畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）太陽(yáng)能電池片制造工藝及鋁背場(chǎng)鈍化工藝的研究.

1、太陽(yáng)能電池片制造工藝及鋁背場(chǎng)鈍化工藝的研究摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求變得多樣化，由于原始能源的獲取主要通過(guò)煤、石油、天然氣等石化能源，但是這些能源變得越來(lái)越少，同時(shí)還會(huì)造成環(huán)境的污染。近年來(lái)隨著人們對(duì)環(huán)境的重視，對(duì)新能源的需求變得越來(lái)大。因此光伏行業(yè)受到的極大重視，在短短的幾年里便得到迅速發(fā)展，我國(guó)光伏行業(yè)以每年30%左右的增速發(fā)展。作為一個(gè)新興的行業(yè)，有很多人對(duì)太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)還不了解。本文的亮點(diǎn)是：1）系統(tǒng)的介紹了太陽(yáng)能電池片的制造工藝，從制絨工藝到最后的印刷燒結(jié)和檢測(cè),為以后深入學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。2）對(duì)比驗(yàn)證了商業(yè)常用的兩種網(wǎng)版(250、280)和兩種漿料的優(yōu)缺點(diǎn)及對(duì)一些常見問(wèn)的

2、分析，并得出在現(xiàn)有的商業(yè)燒結(jié)條件下的最好搭配，并對(duì)現(xiàn)實(shí)中的電池片生產(chǎn)提供了參考。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電池，制造工藝，鋁背場(chǎng)，表面復(fù)合，絲網(wǎng)印刷技術(shù)Solar Sell Processing and Investagation of Al-BSF Passivation QualityABSTRACTWith the development of society, human demand for energy to diversify. As the primary energy, mainly through the acquisition of coal oil,gas,and other fo

3、ssil fuels. But these energy sources become less and less. At the same time also cause environmental pollution. In recent years,as people focus on the environment.The demand for new energy sources have become increasingly large. Therefore, great attention by the PV industry. In just a few years, it

4、has developed rapidly. Chinas PV industry annual growth rate of about 30% of the development. As an emerging industry. Many people do not understand the production of solar cells.The highlight of this article. 1) A systematic introduction to manufacturing processes for solar cells. From the system d

5、own to the final printing process and test fired. Lay the foundation for future in-depth study. 2) Comparative validation of the commercial version of two common network(250.280count) and draw on existing business with the best sintering conditions. The cells and production of reality to provide a r

6、eference.KEY WORDS: solar cell, processing, Al-BSF, surface recombination, screen-printing technology目 錄第一章 緒 論11.1 引言11.2 太陽(yáng)能電池發(fā)展歷史和現(xiàn)狀21.3 太陽(yáng)能電池的分類與發(fā)展趨勢(shì)3第二章 晶體硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝62.1 太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理62.2 太陽(yáng)能電池的輸出特性72.3 單晶太陽(yáng)能電池的制造工藝10制絨工藝102.3.2 擴(kuò)散工藝122.3.3 刻蝕與鍍膜工藝132.3.4 印刷燒結(jié)工藝142.4 實(shí)驗(yàn)背景和意義18第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析203.

7、1 實(shí)驗(yàn)硅片的選擇203.2 網(wǎng)版的選擇實(shí)驗(yàn)203.3 鋁背場(chǎng)漿料的選擇實(shí)驗(yàn)25結(jié) 論30參考文獻(xiàn)31致 謝33第一章 緒 論1.1 引言太陽(yáng)中蘊(yùn)藏著人類取之不盡的能源。太陽(yáng)不停地向宇宙空間中發(fā)送著巨大的能量。據(jù)計(jì)算，僅一秒鐘發(fā)出的能量就相當(dāng)于1.3億億噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)所放出的熱量1。與其他能源相比，太陽(yáng)能不會(huì)產(chǎn)生有毒、有害氣體和廢渣，因而不污染環(huán)境。同時(shí)太陽(yáng)光隨處都可以得，使用方便、安全；成本低廉，可以再生。太陽(yáng)能優(yōu)勢(shì)與資源太陽(yáng)能除去數(shù)量巨大之外，還能長(zhǎng)期供給，理論計(jì)算太陽(yáng)尚可維持?jǐn)?shù)十億年之久，此外，太陽(yáng)能隨處都有，不需開采和運(yùn)輸，并且是沒有任何污染的清潔能源。這些都是它的獨(dú)特之處。但是，它的

8、能量密度很低，只有1w/m2，并且受氣候影響，具有不穩(wěn)定性，這些又給太陽(yáng)能的利用帶來(lái)很大困難。在新能源中，當(dāng)前太陽(yáng)能發(fā)電的成本較高，大約是生物質(zhì)發(fā)電（沼氣發(fā)電）的712倍，風(fēng)能發(fā)電的610倍。但太陽(yáng)能與其他新能源相比在資源潛力和持久適用性方面更具優(yōu)勢(shì)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)前景來(lái)看，光伏發(fā)電是最具潛力的戰(zhàn)略替代發(fā)電技術(shù)。根據(jù)歐洲JRC的預(yù)測(cè)，到2030年太陽(yáng)能發(fā)電將在世界電力的供應(yīng)中顯現(xiàn)其重要作用，達(dá)到10%以上，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中占到30%；2050年太陽(yáng)能發(fā)電將占總能耗的20%，可再生能源占到50%以上，到本世紀(jì)后期，太陽(yáng)能發(fā)電將在世界電能結(jié)構(gòu)中占據(jù)70%的位置，下圖是歐洲JRC的預(yù)測(cè)2。圖1-1世

9、界能源趨勢(shì)圖在世界各國(guó)發(fā)起的大規(guī)模國(guó)家光伏發(fā)展計(jì)劃和太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃的刺激和推動(dòng)下，世界光伏工業(yè)上世紀(jì)末最后10年的平均增長(zhǎng)率為20%，從1991年的55兆瓦增長(zhǎng)到2000年的287兆瓦。而進(jìn)入新千年后，全球光伏組件的年均增長(zhǎng)率更是高達(dá)30%以上，2003年全球的產(chǎn)量達(dá)到了744兆瓦，光伏產(chǎn)業(yè)成為全球發(fā)展最快的新興行業(yè)之一。作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)能源工業(yè)面臨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、環(huán)境保護(hù)和社會(huì)發(fā)展等多重壓力。我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，煤炭占商品能源消費(fèi)的76%。傳統(tǒng)化石能源消耗過(guò)程的尾氣排放，已成為我國(guó)大氣污染的主要來(lái)源。盡管如此，已經(jīng)探明的常規(guī)能源剩余儲(chǔ)量(煤炭、石油、天然氣等)，以及可開采

10、年限均十分有限(圖1-2)，同比世界，中國(guó)的能源形勢(shì)更加嚴(yán)峻3。因此開發(fā)利用太陽(yáng)能等可再生能源、實(shí)現(xiàn)能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展更顯迫切、意義也更為重大。圖1-2 世界和中國(guó)各種能源儲(chǔ)備比較1.2 太陽(yáng)能電池發(fā)展歷史和現(xiàn)狀太陽(yáng)電池的歷史可以追溯到19世紀(jì)。1839年，19歲的法國(guó)年輕科學(xué)家埃德蒙.貝克勒（AEBecqurel）在其父親的實(shí)驗(yàn)室電解槽中發(fā)現(xiàn)了光生伏特效應(yīng)，1883年，Charles Fritts描述了第一個(gè)用硒制造的光生伏特電池，1941年，Ohl提出了硅p-n結(jié)光伏器件4。太陽(yáng)電池發(fā)展的一個(gè)重要里程碑則是1954年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制出了第一個(gè)實(shí)用的硅擴(kuò)散制備p-n結(jié)太陽(yáng)電池，并很快將光

