【摘 要】提出了一種基于現(xiàn)有的P型單晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)N型單晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的技術(shù)方法，硅片在預(yù)清洗和表面織構(gòu)化處理后，通過(guò)改善鋁合金層來(lái)達(dá)到提升效率，實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。分析了這種電池結(jié)構(gòu)的原理以及鋁合金層對(duì)N型晶體硅太陽(yáng)能電池性能的影響，因此這是一種新型基于現(xiàn)有P型晶體硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)批量化N型單晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的技術(shù)方法。

【關(guān)鍵詞】N型單晶硅；制絨；反型層；燒結(jié)

0 引言

能源是國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，目前廣泛使用的石油、煤炭、天然氣等傳統(tǒng)化石能源面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。不斷變暖的全球氣候、惡化的人類生態(tài)環(huán)境、常規(guī)能源資源短缺并造成環(huán)境污染的形勢(shì)下。我國(guó)的《中華人民共和國(guó)可再生能源法》已經(jīng)從立法角度推進(jìn)可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用，這是解決我國(guó)能源與環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略決策。

在小水電、太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐、地?zé)帷⑸镔|(zhì)能等可再生能源中，不論從資源的數(shù)量、分布的普遍性，還是從清潔性、技術(shù)的可靠成熟性來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能都具有更大的優(yōu)越性，所以太陽(yáng)能光伏發(fā)電得到了世界各國(guó)政府的重視和支持。在技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)和逐步完善的法律法規(guī)的政策驅(qū)動(dòng)下，最近10年光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。光伏發(fā)電已成為可再生能源利用的首要方式，而晶體硅太陽(yáng)電池一直占據(jù)著光伏市場(chǎng)的最大份額。

針對(duì)國(guó)內(nèi)都是基于P型晶體硅電池的生產(chǎn)線，本文撰寫(xiě)的技術(shù)方法是通過(guò)變化電池的PN結(jié)構(gòu)，提升鋁合金層的性能，在原有的P型晶體硅電池生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)N型晶體硅電池批量生產(chǎn)。節(jié)約了制造成本，得到了比較好的效果。

1 理論分析

絲網(wǎng)印刷鋁漿在N型晶體硅襯底上是一種簡(jiǎn)單有效的形成P-N結(jié)的一種方式，代替了在高溫爐管中的硼擴(kuò)散，正因?yàn)槿绱耍晕覀儗?duì)鋁的摻雜層進(jìn)行了分析研究。我們對(duì)比了快速和慢速升降溫對(duì)鋁合金層的影響，在傳統(tǒng)的NPP+結(jié)構(gòu)中，合金層的非連續(xù)性對(duì)Voc有15mv的影響，但是對(duì)于NP結(jié)構(gòu)電池，這種非連續(xù)性的影響討論很少，我們可以通過(guò)改善這種非連續(xù)性提升電池的轉(zhuǎn)換效率。P型和N型晶體硅電池的原理結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 P型晶體硅電池結(jié)構(gòu)和N型晶體硅電池結(jié)構(gòu)

這里是一個(gè)簡(jiǎn)單的晶體硅太陽(yáng)能電池的模擬電路，如圖2所示，其中Rs為串聯(lián)電阻，Rsh為并聯(lián)電阻，I01為體復(fù)合和表面復(fù)合漏電流，I02為PN結(jié)和邊緣復(fù)合漏電流，IL為光致電流。其余部分是由于鋁合金層的非連續(xù)性導(dǎo)致的電阻和二極管效應(yīng)。

圖2 晶體硅太陽(yáng)能電池等效電路圖

2 試驗(yàn)

本文用N型單晶硅125mm硅片，制絨工藝采用堿制絨，在硅片表面形成道金字塔形織構(gòu)，擴(kuò)散工藝采用POC13液態(tài)源擴(kuò)散，用稀氫氟酸和硝酸混合液除去磷硅玻璃和進(jìn)行背刻蝕后，用PECVD沉積氮化硅減反射膜，然后全部進(jìn)行絲網(wǎng)印刷電極和鋁漿，燒結(jié)成NP型結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池[2]。

