杜娟 張萬輝 侯雯文

摘? 要：太陽電池由于能夠?qū)μ柲苓M行有效吸收，并轉換為電能，而得到廣泛應用。在實際應用中發(fā)現(xiàn)，單晶太陽電池組件常常會出現(xiàn)光衰現(xiàn)象，因此對電池的整體性能造成影響。為此，可對太陽電池制備中的擴散工藝進行優(yōu)化改進，借此來降低單晶太陽電池組件的光衰?；诖它c，該文從單晶太陽電池組件光衰的成因及危害分析入手，論述了降低單晶太陽電池組件光衰的擴散工藝。希望通過該文的研究能夠?qū)尉栯姵匦阅艿倪M一步提升有所幫助。

關鍵詞：單晶太陽電池;光衰;擴散工藝

中圖分類號：TM914? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 單晶太陽電池組件光衰的成因及危害

1.1 光衰的成因

相關研究結果表明，單晶太陽電池組件輸出功率的衰減由2個階段組成，其中第一個階段為初始光衰，在這個階段，單晶太陽電池組件的輸出功率會出現(xiàn)較大幅度的下降，下降過程基本上都是出現(xiàn)在電池剛開始使用的一段時間，隨著使用時間的推移，電池的輸出功率會逐步趨于穩(wěn)定狀態(tài)。引起單晶太陽電池組件初始光衰的主要原因如下：摻雜硼的晶體硅片中，硼氧復合體的存在使少數(shù)載流子的壽命降低，由于摻硼半導體中電子為少數(shù)載流子，電子的壽命降低，輸出功率自然會隨之下降;第二個階段是單晶太陽電池組件使用一段時間后，因組件出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，而引起輸出功率下降，這是自然的老化衰減，只要組件使用，就無法避免老化。

1.2 光衰的危害

當單晶太陽電池出現(xiàn)光衰之后，組件的輸出功率會在最初使用階段大幅度下降，由此會導致太陽電池的標稱功率與實際功率不符。同時單晶太陽電池組件是由多個電池片組合而成，如果電池片的光衰不一致，則會使電性能相同的電池片在光照之后，出現(xiàn)較大的偏差，這樣一來，組件的曲線會發(fā)生異常，并且還會形成熱斑現(xiàn)象，從而引起太陽電池組件失效。太陽電池出現(xiàn)熱斑后，溫度會顯著增大，隨著透光率的下降，熱斑會進一步惡化，電池組件則會失效。

2 降低單晶太陽電池組件光衰的擴散工藝

2.1 擴散工藝的原理

當太陽電池選用的硅片為P型半導體時，在對單晶進行拉制的過程中，通常需要摻入硼這種金屬元素，利用切片機對硅棒進行切割后，便可得到P型硅片。將硅片放入石英管內(nèi)，并通入含磷氣體，在高溫作用下，氣體中的磷會被分解出來，當磷充滿石英管后，會將硅片包圍起來，這樣磷便會進入硅片的表層，并逐步向內(nèi)部滲透擴散。硅片上有磷的一面會形成N型半導體，未被磷滲透的另一面仍然為P型半導體，而在硅片內(nèi)部會形成太陽電池所需要的PN結，上述過程就是擴散工藝的基本原理。

2.2 傳統(tǒng)擴散工藝的不足

單晶太陽電池組件的光衰現(xiàn)象是電池生產(chǎn)過程中需要解決的關鍵問題之一。目前，國內(nèi)的光伏行業(yè)在解決太陽電池組件光衰現(xiàn)象時，普遍采用的是擴散工藝，經(jīng)過擴散工藝處理后的電池片少數(shù)載流子的壽命可以達到10 ?s。通常情況下，想要使單晶太陽電池組件的光衰進一步降低，擴散后的電池片方塊電阻與少數(shù)載流子的壽命應盡可能高，如果方塊電阻超過85Ω，會使電池片的輸出功率有所降低，這樣一來，太陽電池組件的輸出功率會隨之下降。

2.3 擴散工藝的優(yōu)化途徑

由上文分析可知，傳統(tǒng)的擴散工藝存在一定的缺陷，為了彌補這一缺陷，可對擴散工藝進行優(yōu)化改進，經(jīng)過優(yōu)化之后的擴散工藝流程如圖1所示。

