陳雨晴+葛海亮

摘 要：硅片切割技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了晶體硅太陽(yáng)電池的不斷改進(jìn)，晶體硅太陽(yáng)電池越來(lái)越薄，生產(chǎn)成本逐漸降低。本文以全球光伏發(fā)電的發(fā)展為出發(fā)點(diǎn)，闡述太陽(yáng)電池的工作原理，并分析超薄晶體硅太陽(yáng)電池關(guān)鍵工藝和產(chǎn)業(yè)化，以期為相關(guān)工作人員提供一定的借鑒，為超薄晶體硅太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展指明方向。

關(guān)鍵詞：超薄電池；晶體硅太陽(yáng)電池；產(chǎn)業(yè)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.069

隨著人們對(duì)氣候水平的不斷關(guān)注，帶動(dòng)了可再生能源的迅速發(fā)展。光伏是一種重要的可再生能源，近年來(lái)，得到迅猛的發(fā)展，在發(fā)達(dá)國(guó)家被廣泛的開(kāi)發(fā)，具有很大的潛力。晶體硅太陽(yáng)電池在我國(guó)的市場(chǎng)占很大比例，成本逐漸降低，太陽(yáng)能行業(yè)朝著平價(jià)上網(wǎng)的趨勢(shì)發(fā)展，這一發(fā)展趨勢(shì)的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)降低生產(chǎn)成本及不斷提升電池效率。降低生產(chǎn)成本是以降低每峰瓦硅料的耗損料為出發(fā)點(diǎn)。在確保正常生產(chǎn)的情況下，盡量降低硅片的厚度，進(jìn)而有效的降低生產(chǎn)成本。

1 硅片切割技術(shù)

多線研磨液硅片切割技術(shù)是較為傳統(tǒng)的切割技術(shù)，傳統(tǒng)切割技術(shù)是以碳化硅和PEG為媒介切割硅片，這種切割方式會(huì)對(duì)硅片造成較大的損傷，導(dǎo)致傳統(tǒng)的切割技術(shù)無(wú)法得到較薄的硅片，無(wú)法進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。金剛線切割技術(shù)是最新的切割技術(shù)，這種技術(shù)對(duì)附有金剛石的金屬線進(jìn)行切割，水是在切割過(guò)程中常用的冷卻劑。采用此種切割技術(shù)耗費(fèi)較高，但是，使用方便、快捷，運(yùn)營(yíng)成本降低，金剛線切割技術(shù)以其獨(dú)特的魅力受到青睞。PolyMax是由SiGen開(kāi)發(fā)的一種新型技術(shù)，這種技術(shù)的使用開(kāi)啟了超薄硅片產(chǎn)量化的局面。PolyMax切割技術(shù)是在硅錠中注入離子束，經(jīng)過(guò)撕裂，將其分割成為厚度一定的硅片。這樣的方式降低了原料的使用量，并簡(jiǎn)化了工藝流程，減少了粘貼、切割、清洗等步驟。如果PolyMax切割可以進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)，降低硅片的厚度和使用率，便可以實(shí)現(xiàn)成本的降低。理論上說(shuō)，硅片越薄，企業(yè)的生產(chǎn)成本越低。但是，在進(jìn)行切割的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的碎片，如何降低碎片率的問(wèn)題擺在了企業(yè)的面前。事實(shí)表明，只有盡量減少制作的步驟，才能盡可能降低硅片的碎片率。

2 自動(dòng)化生產(chǎn)

近些年來(lái)，受到國(guó)際經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的影響，部分國(guó)外光伏企業(yè)沒(méi)能經(jīng)受住考驗(yàn)，相繼破產(chǎn)，但是，我國(guó)光伏企業(yè)受到國(guó)際市場(chǎng)的影響不大，主要是由于光伏行業(yè)需要大量的勞動(dòng)力，屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，而我國(guó)的人力成本明顯低于其他國(guó)家。當(dāng)光伏產(chǎn)業(yè)中的超薄電池成為主要產(chǎn)品時(shí)，由于超薄硅片在生產(chǎn)的過(guò)程中容易受到破損，手工操作會(huì)加大硅片損壞的概率，所以，采用大量勞動(dòng)力的生產(chǎn)方式已經(jīng)對(duì)超薄硅片的發(fā)展起到了阻礙作用，未來(lái)太陽(yáng)電池的制作將以生產(chǎn)全自動(dòng)為主要方向。

3 電極制備

電極的制備是指網(wǎng)絲印刷和燒結(jié)的過(guò)程。電極制備使用的是減反射膜的太陽(yáng)電池。首先，要在電池的反面刷上銀漿，經(jīng)過(guò)烘干后，刷上一層鋁漿，再繼續(xù)烘干，將電池的正面刷上銀漿，將溫度升高到800-880攝氏度左右的時(shí)候進(jìn)行燒結(jié)，晶體硅光伏電池的正負(fù)極制作完成。