我們絲網(wǎng)印刷鋁漿的厚度在20～30微米，根據(jù)不同鋁漿的特性以及固含量有所區(qū)別，使用的是DESPATCH的9溫區(qū)的網(wǎng)帶式燒結(jié)爐，設(shè)置溫度的最高值為980℃。我們通過(guò)不同的試驗(yàn)條件可以觀察NP結(jié)構(gòu)晶體硅電池的反型層的非連續(xù)性[3]，如圖3所示。

圖3 N型電池背部結(jié)的非連續(xù)性

圖4 第二組數(shù)據(jù)I-V模擬圖

電性能參數(shù)數(shù)據(jù)如下：

第一組數(shù)據(jù)（帶速160）：溫度為820時(shí)，Voc為382mv、Isc為3.96A、FF為52，轉(zhuǎn)換效率為13.2%；溫度為840時(shí)，Voc為412mv、Isc為3.77A、FF為55，轉(zhuǎn)換效率為13.8%；溫度為860時(shí)，Voc為598mv、Isc為4.82A、FF為65，轉(zhuǎn)換效率為15.6%；溫度為880時(shí)，Voc為602mv、Isc為4.34A、FF為52，轉(zhuǎn)換效率為14.5%；溫度為900時(shí)，Voc為611mv、Isc為3.65A、FF為55，轉(zhuǎn)換效率為13.6%；

第二組數(shù)據(jù)（帶速250）：溫度為820時(shí)，Voc為602mv、Isc為4.83A、FF為55，轉(zhuǎn)換效率為13.2%；溫度為840時(shí)，Voc為608mv、Isc為4.96A、FF為58，轉(zhuǎn)換效率為14%；溫度為860時(shí)，Voc為626mv、Isc為5.32A、FF為76，轉(zhuǎn)換效率為17.8%；溫度為880時(shí)，Voc為628mv、Isc為5.08A、FF為55，轉(zhuǎn)換效率為14.6%；溫度為900時(shí)，Voc為632mv、Isc為4.67A、FF為58，轉(zhuǎn)換效率為13.7%；

對(duì)第二組數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行模擬圖分析如圖4所示。

從數(shù)據(jù)分析得知，Voc不僅取決于PN結(jié)的一致性，而且也取決于結(jié)的深度。過(guò)高或者過(guò)低的溫度都會(huì)影響Isc和FF[4]。

3 結(jié)論

通過(guò)我們的試驗(yàn)和在生產(chǎn)線的實(shí)踐證明，普通的P型晶體硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線，在不增加設(shè)備和改變產(chǎn)線設(shè)置的情況下，通過(guò)調(diào)整燒結(jié)溫度保證鋁反型層的一致性和深淺，得到轉(zhuǎn)換效率為17.8%的N型晶體硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]施敏.半導(dǎo)體器件物理[M].黃振崗，譯.電子工業(yè)出版社，1987，12.

[2]J.Zhao， A. Wang P.P.Altermatt and M.A.Green，”High Efficiency PERT Cells on High Quality N-Type CZ Silicon Substates”，Technical Digest of the 12th International Photovoltaic Science and Engineering Conference[M]. Cheju Island，Korea，2001：19-22.

[3]何捍衛(wèi).鋁粉粒度和燒結(jié)溫度對(duì)硅太陽(yáng)能電池鋁背場(chǎng)結(jié)深及光電轉(zhuǎn)化率的影響，粉末冶金材料科學(xué)與工程，Oct.2012，VOL17，NO.5[Z].

[4]任丙彥.硅光單體電源鋁背場(chǎng)吸雜對(duì)非平衡少子壽命的影響[Z].半導(dǎo)體學(xué)報(bào)，Aug.2004，VOL.25，No.8。

[責(zé)任編輯：曹明明]