2.3.1 優(yōu)化思路

在對傳統(tǒng)擴散工藝進行優(yōu)化時，基于的是以下思路：通過對硅片表面進行氧化處理，能夠使硅片形成一層較為均勻的二氧化硅薄膜，這層薄膜可以起到控制擴散速率的作用，由此可使直接擴散引起的缺陷問題隨之減少。不僅如此，隨著二氧化硅薄膜的加入，擴散深度能夠得到有效控制，硅片表面的鈍化效果自然會隨之改善;首次擴散主要是借助氮氣攜帶磷源加入反應腔內(nèi)進行高溫擴散，由此可在硅片表面形成雜質(zhì)層;利用高溫推進，能夠使硅片表面的雜質(zhì)層持續(xù)推進到所需的深度，從而形成太陽電池的核心部分，即PN結;當PN結形成之后，可對硅片進行二次擴散，其目的是對首次擴散中形成的雜質(zhì)濃度梯度進行有效消除，當雜質(zhì)濃度消除之后，PN結會變得更加均勻;最后對硅片進行退火處理，以此來消除擴散過程中產(chǎn)生的死層。

2.3.2 優(yōu)化擴散工藝的實現(xiàn)路徑

2.3.2.1 氧化處理

將預先準備好的硅片，放入擴散爐當中，然后，將爐溫設定為800 ℃，向擴散爐中通入氮氣，流量控制在15 000 sccm，并將擴散爐管的壓力設定為常壓，整個過程維持11 min，這樣做的主要目的是使爐管內(nèi)的氣場達到均勻。隨后再向擴散爐中通入氮氣，流量控制在14 000 sccm，同時通入氧氣，流量控制在1 000 sccm，借此來對硅片表面進行氧化處理，時間控制在3 min。

2.3.2.2 首次擴散

經(jīng)過氧化處理之后的硅片可進行首次擴散，整個過程分為2個環(huán)節(jié)，首先是擴散環(huán)節(jié)，可將氮氣作為保護氣體，通入流量控制在14 000 sccm，然后通入氧氣和磷源，前者的流量控制在500 sccm，而后者可由氮氣攜帶進入反應爐當中，流量設定為675 sccm，擴散后，硅片表面會形成雜質(zhì)層。其次是穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，在該環(huán)節(jié)中，可向爐內(nèi)通入氮氣，流量控制在15 000 sccm，在常壓狀態(tài)下持續(xù)10 min，借此來使爐內(nèi)的氣場和熱場保持穩(wěn)定，為高溫推進提供條件。

2.3.2.3 高溫持續(xù)推進

向擴散爐的爐管中通入氮氣，流量控制在15 000 sccm，并將爐管壓力設定為常壓，將擴散爐的溫度調(diào)整到850℃，持續(xù)時間控制在10 min。借助擴散爐內(nèi)的溫度變化，使硅片表面的雜質(zhì)層向內(nèi)部滲透，由此可使磷進入硅片內(nèi)部，從而形成太陽電池的核心，即PN結。

2.3.2.4 二次擴散

該環(huán)節(jié)的操作方法與首次擴散基本相同，在此不進行贅述，其主要作用是將首次擴散所形成的雜質(zhì)濃度梯度變化消除掉。

2.3.2.5 退火處理

受高溫持續(xù)推進的作用，磷和硅發(fā)生反應后會形成合金，通過退火處理，能夠使擴散爐的爐管溫度隨之降低，從而達到消除合金層的目的。在操作時，可將爐管壓力設定為常壓，然后向擴散爐中通入氮氣，流量控制在25 000 sccm，并將降溫速率設定為-4℃/min，持續(xù)時間控制在15 min。經(jīng)過退火處理之后，合金會轉變?yōu)榱坠璨Ａ?，在太陽電池的刻蝕工序中可將其徹底清除。

3 結論

綜上所述，單晶太陽電池組件存在光衰的現(xiàn)象，為了有效降低光衰，可對傳統(tǒng)的擴散工藝進行改進優(yōu)化，通過氧化處理、首次擴散、高溫持續(xù)推進、二次擴散和退火處理，可以使太陽電池組件的光衰顯著降低，電池的輸出功率隨之提高。

參考文獻

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