11、電轉(zhuǎn)換效率提高到10%。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，太陽(yáng)電池已從最初的單晶硅電池發(fā)展到今天的多晶硅、非晶硅、化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)電池、薄膜光電池、聚光電池、有機(jī)光電池及化學(xué)光電池。經(jīng)歷了第一代晶硅太陽(yáng)電池，第二代薄膜太陽(yáng)電池，第三代高效太陽(yáng)電池的研究。近幾年，全世界太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)量平均每年增長(zhǎng)近40%，美國(guó)和日本相繼出臺(tái)了太陽(yáng)能研究開發(fā)計(jì)劃。隨著光伏技術(shù)及應(yīng)用材料的飛速發(fā)展，光電材料成本不斷下降，光電轉(zhuǎn)換效率逐漸升高，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將會(huì)越來(lái)越顯現(xiàn)出優(yōu)越性5。最近的光伏發(fā)電行業(yè)調(diào)查表明，到2010年，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的年發(fā)展速度將保持在30%以上。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的年銷售額將從2004年的70億美元增加到201

12、0年的300億美元。到2010年太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本將降低到可與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)的程度。2002年到2003年，我國(guó)開始實(shí)施光明工程項(xiàng)目?！爸腥A人民共和國(guó)可再生能源法”于2006年1月1日生效，在能源中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃中明確提出：到2020年可再生能源在能源構(gòu)成的比例中要達(dá)到10%左右。中國(guó)可再生能源的利用和發(fā)展已引起全世界的廣泛關(guān)注。未來(lái)太陽(yáng)電池會(huì)朝大面積化和高效化的方向發(fā)展。各地電池的效率如下6，澳大利亞新南威爾士大學(xué)高效單晶硅電池和多晶硅電池效率分別達(dá)到24.7%、19.8%。非晶硅薄膜電池通過(guò)雙結(jié)、三結(jié)迭層和Ge-Si合金層技術(shù)，通過(guò)克服光衰減其實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定效率已經(jīng)突破15%、CdTe電池效

13、率達(dá)到15.8%、CIS電池效率18.8%。在我國(guó)單晶硅高效電池效率達(dá)到19.79%；大面積（55cm2）刻槽埋柵電池效率達(dá)到18.6%，多晶硅電池效率達(dá)到14.5%；在多晶硅薄膜電池方面，采用快速熱CVD技術(shù)在非活性硅襯底上制備的多晶薄膜電池效率達(dá)14.8%。1.3 太陽(yáng)能電池的分類與發(fā)展趨勢(shì)迄今為止，人們已經(jīng)研究了100多種不同材料、不同結(jié)構(gòu)、不同用途和不同型式的太陽(yáng)電池。常見的有結(jié)構(gòu)分類法、材料分類法和用途分類法等，其中按基體材料分類的方法最為常見。太陽(yáng)電池與光伏組件按基體材料分類如下圖7。圖1-3 太陽(yáng)能電池按基體材料分類目前，已經(jīng)商品化大規(guī)模生產(chǎn)的太陽(yáng)電池主要是晶體硅電池和各種薄膜電

14、池，下圖為1999-2006年全球各種商品化太陽(yáng)電池產(chǎn)量的比例。圖1-4 1999-2006 年全球商品化太陽(yáng)電池產(chǎn)量比例從該圖可以看出：1. 晶體硅太陽(yáng)電池（包括單晶硅、多晶硅、片硅、帶硅等太陽(yáng)電池）始終是商品化太陽(yáng)電池的主流產(chǎn)品。占據(jù)著超過(guò)90%以上的市場(chǎng)份額；多晶硅太陽(yáng)電池一直是晶體硅太陽(yáng)電池的主流產(chǎn)品，但近年來(lái)單晶硅的份額有所回升，這主要是由于中國(guó)廠商大量生產(chǎn)單晶硅太陽(yáng)電池導(dǎo)致的。經(jīng)過(guò)數(shù)年的發(fā)展，晶體硅電池的生產(chǎn)工藝趨向穩(wěn)定，已經(jīng)成功占據(jù)光伏電池的絕對(duì)主導(dǎo)地位，在未來(lái)的1015年內(nèi)仍將是主流產(chǎn)品8。2. 帶硅及片狀硅太陽(yáng)電池可以節(jié)省硅材料的切片損失，但由于其生長(zhǎng)技術(shù)未取得突破（生產(chǎn)率低

15、、效率低、表面粗糙，需特殊工藝處理等）因而其產(chǎn)量增長(zhǎng)不大，到2006年僅占全球總產(chǎn)量的2.6%。3. 各種薄膜太陽(yáng)電池（包括非晶硅、碲化鎘、硒銦銅等太陽(yáng)電池）所占的比一直在6%左右徘徊，但近幾年薄膜太陽(yáng)能電池得到較快發(fā)展，如下圖圖1-5 薄膜硅與晶體硅趨勢(shì)圖分析主要原因是因其成本低廉，到2007年底薄膜電池產(chǎn)量達(dá)400MW，市場(chǎng)占有率達(dá)12%，從長(zhǎng)期來(lái)看，薄膜電池有望取代晶體硅電池成為主流。綜上所述，晶體硅電池在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間仍然是市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，而晶體硅電池的發(fā)展方向可以概括為：“大片、薄片、高效”。晶體硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)技術(shù)與工藝發(fā)展預(yù)測(cè)：(1) 規(guī)?；a(chǎn)：為降低成本，產(chǎn)能將持續(xù)擴(kuò)大，

16、大規(guī)模生產(chǎn)是降低成本，提高生產(chǎn)效率的有效途徑。(2) 大片、薄片、高效 大片、薄片：目前電池主流產(chǎn)品為156156220（200），少數(shù)工藝領(lǐng)先的企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了180m厚硅片的大規(guī)模生產(chǎn)，210210的超大硅片和160m甚至更薄的硅片生產(chǎn)工藝也會(huì)同步開發(fā)。硅片減薄將有效降低原料和生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)率，但同時(shí)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，主要是碎片率，以及在大面積硅片上實(shí)現(xiàn)均勻加工的技術(shù)；而厚度減薄也對(duì)電池的表面鈍化工藝提出了更高的要求。 高效：目前商業(yè)化提高效率的主流思路可以概括為“淺結(jié)、密柵”，即大幅度提高擴(kuò)散后的方塊電阻（從40提升到80120）以減少死層，提高上表面鈍化工藝水平以獲得極高的短波響應(yīng)，

