shù)如第17頁表2所示。

從4組實驗的電學參數(shù)可以看出，準單晶電池片的轉換效率比當時批量生產的金剛多晶硅片的轉換效率要高很多，主要表現(xiàn)為開壓和電流有大幅提升。準單晶硅片與多晶硅片相比，其晶界少，位錯密度低。在晶硅的晶粒界面處可以形成一定寬度的耗盡層和勢壘，同時又是復合中心，晶界越少，對開路電壓和短路電流越有利，獲得的轉換效率越高[3]。

表1 各工藝參數(shù)

表2 實驗各電學參數(shù)

為提高晶體硅電池片對光的吸收，減少光的反射，一般采用表面織構化和表面沉積減反射膜的方法。目前工業(yè)化生產時，采用PECVD法在硅片表面沉積氮化硅膜層，而其與晶體硅形成的界面處由于晶格失配比較嚴重，會出現(xiàn)嚴重的復合。二氧化硅與晶體硅形成的界面性能要更優(yōu)，所以，為了達到比較理想的鈍化和減反效果，在實際中，一般采用熱氧工藝低溫生長制備所需的二氧化硅薄膜, 然后再PECVD 工藝沉積氮化硅膜。二氧化硅和氮化硅雙層膜可以起到鈍化和減反射雙重作用。

本實驗B、C、D的熱氧工藝均是在常規(guī)的擴散設備中導入熱氧工藝進行的。 實驗B中，在多晶生產工藝基礎上增加熱氧工藝后，準單晶電池轉換效率有所下降，其中短路電流和開路電壓均下降，并阻下降幅度最大，且反向電流明顯增大。初步懷疑是所選擴散機臺潔凈度未能達到工藝要求。C組實驗，除絲網采用多晶生產工藝，其他采用單晶生產工藝。從數(shù)據(jù)可以看出，轉換效率明顯有提升。但在抽片進行EL檢測時，發(fā)現(xiàn)輕微的燒不透現(xiàn)象，分析認為，多晶絲網燒結工藝與前期的單晶工藝存在不匹配的可能性。

圖1為C組轉換效率散點圖。從散點圖中可以看到，采用C的工藝步驟時，準單晶的轉換效率波動幅度大，且不乏20.00%左右的轉換效率，可見該工藝步驟有很大的優(yōu)化空間，因絲網是使用多晶生產工藝，因此絲網印刷將是下組實驗的主要優(yōu)化目標。為此，設計了D組實驗步驟。

圖2是D組實驗的轉換效率散點圖，圖3是D組實驗效率分布圖。D組實驗中，絲網印刷匹配了單晶正銀漿料，并且燒結溫度作相應的調整，電極與基體硅形成了良好的歐姆接觸，從表2數(shù)據(jù)可以看出，準單晶使用單晶生產工藝后，開路電壓和短路電流較C組又有較為明顯的提升，轉換效率也得到改進。同時，從效率散點圖和分布圖可以看到，D組實驗獲得的準單晶效率分布均勻。

圖1 C組轉換效率散點圖

圖2 D組轉換效率散點圖

圖3 D組效率分布圖

本次實驗中，準單晶電池片使用單晶生產工藝，可以獲得接近于普通單晶的轉換效率。

3 結論

準單晶是外觀和性能類似于單晶硅的多晶硅片。通過多晶生產工藝和單晶生產工藝的對比，準單晶硅更適合普通單晶硅的生產步驟來制備電池片。實驗中，采用單晶生產工藝，并匹配合適的燒結工藝，獲得了20.06%的轉換效率。

準單晶作為一種高轉換效率低成本材料，它的研究有重要意義。雖然準單晶硅的技術還存在一些問題，但長遠發(fā)展看，它對光伏發(fā)展有積極的意義。