硅太阳电池工艺研究 光伏材料毕业论文

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1、课程设计论文（设计）题目:硅太阳电池工艺研究姓名:学院:光伏工程学院专业:光伏材料加工与应用技术班级:08级光伏（2）班学号:2085110226指导教师:目录摘要11引言22硅片制备22.1单晶硅和多晶硅22.2硅带22.3层剥离技术33腐蚀和表面织构33.1表面腐蚀33.2表面织构33.3扩散制结44沉积减反层和钝化层44.1激光刻槽埋栅54.2丝网印刷54.3透明电极64.4整体背电极65总结66致谢77参考文献8硅太阳电池工艺研究摘要：随着传统能源的日益枯竭和石油价格的不断上升，以及人们对自身生存环境要求的不断提高，作为无污染的清洁能源，太阳电池必将会得到更加迅猛的发展

2、。而作为现今占据太阳电池绝大部分市场的晶硅太阳电池，其制备技术一直代表着整个太阳电池工业的制备技术水平。关键词：硅片；太阳电池；表面织构；工艺研究71引言在最近几年里，无论是在降低生产成本方面，还是在提升电池转换效率方面，硅太阳电池制备工艺都取得了飞速的进步。本文以晶体硅太阳电池生产流程为基础，主要从降低生产成本和提高电池转换效率方面出发，介绍了太阳电池制备工艺的最新进展，并对各种制备工艺作出了评价和展望。太阳电池结构和生产流程早期的硅太阳电池的主体结构，它主要包括：单结的ｐｎ结、指形电极、减反射膜和完全用金属覆盖的背电极。虽然太阳电池发展迅速，它的主要结构仍然保持不变，只不过

3、每一个部分的制备工艺水平都较早期的有了质的飞跃。工业上生产太阳电池流程可以简化成：制备硅片→扩散制结→沉积减反射膜和钝化膜→制成电极→封装。通过对以上生产流程的分析，可以清晰地知道近几年硅太阳电池工艺的进展情况。2硅片制备2.1单晶硅和多晶硅无论是第一块硅太阳电池，还是现今转换效率最高的ＰＥＲＬ太阳电池，所使用的硅片材料都是悬浮区熔硅。这种材料的纯度很高，具有完整的晶体结构，几乎不存在复合中心，但是昂贵的价格却限制了它在太阳电池领域的应用。直拉单晶硅价格虽然有所降低，但是对于大规模地面应用来说还是太昂贵。多晶硅虽然质量不如单晶硅，但由于无需耗时耗能的拉单晶过程，其生产成本只有单

4、晶硅的１/２０，而且工业中应用吸杂等技术可以维持较高的少子寿命，目前实验室多晶硅太阳电池的效率已达到２０．３％，工业上生产的多晶硅太阳电池的效率也可以达到１３％～１６％，因此，现在太阳电池市场上多晶硅电池的份额已经超过了单晶硅电池。2.2硅带7当太阳电池成本降到１美元/Ｗ的时候具有和常规能源竞争的优势，但是无论是用单晶硅还是多晶硅，都存在严重的切割损耗问题，因此很难将单晶硅或多晶硅电池的成本降低到２美元/Ｗ以下。硅带技术最大的优点在于它完全避免了切割过程，从而大大降低基体的生产成本。现在硅带工艺较多，主要有颗粒硅带工艺、ＥＦＧ工艺等。颗粒硅带工艺就是在保护气氛中将硅粉直接加热、

5、融化、退火冷却得到硅带，现在这种技术已经可以拉制出１０ｃｍ宽、４ｍ长的硅带，且其拉制速度可以达到３０ｍｍ/ｍｉｎ，并且可以调节。在试验室研究阶段，颗粒硅带制备的太阳电池效率最高已经达到８．２５％，成本已经降到０．８美元/W。EFG是唯一投入大规模生产的硅带工艺，它直接从熔融的硅液中拉制出薄的硅带。但是一般的硅带都存在缺陷多，表面平整度不高的问题，给后续工艺和电池效率带来了负面影响，因此如何提高硅带质量是硅带工艺面临的最大挑战。2.3层剥离技术在降低成本的同时又取得较高的效率是发展太阳电池制备工艺的最终目标，层剥离技术在这方面有了很大的发展。层剥离工艺概述如下：在悬浮区熔硅的表面

6、用电化学方法腐蚀出一薄层多孔硅，接着在多孔硅上面生长一层高质的外延层，然后用机械剥离或其他方法将外延层和基体分开，利用剥离下来的外延层制备太阳电池，基体又可以重复利用。利用这种方法已经制备出１２μｍ厚、效率为１２．５％的太阳电池。如果能够克服剥离时外延层破碎以及提高剥离速率的难题，层剥离技术应该能得到大规模应用。3腐蚀和表面织构3.1表面腐蚀切割后的硅片表面有一层１０～２０μｍ厚的切割损坏层，在电池制备前必须去除，常用的腐蚀剂为加热到８０～９０℃的２０％～３０％的ＮａＯＨ或ＫＯＨ溶液。由于碱液腐蚀的各向异性，多晶硅的腐蚀不能采用碱性溶液腐蚀，因为如果腐蚀速度过快或腐蚀时间过长，

7、在晶界处会形成台阶，为以后电极的制备带来麻烦。利用各向同性的硝酸、乙酸和氢氟酸混合溶液可以避免这一问题，但是酸液腐蚀速度过快而难于控制，且这种酸液的废液也难以处理。3.2表面织构为了有效地降低硅表面的发射，除了沉积减反层外，表面织构也是一个可行的工艺。理想的表面织构（绒面）为倒金字塔形。常用的织构制备方法为机械刻槽法和化学腐蚀法。机械刻槽利用Ｖ形刀在硅表面摩擦以形成规则的Ｖ形槽，从而形成规则的、反射率低的表面织构。研究表明尖角为３５°7的Ｖ形槽反射率最低。现在的问题是，如果用单刀抓槽，虽然能