17、同時(shí)，增加?xùn)艠O數(shù)量，降低由于方塊電阻提高引起的串聯(lián)電阻升高，維持FF水平。為此可能采用的特殊工藝包括：噴涂源鏈?zhǔn)綌U(kuò)散、選擇性發(fā)射極（即在電極印刷處提高擴(kuò)散濃度，以保證電極的歐姆接觸，也可以通過(guò)選用含磷的銀漿實(shí)現(xiàn)）。另外，背場(chǎng)和絨面也將進(jìn)一步改進(jìn)。硼背場(chǎng)有望取代鋁背場(chǎng)，由于硼的擴(kuò)散濃度可以比鋁高一個(gè)數(shù)量級(jí)，可以增強(qiáng)背場(chǎng)強(qiáng)度，提高鈍化水平；絨面結(jié)構(gòu)改進(jìn)，獲取更低的反射率（如用于多晶的RIE 絨面技術(shù)）9。第二章 晶體硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝2.1 太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一般說(shuō)來(lái)，凡是能將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能，并有電壓，電流輸出的裝置，就可以定義為太陽(yáng)電池，一般的晶體太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)如圖所示10。

18、圖2-1 典型晶體硅PN結(jié)太陽(yáng)電池示意圖從圖中可以看出它由在表面上形成的PN結(jié)及正、背面引出電極構(gòu)成。還包括減反射層、表面鈍化層等結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)電池是利用太陽(yáng)光照射在半導(dǎo)體晶片p-n結(jié)上，產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其工作原理是：能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度的光子被半導(dǎo)體吸收后，可以產(chǎn)生光生載流子，當(dāng)所產(chǎn)生的光生電子空穴對(duì)由半導(dǎo)體p-n結(jié)所形成的內(nèi)建電場(chǎng)分開到兩極時(shí)，在電池的兩極分別堆積正負(fù)電荷，形成電池的端電壓，當(dāng)接有外電路時(shí)便有電流產(chǎn)生。p-n結(jié)的正面有減反射膜和金屬負(fù)電極，背面有金屬正電極。這種現(xiàn)象稱為光生伏特效11。（Photovaltic Effect），簡(jiǎn)稱為“光伏效應(yīng)”

19、。典型的硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和能帶圖2-2所示。摻有施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體常溫下導(dǎo)帶中的電子數(shù)比摻雜前增多，稱為n型材料，摻有受主雜質(zhì)的稱為p型材料，常見的太陽(yáng)電池實(shí)質(zhì)上是個(gè)面積很大的p-n結(jié)二極管。當(dāng)太陽(yáng)光照射到太陽(yáng)電池上時(shí)，其中一部分被表面反射掉，其余部分被太陽(yáng)電池吸收或透過(guò)。被吸收的光，有一些轉(zhuǎn)換成熱能，另一些能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度的光子，穿過(guò)減反射膜進(jìn)入半導(dǎo)體中。在n區(qū)，耗盡區(qū)和p區(qū)中同硅原子價(jià)電子碰撞，將能量傳給價(jià)帶的電子，使電子躍遷到導(dǎo)帶，而在價(jià)帶留下一個(gè)空穴，產(chǎn)生了電子一空穴對(duì)。這樣，光能就以產(chǎn)生電子一空穴對(duì)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。由于在p型和n型交界面兩邊形成了勢(shì)壘電場(chǎng)，能將電子驅(qū)向n區(qū)，空

20、穴則被驅(qū)向p區(qū)。在n區(qū)中，光生電子一空穴對(duì)產(chǎn)生以后，光生空穴便向p-n結(jié)邊界擴(kuò)散，一旦到達(dá)p-n結(jié)邊界，便立即受到內(nèi)建電場(chǎng)作用，被電場(chǎng)力牽引作漂移運(yùn)動(dòng)，越過(guò)耗盡區(qū)進(jìn)入p區(qū)，光生電子(多子)則被留在n區(qū)。p區(qū)中的光生電子(少子)同樣地先因?yàn)閿U(kuò)散、后因?yàn)槠贫M(jìn)入n區(qū)，光生空穴(多子)留在p區(qū)。如此便在p-n結(jié)附近形成與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)的一部分除抵銷勢(shì)壘電場(chǎng)外，還使p型層帶正電，n型層帶負(fù)電，當(dāng)有負(fù)載接入時(shí)，就產(chǎn)生光生電流(通過(guò)電極來(lái)收集)。由于工藝的發(fā)展，通常在背面制作鋁背場(chǎng)(BSF：Black surface field)，減少背表面的復(fù)合，同時(shí)由于重?fù)诫s形成的高低結(jié)增加了

21、光生載流子的收集，提高了太陽(yáng)電池的電流電壓。于是就形成了圖2-2圖所示的n+pp+的結(jié)構(gòu)。 （a）結(jié)構(gòu)圖 （b）能帶圖圖2-2 硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和能帶圖2.2 太陽(yáng)能電池的輸出特性在效理想情況下，被光照的太陽(yáng)電池的正負(fù)電極間接有負(fù)載時(shí)，就有直流電輸出。便可以看作是一個(gè)恒流源與理想二極管的并聯(lián)組11。等效電路圖如圖2-3所示。圖2-3 太陽(yáng)能電池等效電路由圖知光電池工作時(shí)共有三股電流：光生電流Iph，流過(guò)理想二極管的電流即暗電流為ID+Ish，流過(guò)負(fù)載R的電流I，它們有如下?lián)Q算關(guān)系I=Iph-ID-Ish=Iph-I0（eq（V+IRs）/AkT-1）-IRs+V/Rsh （2-1）式中Iph

22、：光生電流，ID：二極管電流，I0：二極管反向飽和電流，A：二極管因子，q：電子子電荷，k：玻爾茲曼常數(shù)，T（k）太陽(yáng)電池p-n結(jié)溫度，Rs和Rsh分別為太陽(yáng)電池串、并聯(lián)電阻。并聯(lián)電阻Rsh由各種漏電流引起例如，因電池邊緣沾污而引起的漏電流，沿著位錯(cuò)和晶粒間界的不規(guī)則擴(kuò)散而形成的漏電流和沿著在電極金屬化處理后由微觀裂縫、晶粒間界和晶體缺陷等形成的細(xì)小橋路的漏電流)，而串聯(lián)電阻心則由擴(kuò)散薄層的電阻、基片的體電阻、金屬電極和太陽(yáng)電池問(wèn)的接觸電阻和金屬電極的體電阻等四者構(gòu)成12。不論是太陽(yáng)能電池還是一般的化學(xué)電池，其輸出特性一般都是用如下圖所示的電流電壓曲線來(lái)表示圖2-4 太陽(yáng)能電池的負(fù)載特性曲線由

23、上圖光電池的伏安特性曲線，可以得到描述太陽(yáng)能電池的四個(gè)重要的輸出參數(shù)。1) 開路電壓Voc當(dāng)太陽(yáng)電池外接開路時(shí)（R=+）?？傻玫教?yáng)電池的有效最大電壓，即開路電壓Voc。在開路狀態(tài)下，流經(jīng)太陽(yáng)電池的凈電流為0。在方程(2-1)中，令I(lǐng)=0，Rs=0可得到：Voc=AKT/qln(Iph/I0+1)從中可以看出，Voc的大小與以下因素相關(guān)：(1) 光生電流I舭可以看出，I0的改變量有限，其對(duì)Voc的大小影響也較小。(2) 向飽和電流I0在太陽(yáng)電池中，I0的變化通?？蛇_(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)，所以它對(duì)Voc的影響非常大。而I0決定于太陽(yáng)電池的各種復(fù)合機(jī)制，所以通常Voc的大小可以用柬檢測(cè)太陽(yáng)電池的復(fù)合大小。2

