多晶硅太阳能电池制作工艺

1 绪论 众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，
但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光
电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标，从目前国际太阳电池的发展过程
可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄
膜及染料薄膜）。从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为；

[1]可

供应太阳电池的头尾料愈来愈少；

[2] 对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直

接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；

[3]多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自

动浇铸炉每生产周期（

50 小时）可生产 200 公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；[4]

由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如
选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可
使栅电极的宽度降低到

50 微米，高度达到 15 微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生

产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在

100 平方厘

米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过

14％。据报道，目前在 50～60 微米多晶硅衬底上

制作的电池效率超过

16％。利用机械刻槽、丝网印刷技术在 100 平方厘米多晶上效率超过

17％，无机械刻槽在同样面积上效率达到 16％，采用埋栅结构，机械刻槽在 130 平方厘米
的多晶上电池效率达到

15.8％。 下面从两个方面对多晶硅电池的工艺技术进行讨

论。

2. 实验室高效电池工艺 实验室技术通常不考虑电池制作的成本和是

否可以大规模化生产，仅仅研究达到最高效率的方法和途径，提供特定材料和工艺所能够
达到的极限。

2.1 关于光的吸收 对于光吸收主要是： （1）降

低表面反射；

（2）改变光在电池体内的路径； （3）采用背面反射。

对于单晶硅，应用各向异性化学腐蚀的方法可在（100）表面制作金字塔状的绒
面结构，降低表面光反射。但多晶硅晶向偏离（

100）面，采用上面的方法无法作出均匀的

绒面，目前采用下列方法

: [1]激光刻槽 用激光刻槽的方法可在多晶硅表

面制作倒金字塔结构，在

500～900nm 光谱范围内，反射率为 4～6％，与表面制作双层减

反射膜相当。而在（

100）面单晶硅化学制作绒面的反射率为 11％。用激光制作绒面比在光

滑面镀双层减反射膜层（

ZnS/MgF2）电池的短路电流要提高 4％左右，这主要是长波光

（波长大于

800nm）斜射进入电池的原因。激光制作绒面存在的问题是在刻蚀中，表面造成

损伤同时引入一些杂质，要通过化学处理去除表面损伤层。该方法所作的太阳电池通常短路
电流较高，但开路电压不太高，主要原因是电池表面积增加，引起复合电流提高。
 [2]化学刻槽 应用掩膜（Si3N4 或 SiO2）各向同性腐蚀，腐蚀液可为酸
性腐蚀液，也可为浓度较高的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，该方法无法形成各向异性腐蚀所
形成的那种尖锥状结构。据报道，该方法所形成的绒面对

700～1030 微米光谱范围有明显的

减反射作用。但掩膜层一般要在较高的温度下形成，引起多晶硅材料性能下降，特别对质量
较低的多晶材料，少子寿命缩短。应用该工艺在

225cm2 的多晶硅上所作电池的转换效率达

到

16.4%。掩膜层也可用丝网印刷的方法形成。 [3]反应离子腐蚀（RIE）

该方法为一种无掩膜腐蚀工艺，所形成的绒面反射率特别低，在

450～1000 微米光谱范围