【正文】 l 背場，降低背表面復合電流，增加開路電壓。當光線照射到太陽能電池的正表面時，大部分光子被硅材料吸收。新的電子空穴又會在內(nèi)建電場的作用下被分離，電子由p區(qū)流向n區(qū)，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子和空穴在pn 結(jié)兩側(cè)集聚形成了電勢差，當外部接通電路后，在該電勢差的作用下，將會有電流流過外部電路，從而產(chǎn)生一定的輸出功率。 圖11多晶硅太陽電池結(jié)構(gòu) 圖12多晶硅光電轉(zhuǎn)換原理 第 2 章 多晶硅太陽能電池制備工藝 由晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)和原理可知，多晶硅太陽能電池的常規(guī)制備流程[4]如下：一次清洗（制絨）→ 擴散（形成pn 結(jié)）→ 二次清洗（濕法刻蝕去背結(jié)）→ PECVD（鍍氮化硅）→ 絲網(wǎng)印刷（形成電極和背場）→ 燒結(jié)（形成歐姆接觸）→ 測試（獲得電性能）。 一次清洗工序 一次清洗工序的原理 多晶硅太陽能電池制備流程中的一次清洗工序，主要目的是去除硅片表面的臟污和機械損傷層，在硅片表面形成絨面結(jié)構(gòu)（俗稱制絨），增強太陽能電池的陷光作用。而多晶硅各個晶粒的晶向不一樣，若同樣采用堿腐蝕，則得不到很好的金字塔絨面化結(jié)構(gòu)。綜合成本以及制備工藝的難易程度考慮，化學腐蝕法在工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。 與單晶硅太陽能電池堿制絨工藝不同的是，多晶硅太陽能電池采取酸制絨工藝。但SiO2 可以與溶液中的HF 發(fā)生反應，生成可溶于水的絡合物H2(SiF6)，導致SiO2 層被破壞，此時，HNO3 與Si 再次發(fā)生化學反應，硅片表面不斷的被腐蝕，最終形成連續(xù)致密的“蟲孔狀”結(jié)構(gòu)。但此方法為純化學反應，反應的穩(wěn)定性不易控制，而且影響制絨效果的因素眾多，比如滾輪速度、反應溫度、硅片摻雜水平以及原始硅片的表面狀況等。在向各槽內(nèi)配置化學溶液前，需對槽體進行預處理。再按照上述操作重復一遍，待廢水排干凈后即可制備化學溶液。由于各槽是依靠化學反應來對硅片進行腐蝕的，反應的過程中必須伴有新的生成物產(chǎn)生和初始化學品的消耗，這就要求我們按時補液以及換液。另外，腐蝕槽每生產(chǎn)156156(cm2)規(guī)格的硅片15萬片后，需重新制配腐蝕液；設備連續(xù)一小時以上不生產(chǎn)時需把腐蝕液打回儲備槽；堿槽溶液和酸槽溶液在配置250h 后必須重新配液。 擴散工序 擴散原理 擴散實際上就是物質(zhì)分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移，直到均勻分布的現(xiàn)象。多晶硅太陽能電池的擴散方式有很多種，比如三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴散、噴涂磷酸水溶液后鏈式擴散、絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈式擴散等。當有外來足夠的O2 存在時，PCl5 就會進一步分解，生成P2O5和Cl2，具體反應方程式如下： 4PCl5 + 5O2→2P2O5+10Cl2↑ （）生成的P2O5 可再一次與硅發(fā)生化學反應，生成磷原子和SiO2。在過量O2 存在的條件下，POCl3 液態(tài)源擴散的總化學反應方程式為： 4POCl3 +5O2→2P2O5 +6Cl2↑ ()由總反應方程式可得，POCl3 熱分解生成的P2O5 附著在硅襯底表面，在擴散高溫條件下又與Si反應生成磷原子和SiO2，即在硅襯底上覆蓋一層較薄的磷硅玻璃層，接著磷原子向硅體內(nèi)徐徐擴散。 擴散工藝 擴散工序采用的設備是捷佳偉創(chuàng)擴散爐DS300A，它是在48 所和centrotherm擴散爐的基礎(chǔ)上改進得來的，主要優(yōu)勢有以下兩點： 1) 噴淋擴散。相對于48 所設備，此種擴散工藝調(diào)節(jié)更加簡單，重復性好，無需考慮溫度補償濃度梯度問題。 2) 軟著陸系統(tǒng)。相對于48 所設備，這樣可以避免舟漿引入污染，同時由于對排廢的特殊處理，不需要頻繁清洗舟漿和石英爐管。優(yōu)化的磷擴散工藝具備如下特點： 1) 同時進行磷源的再分布和硅片表面的三次氧化。 2) 高溫擴散過程中不再伴有硅片與高濃度的磷直接接觸。 3) 兩步擴散法制備 pn 結(jié)，制備條件相對寬松，工藝參數(shù)調(diào)節(jié)余地大。采用改進的磷擴散工藝，對最終制得晶體硅太陽能電池片的電性能有了很大改善，尤其是在開路電壓Voc 和短路電流Isc 方面。Rsh分為體內(nèi)并聯(lián)電阻和邊緣并聯(lián)電阻兩類，對于一個太陽能電池片來說，一般20%的泄露電流通過體內(nèi)并聯(lián)電阻，而80%的泄露電流通過邊緣并聯(lián)電阻。本文主要采用正面無保護的濕法刻蝕方法將電池背面的pn 結(jié)去除，以達到分離pn 結(jié)的效果。第二步：二氧化硅溶解過程氧化產(chǎn)物二氧化硅， 將快速與混合液中的氫氟酸反應， 生成六氟硅酸， 見式（,）： SiO2+4HF=SiF4+2H2O （） SiF4+2HF=H2SiF6 （）總反應式為： SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O （） 可見，最終腐蝕掉的硅將以六氟硅酸的形式溶入溶液中。 采用濕法刻蝕去背結(jié)工藝將擴散后電池片的正面與背面pn 結(jié)分開，與其它方法相比具有以下優(yōu)點： 1) 等離子體刻蝕法將硅片邊緣發(fā)射極刻掉，需要用到 CF4 毒性氣體，且刻蝕過程中設備周圍存在微波輻射，給人體健康帶來的危害極大。 2) 激光或金剛石刀將邊緣發(fā)射極直接切掉，將會減少電池的有效面積，降低電池片的功率。 等離子體增強化學氣相沉積工序 等離子體增強化學氣相沉積氮化硅薄膜的原理 等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)[9]（PECVD）的工作原理為：在真空壓力下，加在電極板上的射頻（低頻、微波等）電場，使反應室內(nèi)氣體發(fā)生輝光放電，在輝光發(fā)電區(qū)域產(chǎn)生大量的電子。這些活性分子覆蓋在硅基底上，彼此間發(fā)生化學反應，制得所需的介質(zhì)薄膜，產(chǎn)生的副產(chǎn)物被真空泵抽走。本文采用PECVD技術(shù)，在硅片表面沉積一層氮化硅薄膜，具體原理在350℃，等離子射頻：SiH4 + 4NH3 —— Si3N4 + 12H2 （）此法制備的氮化硅薄膜具有減反射和鈍化的作用，其減反射原理圖[12]如下： 氮化硅薄膜減反射原理圖 我們知道， 所示的兩束反射光RR2 產(chǎn)生相消干涉，即它們的光程差為半波長。氮化硅薄膜在起到減反射作用的同時，還可以對硅片表面和體內(nèi)進行鈍化。氮化硅薄膜的體鈍化作用對于多晶硅