24、) 短路電流（Isc）當(dāng)太陽(yáng)電池的輸出電壓為0，即外接電路短路時(shí)，流經(jīng)太陽(yáng)電池體內(nèi)的電流為短路電流Isc，對(duì)于理想太陽(yáng)電池，短路電流就等于光生電流Iph，所以短路電流的大小和以下幾個(gè)因素相關(guān)聯(lián)7：（1）太陽(yáng)電池的面積。通常在分析時(shí)利用短路電流密度概念Jsc，即單位面積上流過(guò)的電流，單位為A/cm2。（2）光照強(qiáng)度以及光譜分布。（3）太陽(yáng)電池的減反射、陷光效果和前表面柵線的遮擋面積。（4）電子收集效率。這主要取決于表面鈍化效果以及少子壽命。如在非常好的表面鈍化和一致的電子?？昭▽?duì)產(chǎn)生率條件下，短路電流密度為：Js = qG（Ln+Lp）式中G為電子-空穴產(chǎn)生率，Ln、Lp分別為電子和空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度

25、。3) 填充因子（FF）在光電池的伏安特性曲線任一工作點(diǎn)上的輸出功率等于該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)矩形面積，其中只有一點(diǎn)是輸出最大功率，稱為最佳工作點(diǎn)，該點(diǎn)的電壓和電流分別稱為最佳工作電壓Vop和最佳工作電流Iop。填充因子定義為： FF = VopIop/VocIsc = Pmax/ VocIsc它表示了最大輸出功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的矩形面積在Voc和Isc所組成的矩形面積中所占的百分比（如下圖2-5）。特性好的太陽(yáng)能電池就是能獲得較大功率輸出的太陽(yáng)能電池，也就是Voc，Isc和FF乘積較大的電池。對(duì)于有合適效率的電池，該值應(yīng)在0.700.85范圍之內(nèi)，一般高的開路電壓可得到高的填充因子。圖2-5 太陽(yáng)能電池的I-

26、V曲線和工作點(diǎn)4) 太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率表示入射的太陽(yáng)光能量有多少能轉(zhuǎn)換為有效的電能。即： =（太陽(yáng)能電池的輸出功率/入射的太陽(yáng)光功率）100%=（Vop Iop/Pin S）100%= VocIscFF/Pin S其中Pin是入射光的能量密度，S為太陽(yáng)能電池的面積，當(dāng)S是整個(gè)太陽(yáng)能電池面積時(shí)，稱為實(shí)際轉(zhuǎn)換效率，當(dāng)S是指電池中的有效發(fā)電面積時(shí)，叫本征轉(zhuǎn)換效率。轉(zhuǎn)換效率越高，表示在單位面積上單位輻照強(qiáng)度下能產(chǎn)生更多的電能。其大小與Voc、Isc、FF息息相關(guān)。以上的四個(gè)參數(shù)是參考太陽(yáng)能電池好壞的標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際的應(yīng)用中以上參數(shù)還受工作環(huán)境的溫度的影響，其溫度系數(shù)的參考數(shù)值為：電壓溫度系：-3.2

27、mv/；電流溫度系數(shù)：0.065mA/；轉(zhuǎn)換效率溫度系數(shù)：6.710-3/。2.3 單晶太陽(yáng)能電池的制造工藝太陽(yáng)能電池片的制造工藝在整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)鏈中屬于中間環(huán)節(jié)，商業(yè)化的單晶硅電池品均效率可達(dá)到17.3%以上，其一般的工藝過(guò)程如下圖2-6 單晶電池片制造工藝注：1-3稱制絨工藝；4稱超凈工藝；5-7稱K+P工藝；8-13稱印刷工藝 制絨工藝目的：去除硅片表面的雜質(zhì)殘留，制做能夠減少表面太陽(yáng)光反射的陷光結(jié)構(gòu)。晶體硅太陽(yáng)電池一般是利用原始硅棒經(jīng)過(guò)線切割成硅片，由于在硅片切割過(guò)程中鋼線的作用，使得硅片表面有一層1020m的損傷層，如不將其去除，會(huì)形成高的表面復(fù)合率。在太陽(yáng)電池制備時(shí)首先要將硅片表面的

28、油脂及損傷層去掉，這可以用氫氧化鈉溶液(33%的氫氧化鈉水溶液)腐蝕和一些有機(jī)溶液來(lái)實(shí)現(xiàn)13。表面織構(gòu)化的目的是在硅表而形成陷光結(jié)構(gòu)，使光經(jīng)過(guò)多次反射和吸收。硅單晶是一種金剛石結(jié)構(gòu)的晶體，晶體結(jié)構(gòu)如下。圖2-7 單晶硅晶體結(jié)構(gòu)圖圖2-7所示由ABCDCFGH八個(gè)硅原子組成的一個(gè)空間立方陣，abcdef六個(gè)原子是它的面心，這是一個(gè)面心立方晶胞。以R為一個(gè)頂角的另一個(gè)面心立方晶胞（未畫出）與上述晶胞在對(duì)角線BH上有1/4的間隔，并以R原子為中心，由bce、cde、dae、決定的晶面也為（111）。利用某些腐蝕液對(duì)不同晶面的擇優(yōu)腐蝕，可以在（100）面上腐蝕出有4個(gè)（111）面對(duì)正方錐來(lái)，這種正方錐

29、就是絨面的基本結(jié)構(gòu)。對(duì)于（100）的p型直拉硅片，最常用的擇優(yōu)化學(xué)腐蝕劑是NaOH或KOH和乙醇的混合溶液，在8090左右的溫度下，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。由于生成物Na2Si03溶于水而被去除，從而硅片被化學(xué)腐蝕14。由于NaOH或KOH腐蝕具有個(gè)向異性，可以制備成絨面結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵诠杈w中，（111）面是原子最密排面，腐蝕速率最慢，所以腐蝕后4個(gè)與晶體硅（100）面相交的（111）面構(gòu)成了金字塔型的結(jié)構(gòu)，加入的乙醇可改變單晶硅(100)晶向腐蝕速率和各向異性因子的數(shù)值，其中化學(xué)反應(yīng)式為2NaOH十Si十H20=Na2Si03+2H2絨面結(jié)構(gòu)，使得硅片表面的反射率大大降。絨面的微觀結(jié)構(gòu)和反射率下降原理如

30、下2-8圖：由于絨面結(jié)構(gòu)，使得硅片表面的反射率大大降低，表面呈黑色，為提高絨面制作的效果（攪蓋率、均勻性和大小），可以在腐蝕液中加入一些添加劑，如加入乙醇或異內(nèi)酵是為了降低溶液的表面張力，改善溶液和硅片的潤(rùn)濕性使反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣氣泡快速離開，有助于金子塔的長(zhǎng)大。加入含有PO43-、 HPO42- 、CO32-、HCO3-等離子的化臺(tái)物，是因?yàn)檫@些這些離子能起到降低反應(yīng)活化能的作用，使金字塔的大小更均勻15。制絨工序的好壞不能僅僅從反射率的好壞來(lái)考慮，同時(shí)還要考慮對(duì)后續(xù)工藝的影響，若金字塔太小，會(huì)使印制的漿料小能很好地流入金字塔的底部，造硅片表面和漿料留有空隙，惡化接觸；太大則會(huì)對(duì)印刷造成困難。