漿料的不斷改進(jìn)有利于太陽(yáng)電池技術(shù)的不斷發(fā)展。當(dāng)硅片的厚度不斷下降時(shí)，漿料經(jīng)過(guò)高溫作用后的翹曲率較低。如果電池片的翹曲程度過(guò)高，不僅對(duì)電池的性能產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，還會(huì)增加制作過(guò)程中的破碎率。

電池生產(chǎn)過(guò)程中已采用Ni/Cu/Ag等結(jié)構(gòu)的前電極電鍍和背面蒸鍍鋁工藝。在經(jīng)過(guò)電鍍和蒸鍍鋁過(guò)程后，只需要經(jīng)過(guò)低溫的退火過(guò)程，能與歐姆產(chǎn)生良好的接觸，從而避免翹曲現(xiàn)象的發(fā)生。電鍍和蒸鍍鋁技術(shù)的使用對(duì)電池的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)化，有效地降低了碎片率。電鍍工藝因其制作成本低、工藝過(guò)程監(jiān)督等優(yōu)勢(shì)成為企業(yè)研究的重點(diǎn)工藝，也是未來(lái)超薄晶體硅太陽(yáng)電池制作發(fā)展的趨勢(shì)。

4 電池結(jié)構(gòu)改進(jìn)

超薄電池的翹曲問(wèn)題得以解決離不開(kāi)對(duì)漿料的改進(jìn)。我們需要利用先進(jìn)的電池結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的電池結(jié)構(gòu)。背面鈍化的局域金屬接觸結(jié)構(gòu)的背面反射器、背面鈍化的性能較為優(yōu)良，是未來(lái)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢(shì)。雙面電池結(jié)構(gòu)，由于不具備全鋁背場(chǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)解決硅片翹曲問(wèn)題很有幫助。但是，在雙面電池結(jié)構(gòu)中，只有安裝優(yōu)良的反射器才能將光的透射程度降低。

5 制絨及后清洗工藝

當(dāng)硅片的厚度小于100微米時(shí)，使用傳統(tǒng)的堿制絨工藝會(huì)起到雙面制絨的效果，當(dāng)晶硅“金字塔”的高度為5微米時(shí)，雙面“金字塔”的高度會(huì)達(dá)到10微米，會(huì)對(duì)超薄硅片造成一定的威脅，導(dǎo)致電池的碎片率增加。為了有效地解決這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)采用小絨面結(jié)構(gòu)，也可使用單面堿制絨等新型工藝進(jìn)行單面制絨。

現(xiàn)階段，主要使用滾輪單面去背結(jié)流水線為后清洗設(shè)備，硅片的厚度有明確的要求，應(yīng)控制在140-160微米，對(duì)于較薄硅片的產(chǎn)業(yè)化，使用單面化學(xué)濕法腐蝕去背結(jié)，會(huì)導(dǎo)致硅片邊緣化受到侵蝕。當(dāng)硅片的厚度過(guò)小時(shí)，硅片的韌性會(huì)得到充分體現(xiàn)，在后清洗的過(guò)程中，硅片會(huì)出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象，現(xiàn)有的設(shè)備難以去背結(jié)。所以，需要依據(jù)硅片的厚度對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，從而更好地進(jìn)行生產(chǎn)工作。

6 p-n結(jié)制作

通過(guò)熱擴(kuò)散、離子注入的方式可以完成p-n結(jié)制作，但是，熱擴(kuò)散法制結(jié)能夠達(dá)到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)目標(biāo)。熱擴(kuò)散法制結(jié)是將V族雜質(zhì)加入p型或者n型硅中，這個(gè)過(guò)程是在加熱的條件下進(jìn)行的。雜質(zhì)元素會(huì)在加熱的條件下通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入基體，溫度不同導(dǎo)致雜質(zhì)元素在基體中的分布不同，對(duì)電池的電性能產(chǎn)生很大的影響。

擴(kuò)散需要在清潔的環(huán)境下進(jìn)行。擴(kuò)散所用的器材必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的清潔，要保證相關(guān)試劑的純度符合標(biāo)準(zhǔn)。熱擴(kuò)散之后，硅片周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生擴(kuò)散層。實(shí)現(xiàn)光轉(zhuǎn)換必需的硅片光照面被稱為前結(jié)。在接下來(lái)的工序中，要想辦法將p-n結(jié)及擴(kuò)散層去除。

硅片切割技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了晶體硅太陽(yáng)電池的不斷改進(jìn)，晶體硅太陽(yáng)電池越來(lái)越薄，太陽(yáng)電池的生產(chǎn)成本逐漸降低。通過(guò)對(duì)晶體硅太陽(yáng)電池關(guān)鍵工藝的分析描述，并提出產(chǎn)業(yè)化的想法，希望能為超薄晶體硅太陽(yáng)電池關(guān)鍵工藝及產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展指明方向，更好地發(fā)揮出太陽(yáng)電池在人們生活中的作用，為人們的生活謀取更大的福利。

參考文獻(xiàn)：

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