31、（a）絨面微觀結(jié)構(gòu)圖 （b）反射率降低原理圖圖2-8 絨面圖2.3.2 擴(kuò)散工藝太陽(yáng)能電池的核心是p-n結(jié)，此擴(kuò)散的目的便是利用擴(kuò)散爐形成一定的磷源梯度場(chǎng)和溫度場(chǎng)，將磷原子擴(kuò)散到p型硅片中，使前表面變成n型，使之成為一個(gè)p-n結(jié)。原理如下：POCl3液態(tài)源通過(guò)氣體攜帶POCl3分子進(jìn)入擴(kuò)散爐管，使之反應(yīng)生成磷沉淀在表層。磷在高溫下滲透入硅片內(nèi)部形成n區(qū)，如圖2-9 （a）POCL3液態(tài)源擴(kuò)散原理圖 （b）擴(kuò)散后硅片截面示意圖圖2-9 擴(kuò)散圖其中的過(guò)程是在800900時(shí)氮?dú)獗煌ㄈ氲絇OCl3液態(tài)當(dāng)中。 飽和的氮?dú)怆S著氧氣在擴(kuò)散爐中從硅片表面流過(guò)16： 4POCL3 + 5O2 = 2P2O5 +

32、 6Cl2生成的五氧化二磷在硅片表面形成一層磷硅玻璃(SiO2-P)，磷原子會(huì)從這層向硅片深層擴(kuò)散，形成N區(qū)。反應(yīng)式如下： 2P2O5 + 5Si = 4P + 5SiO2 工業(yè)生產(chǎn)太陽(yáng)電池的擴(kuò)散方塊電阻在3050口之間，均勻度越高，說(shuō)明擴(kuò)散的效果越好。表面磷摻雜濃度約在11020個(gè)cm3，結(jié)深0.40.6m。參雜濃度是一個(gè)折中的結(jié)果，這是因?yàn)閿U(kuò)散濃度高，方塊電阻低同時(shí)可減小電極與硅片的接觸電阻，但是這樣又會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散死層，為提高太陽(yáng)電池的短波相應(yīng)，磷原子濃度又不需要太高，在之后的燒結(jié)工藝中銀漿大約穿透0.3m的結(jié)深?，F(xiàn)在工業(yè)太陽(yáng)能發(fā)展趨勢(shì)為：淺結(jié)、密柵，高方阻。2.3.3 刻蝕與鍍膜工藝刻蝕的

33、目的便是去除因擴(kuò)散而形成的邊緣p-n結(jié)。完成擴(kuò)散后，硅片周邊將不可避免地形成p-n結(jié)，周邊p-n結(jié)的存在將導(dǎo)致電池產(chǎn)生很大的旁路漏電。相當(dāng)于在電池正負(fù)極間連有導(dǎo)線。因此在進(jìn)行后續(xù)工藝前，必須對(duì)硅片周邊p-n結(jié)進(jìn)行去除。當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中，周邊p-n結(jié)的去除主要通過(guò)等離子刻蝕工藝完成。其原理為采用高頻輝光放電反應(yīng)使反應(yīng)氣體激活成活性粒子（CF4 CF3， CF2， CF， C，以及它們的離子），這些活性粒子與需要被刻蝕區(qū)域 的Si/SiO2發(fā)生反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除17，如下圖2-10。當(dāng)然過(guò)蝕和刻蝕不凈都會(huì)降低電池的效率，過(guò)蝕會(huì)使p-n結(jié)的有效面積減少，相應(yīng)的接受光照的面積便會(huì)減少；刻蝕不

34、凈會(huì)使漏電增加，并聯(lián)電阻很小，同時(shí)電池使用時(shí)會(huì)使電池的溫度變得很高，如下圖2-11。在刻蝕和鍍膜之間還需要進(jìn)行一次清洗，原因有兩方面：1.在擴(kuò)散后硅片表面會(huì)形成磷硅玻璃（PSG），它的存在會(huì)影響硅片與電極間的電學(xué)接觸同時(shí)也是一層高復(fù)合區(qū)。2.后面的鍍膜工藝需要一個(gè)清潔的表面。磷硅玻璃的去除工藝為，將刻蝕后的硅片放入3%8%濃度的HF溶液中浸泡35分鐘。反應(yīng)式為：HF + SiO2 H2SiF6 + H2O 圖2-10刻蝕原理圖 圖2-11 過(guò)蝕圖（a） 刻蝕不凈（b）鍍減反膜（PECVD）目的為在硅片前表面均勻的鍍上一層高效的減反射膜，并對(duì)sc-Si進(jìn)行體鈍化18。根據(jù)光學(xué)原理，為獲得最優(yōu)的減

35、反射，沉積的減反射膜需滿足如下公式：nd=/4，采用PECVD進(jìn)行SiNx：H膜制備，n即為沉積的SiNx：H膜的折射率，d為沉積的SiNx：H薄膜的厚度，一般為0.550.6m。當(dāng)制備的鈍化膜折射率為2.0左右時(shí)，需沉積的SiN：H薄膜厚度相應(yīng)要求為7075nm。完成SiNx：H減反射鈍化膜的制備，硅太陽(yáng)電池的表面反射率可從制絨后的14%左右，進(jìn)一步降低至3%以下。鍍膜設(shè)備分管式和板式兩種，管式膜面致密，電池片效率比板式高出0.3%，但與板式相比膜面均勻度差，生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，商業(yè)化生產(chǎn)大多采用板式鍍膜。2.3.4 印刷燒結(jié)工藝這一道工序?qū)儆陔姵仄a(chǎn)的最后一道工序。 此工序注重與前面工序的

36、協(xié)調(diào)性。目的：在電池上下表面各印上電極圖形，經(jīng)燒結(jié)與硅片形成歐姆接觸。絲網(wǎng)印刷原理示意圖如下2-12，絲網(wǎng)印刷由五大要素構(gòu)成，即絲印網(wǎng)版、刮刀、漿料、工作臺(tái)以及基片。圖2-12 印刷原理示意圖絲網(wǎng)印刷基本原理是：利用絲網(wǎng)圖形部分網(wǎng)孔透漿料，非圖文部分網(wǎng)孔不透漿料的基本原理進(jìn)行印刷。印刷時(shí)在絲網(wǎng)一端倒入漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定壓力，同時(shí)朝絲網(wǎng)另一端移動(dòng)。油墨在移動(dòng)中被刮板從圖形部分的網(wǎng)孔中擠壓到基片上。由于漿料的粘性作用而使印跡固著在一定范圍之內(nèi)，印刷過(guò)程中刮板始終與絲網(wǎng)印版和承印物呈線接觸，接觸線隨刮刀移動(dòng)而移動(dòng)，由于絲網(wǎng)與承印物之間保持一定的間隙，使得印刷時(shí)的絲網(wǎng)通過(guò)自身的張力而

37、產(chǎn)生對(duì)刮板的反作用力。由于回彈力的作用，使絲網(wǎng)與基片只呈移動(dòng)式線接觸，而絲網(wǎng)其它部分與承印物為脫離狀態(tài)，保證了印刷尺寸精度和避免蹭臟承印物。當(dāng)刷頭刮過(guò)整個(gè)印刷區(qū)域后抬起，同時(shí)絲網(wǎng)也脫離基片，工作臺(tái)返回到上料位置，至此為一個(gè)印刷行程19。1、印刷網(wǎng)版：通常由尼龍、聚酯、絲綢或金屬網(wǎng)制作而成。網(wǎng)版的主要參數(shù)為：張力，目數(shù)，絲經(jīng)。現(xiàn)在絲網(wǎng)通常是尼龍制造，張力大約在311.5N，太大會(huì)使彈性應(yīng)變變小使網(wǎng)版易崩裂，太小又會(huì)降低印刷精度。選擇絲網(wǎng)絲徑及目數(shù)時(shí)，要求網(wǎng)格的孔長(zhǎng)為漿料粉體粒徑的（2.55）倍；目數(shù)越低絲網(wǎng)越稀疏，網(wǎng)孔越大，漿料通過(guò)性就越好；網(wǎng)孔越小，漿料通過(guò)性越差。 圖 2-13 網(wǎng)版外觀和絲

38、網(wǎng)微觀圖2、刮刀：刮刀材料一般為聚胺脂橡膠或氟化橡膠，硬度范圍為邵氏A60A90，刮板條的硬度越低，印刷圖形的厚度越大。刮刀材料必須耐磨，刃口有很好的直線性，保持與絲網(wǎng)的全接觸；刮刀一般選用菱形刮刀，它具有四個(gè)刃口，可逐個(gè)使用，利用率高。如下：圖2-14 刮刀示意圖和實(shí)物圖同時(shí)刮刀的速度對(duì)印刷圖形也有很大的影響。印刷速度的設(shè)定與印刷圖形和印刷用漿料的粘度決定。印刷圖形精密的或粘度較大的速度應(yīng)當(dāng)高些，一般正銀印刷可用200230mm/s，被鋁印刷可用230280mm/s。刮刀角度的設(shè)定也與漿料有關(guān)；漿料粘度值越高，流動(dòng)性越差，需要刮刀對(duì)漿料的向下的壓力越大，刮刀角度?。还蔚督嵌日{(diào)節(jié)范圍為4575

39、。在印刷過(guò)程中起關(guān)鍵作用的是刮刀刃口23mm的區(qū)域，隨著印刷時(shí)間，刮刀的刃會(huì)變的不鋒利，也會(huì)降低印刷精度，這時(shí)需要更換刮條。3、漿料：漿料主要包含功能組分（導(dǎo)電材料、玻璃料(Glass frit)）、有機(jī)粘合劑、有機(jī)溶劑。其中導(dǎo)電材料主要是大小為0.1至十幾微米的銀顆粒，占漿料總重的60%-80%左右；玻璃料主要是氧化物(PbO、B203、Si02、Bi03、ZnO)粉末，占總重的510%左右，在導(dǎo)體漿料中，功能組份一般為貴金屬或貴金屬的混合物20。載體是聚合物在有機(jī)溶劑中的溶液。組份決定了成膜后的電性能和機(jī)械性能。載體決定了厚膜的工藝特性，是印刷膜和干燥膜的臨時(shí)粘結(jié)劑。功能組份和粘結(jié)組份一般

40、為粉末狀，在載體中進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬头稚⒑笮纬筛酄畹暮衲{料。燒結(jié)后的厚膜導(dǎo)體是由金屬與粘結(jié)組份組成的。漿料的一些特性有：粘度、可塑性、流動(dòng)性、粘彈性、干燥性、觸變性。一般粘度過(guò)大會(huì)增加印刷的難度，相反過(guò)小又會(huì)降低漿料的可塑性，流動(dòng)性小的易出現(xiàn)堵網(wǎng)現(xiàn)象。粘彈性越高越好，觸變性要適當(dāng)，干燥性要求漿料在網(wǎng)版上的干燥越慢越好，在印刷道硅片上后干燥的越快越好。4：工作臺(tái)和基片，要求有較好的平正度。同時(shí)印刷對(duì)周圍環(huán)境要求較高，如清潔度，溫度，濕度等。燒結(jié)原理：固體顆粒具有很大的比表面積，具有極不規(guī)則的復(fù)雜表面狀態(tài)以及在顆粒的制造、細(xì)化處理等加工過(guò)程中，受到的機(jī)械、化學(xué)、熱作用所造成的嚴(yán)重結(jié)晶缺陷等，系統(tǒng)具有

41、很高自由能.燒結(jié)時(shí)，顆粒由接觸到結(jié)合，自由表面的收縮、空隙的排除、晶體缺陷的消除等都會(huì)使系統(tǒng)的自由能降低，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)中更穩(wěn)定的狀態(tài)。這是厚膜粉末系統(tǒng)在高溫下能燒結(jié)成密實(shí)結(jié)構(gòu)的原因。標(biāo)準(zhǔn)燒結(jié)工藝需要經(jīng)過(guò)低溫、中溫、高溫、冷卻四個(gè)階段21。燒結(jié)爐低溫溫度一般在400以內(nèi)，中溫溫度為300700，高溫溫度為700900。典型的燒結(jié)曲線如下圖2-15所示。在低溫階段，漿料中的有機(jī)溶劑和有機(jī)粘合劑被蒸發(fā)或被燃燒。在中溫階段。銀玻璃料開始熔化，Ag顆粒開始聚合。在高溫階段，Ag、Si及玻璃料成分發(fā)生反應(yīng)，形成AgSi接觸；冷卻時(shí)，Ag粒子在硅片表面結(jié)品生長(zhǎng)。高溫驅(qū)動(dòng)表面H離予向硅片內(nèi)部擴(kuò)散。實(shí)際在硅

42、片上發(fā)生的反應(yīng)溫度遠(yuǎn)低于燒結(jié)爐設(shè)定溫度，有學(xué)者研究Ag與Si的宴際晟佳反應(yīng)溫度為605。遠(yuǎn)低于Agsi共品點(diǎn)溫835，這可能是由于反麻體系中含有多相成分(Ag、Si、Pb、Bi等)而使合金熔點(diǎn)降低。實(shí)際的燒結(jié)爐各溫區(qū)溫度，需要綜合考慮N層的擴(kuò)散濃度、漿料成分、減反射膜厚度等諸多因素來(lái)設(shè)定，如果峰值溫度過(guò)低，則有部分區(qū)域沒有結(jié)晶產(chǎn)生，造成Rs變大，F(xiàn)F降低；同時(shí)燒結(jié)的時(shí)間影響著結(jié)晶顆粒的大小，若帶速過(guò)慢，Ag顆粒長(zhǎng)大，玻璃液相腐蝕硅片加深，容易造成p/n結(jié)穿透，Rsh明顯降低12。圖2-15 典型燒結(jié)曲線鋁背場(chǎng)的形成大致過(guò)程為：a）T577，在P型硅背面采用絲網(wǎng)印刷形成Al漿層b）577T660

43、，Al漿層中的Al已經(jīng)全部熔化，形成Al-Si合金溶液。d）從最高溫區(qū)冷卻至室溫，從最高溫度冷卻到577是，熔體中的Si含量下降到共晶狀態(tài)下的12%，Si在硅片上進(jìn)行外延生長(zhǎng)，溶解在Si、中的Al外延生長(zhǎng)形成P+層，形成BSF；當(dāng)從577冷卻至室溫時(shí)，余下的共晶成分的熔體在BSF附近固化，并且在表面形成氧化層22。通常P+層越厚、均勻性越好，BSF作用更明顯。一般增加燒結(jié)時(shí)間可以使合金層厚度從正常的34um增加到67um，Voc有46mV的提高，Rs略有降低，效率提升約0.15%0.20%。燒結(jié)好的銀硅，鋁硅的SEM圖如下： （a）Ag-Si截面 （b）Al-Si共融相圖圖2-16 鋁硅的SE

44、M截面圖2.4 實(shí)驗(yàn)背景和意義隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，晶體硅太陽(yáng)電池的厚度不斷減薄，從早期的325m 到270m，再到240220m，而下一步的發(fā)展目標(biāo)是180150m。隨著厚度的不斷變薄，硅片少子體壽命對(duì)電池效率的影響逐步降低，這主要是因?yàn)殡S著硅片厚度減薄，基區(qū)少子到達(dá)p-n結(jié)所需距離變短，這就意味著，即便材料的少子壽命較低，仍然有足夠的擴(kuò)散長(zhǎng)度保證足夠多的少子被p-n結(jié)收集。與之相對(duì)應(yīng)的，電池片上下表面的復(fù)合速率對(duì)效率的影響逐步增長(zhǎng)。改善表面鈍化的質(zhì)量、降低表面復(fù)合速率已經(jīng)成為提高電池效率的主要手段之一。目前工業(yè)上主要采用鋁背場(chǎng)進(jìn)行表面鈍化23。2.4.1 復(fù)合機(jī)制所有處在導(dǎo)帶中的電子都是亞穩(wěn)

45、定狀態(tài)的，并最終會(huì)回到價(jià)帶中更低的能量狀態(tài)。它必須移回到一個(gè)空的價(jià)帶能級(jí)中，所以，當(dāng)電子回到價(jià)帶的同時(shí)也有效地消除了一個(gè)空穴。這種過(guò)程叫做復(fù)合24。在單晶半導(dǎo)體材料中，復(fù)合過(guò)程大致可以分為三種1、輻射復(fù)合，輻射復(fù)合是LED燈和激光這類的半導(dǎo)體器件的主要復(fù)合機(jī)制。然而，對(duì)于由硅制成的陸地用太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，輻射復(fù)合并不是主要的，因?yàn)楣璧慕麕Р⒉皇侵苯咏麕?，它使得電子不能直接從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶。2、通過(guò)復(fù)合中心的復(fù)合也被叫做肖克萊-萊德-霍爾或SRH復(fù)合，它不會(huì)發(fā)生在完全純凈的、沒有缺陷的材料中。一些雜質(zhì)和缺陷的存在使禁帶中存在允許許能級(jí)，電子從導(dǎo)帶能級(jí)豫馳到缺陷能級(jí)然后豫馳到導(dǎo)帶，便完成了復(fù)合。這是

46、晶體太陽(yáng)能電池的主要復(fù)合形式。3、俄歇復(fù)合 在俄歇效應(yīng)中，電子與空穴復(fù)合時(shí)，將多余的能量傳給第二個(gè)電子而不是發(fā)光，然后第二個(gè)電子通過(guò)發(fā)射聲子豫馳回到它初始所在的能級(jí)，便完成了一次復(fù)合。俄歇復(fù)合是重?fù)诫s材料和被加熱至高溫的材料最主要的復(fù)合形式。2.4.2 鋁背場(chǎng)鈍化原理和提高效率的原因1、表面鈍化，降低背表面復(fù)合速率，提高少數(shù)載流子的收集率，提高開路電壓。BSF中鋁的濃度在131018個(gè)/cm-3，而在大部分P型硅中，硼的濃度一般小于21016個(gè)/cm-3，因此在背表面形成PP+的高低結(jié)阻止少數(shù)載流子在背表面復(fù)合如下圖：圖2-17 電池片背表面pp+結(jié)構(gòu)圖2、作為背反射器，增加光程，提高短路電流

47、。3、作為電極輸出端，降低接觸電阻，提高轉(zhuǎn)換效率。4、鋁吸雜，提高體壽命。2.4.3 研究鋁背場(chǎng)的重要意義鋁背場(chǎng)是晶體硅現(xiàn)代太陽(yáng)電池普遍采用的，典型的背表面鈍化結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，鋁背場(chǎng)的生產(chǎn)工藝已經(jīng)趨向成熟、穩(wěn)定，對(duì)鋁背場(chǎng)的各項(xiàng)研究也日益深化，這些都決定了在今后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)鋁背場(chǎng)仍將被廣泛用于晶體硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)。然而，隨著工藝的不斷發(fā)展，更薄的太陽(yáng)電池即將出現(xiàn)，這對(duì)鋁背場(chǎng)鈍化提出了更高的要求，進(jìn)一步研究鋁背場(chǎng)鈍化，是高效太陽(yáng)電池研究和生產(chǎn)中一個(gè)不可忽視的重要環(huán)節(jié)。第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.1 實(shí)驗(yàn)硅片的選擇實(shí)驗(yàn)材料選擇的硅片由Hareon公司所生產(chǎn)的p型太陽(yáng)能級(jí)直拉單晶硅片電阻率在0.5

48、3cm，尺寸為125mm125mm，厚度為200200m。a) 制絨制絨采用標(biāo)準(zhǔn)堿腐蝕單晶絨面工藝，出絨率在95%以上。絨面金字塔尺寸在36m之間。b) 擴(kuò)散選擇單面擴(kuò)散工藝，擴(kuò)散后方塊電阻為505/；少數(shù)載流子壽命在2050微秒之間。c) 鍍減反射涂層采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積氮化硅層工藝來(lái)形成表面減反射涂層，其厚度在80nm左右，鍍膜后硅片lE面顏色呈現(xiàn)深藍(lán)色。d) 印刷電極采用的標(biāo)準(zhǔn)絲剛印刷背面銀電極和正面印刷銀電極的工業(yè)太陽(yáng)電池生產(chǎn)流程。其中正面電極為45條12525m寬柵線，2條2.0mm寬的主線。表3-1 印刷前硅片的重要參數(shù) 制絨減重?cái)U(kuò)散方阻減反膜厚制絨是否合格K+P是否合格0

49、.51.5g505/78-85nm合格合格由于以下的每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是在印刷段來(lái)完成的為保證每個(gè)實(shí)驗(yàn)變量的單一性，所以在對(duì)傳到印刷段的硅片主要參考上述的幾個(gè)參數(shù)，選擇實(shí)驗(yàn)硅片組的以上參數(shù)要基本相似。3.2 網(wǎng)版的選擇實(shí)驗(yàn)1）正柵網(wǎng)版的選擇。由于本實(shí)驗(yàn)的最終目的是探究鋁背場(chǎng)鈍化作用的。有上一節(jié)我們知道背場(chǎng)的印刷在第二道工序，也就是說(shuō)在印被極和正極之間，為保證印刷背場(chǎng)前后其它二道工序的變化，我們對(duì)被電極和正柵的印刷參數(shù)和網(wǎng)版進(jìn)行了固定。表3-2 印刷前硅片的重要參數(shù)被電極印刷正柵印刷網(wǎng)版目數(shù)增重范圍最高烘干溫度網(wǎng)版目數(shù)增重范圍最高烘干溫度325目0.090.12g150325目0.180.22g無(wú)這兩道

50、工序所用的漿料為Ferro公司所推出的PV3347、PV159A。2）背場(chǎng)網(wǎng)版的選擇不同網(wǎng)版具有不同的特性，背場(chǎng)網(wǎng)版的好壞對(duì)印刷出的背場(chǎng)的平整度，厚度，以及背場(chǎng)和被極接觸的好壞都有很大的影響，直接影響鋁背場(chǎng)的鈍化效果以及后面的電性能參數(shù)，為了選擇最佳網(wǎng)版進(jìn)行接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)，我們首先進(jìn)行網(wǎng)版對(duì)比選擇實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)背場(chǎng)印刷常使用兩種網(wǎng)版，250目和280目。a) 物料準(zhǔn)備如下：表3-3 物料、儀器及參數(shù)設(shè)置表280網(wǎng)版張力（N)250網(wǎng)版張力（N)32.5333332.5333332.5323333印刷機(jī)臺(tái)意大利Baccini Machine印刷機(jī)，印刷時(shí)參數(shù)不變燒結(jié)爐意大利的Despatch九區(qū)快速燒結(jié)

51、爐，主要參數(shù)如下convery speedDry1Dry2Dry3Frn1Frn2Frn3Frn4Frn5Frn6235mm/min370375380510560610620780910注：所用的實(shí)驗(yàn)片按上述實(shí)驗(yàn)片選擇方法來(lái)取。b）實(shí)驗(yàn)步驟方法如圖下：圖3-1 實(shí)驗(yàn)方法示意圖注：次兩小組進(jìn)行對(duì)比、收集電性參數(shù)及Inline實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和翹曲度，觀察外觀c）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄和分析：1 Inline實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的記錄和分析收集及測(cè)量數(shù)據(jù)的儀器為：塞尺電子天平，塞尺的原理是通過(guò)不斷增加帶有厚度的標(biāo)尺疊加起來(lái)來(lái)算出電池片的翹曲度。表3-4 不同網(wǎng)版的彎曲度數(shù)據(jù)記錄表網(wǎng)版目數(shù)彎曲度/mm平均值/mm2502.05

52、1.921.9832801.451.41.451.430表3-5 不同網(wǎng)版的增重?cái)?shù)據(jù)表網(wǎng)版目數(shù)增重（g） 平均增重（g）2500.98181.0081.0020.99732800.82640.8320.8140.8239注：網(wǎng)距：-1650m，壓力：95N分析：從以上的數(shù)據(jù)可以看出280網(wǎng)版增重可降低大約0.17g，且明顯的降低電池片的翹曲度，平均降低可為0.53mm，這是因?yàn)槟繑?shù)大了，也就意味這單位面積上的網(wǎng)孔數(shù)多了，孔徑變小了。在印刷過(guò)程中，當(dāng)其它參數(shù)一定時(shí)，漿料顆粒每次填充在網(wǎng)孔的數(shù)量變小了，所以透過(guò)網(wǎng)版的漿料就少了。漿料少了，燒結(jié)后鋁背場(chǎng)的厚度就薄了，在電池的冷卻過(guò)程中由于鋁背場(chǎng)的熱膨

53、脹系數(shù)與硅的不同而造成的翹曲度減小，因?yàn)殇X背場(chǎng)的量變少相應(yīng)的應(yīng)力變小而形成翹曲度減小。這說(shuō)明280網(wǎng)版可通過(guò)降低增重量來(lái)減小電池片的翹曲度，以減少在生產(chǎn)過(guò)程中的碎片率；同時(shí)增重的減小也減小了漿料的用量，節(jié)約了成本。但是否280網(wǎng)版真的比250網(wǎng)版好呢？我們還得分析電池片的電性能參數(shù)。2電性能參數(shù)的記錄和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用德國(guó)BERGER公司的SCLoad三通道程控光伏電池片伏安曲線模擬測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量(processor controlled threechannel measuring and loadSimulation device for registration of IV curves

54、 of PVsolar celis according to DIN EN 609041：1993，IEC 9041)。下面顯示了兩組燒結(jié)后電池片測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)圖：1）整體效率對(duì)比圖圖3-2 電池效率整體對(duì)比圖分析：效率為電池片生產(chǎn)中最重要指標(biāo)之一，通過(guò)兩組電池片整體效率對(duì)比圖來(lái)看250網(wǎng)版要比280網(wǎng)版的好些，平均效率高出0.05%，說(shuō)明了在現(xiàn)有的燒結(jié)工藝下，250網(wǎng)版印刷的鋁背場(chǎng)對(duì)電池片的鈍化效果較好。我們也可以從電池片的其它電性能參數(shù)，如下：2）其它電性能參數(shù)對(duì)比圖圖3-3 電池片的Uoc、Isc、FF、Rs整體對(duì)比圖分析：從開路電壓Uoc和填充因子FF來(lái)看250網(wǎng)版要比280要好，鋁背

55、場(chǎng)鈍化效果可以根據(jù)以下三個(gè)因素進(jìn)行評(píng)定25：（1）鋁背場(chǎng)的結(jié)深（2）鋁背場(chǎng)的摻雜濃度（3）鋁背場(chǎng)的均勻性鋁背場(chǎng)的結(jié)深越深，摻雜濃度越大，表面越平整，其鈍化效果越好。其中鋁背場(chǎng)的結(jié)深和鋁背場(chǎng)的印刷質(zhì)量有關(guān)，增加鋁的印刷質(zhì)量可以提高鋁背場(chǎng)的結(jié)深，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論一致，250網(wǎng)版鈍化效果好于280網(wǎng)版。至于短路電流Isc和Rs，雖與鋁背場(chǎng)有關(guān)但也與正柵燒結(jié)和印刷的好壞有較大的關(guān)系。所以在此次分析中我們只從Uoc和FF來(lái)判斷鈍化的效果。3 燒結(jié)前后背場(chǎng)外觀燒結(jié)前背場(chǎng)與被極接觸的好壞同樣影響了電池片的電性能參數(shù)，如出現(xiàn)漏硅現(xiàn)象便會(huì)影響被電極對(duì)載流子的收集，使短路電流下降。燒結(jié)后對(duì)電池片的觀進(jìn)行觀察主要考慮以下缺陷，如：是否有鋁包和鋁珠，粘結(jié)性是否良好，鋁背場(chǎng)龜裂是否嚴(yán)重。因?yàn)檫@些缺陷不僅會(huì)降低效率還會(huì)對(duì)后面的組裝過(guò)程帶來(lái)問(wèn)題。表3-6 背場(chǎng)外觀對(duì)比表網(wǎng)版外觀品質(zhì)250燒結(jié)前后背場(chǎng)平滑，背場(chǎng)與背極接觸良好，粘結(jié)力合格280燒結(jié)前后背場(chǎng)與背極接觸良好無(wú)漏硅等不良現(xiàn)象，燒結(jié)后有少量的鋁包出現(xiàn)，且有淺顯的龜裂狀況，粘結(jié)力合格分析：分從外觀品質(zhì)來(lái)看250網(wǎng)版要優(yōu)