准单晶电池片生产工艺研究

李雪方， 贾宇龙， 郭 卫

(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046000)

引 言

目前，P型PERC电池将仍是光伏行业发展的主流趋势。相对各企业来说，高效PERC电池生产设备的采购需要大量资金，而多晶市场逐渐退出市场，在多晶设备的基础上改造同样需要大量资金。对部分企业来说，如何寻求最优的发展生存路线是关键，准单晶也是一个研究方向。单晶硅是通过直拉法制得，制得的单晶硅片每片只有一个晶粒，具有低缺陷和高的转换效率，但成本高、产量小。而多晶硅片往往含有大量的晶界及缺陷，转换效率较低[1]。准单晶[2]是基于多晶铸锭的工艺，在长晶时通过部分使用单晶籽晶，获得外观和电性能均类似单晶的多晶片。相较于多晶，准单晶硅片晶界少，位错密度低；相较于单晶，准单晶的光致衰减低约1/4～1/2。准单晶最早是在2006年由BP solar公司研究成功，该公司生产的Mono2TM产品转换效率达到18%，接近于单晶效率。2007年生产出准单晶太阳能电池组件，并进行了可靠性测试。

本文将利用现有的多晶和普通单晶电池片生产工艺设备，设计不同实验流程，以此来获得适合准单晶电池片的生产工艺。

1 实验设计

本文主要设计以下4种生产工艺流程，即4组实验。

A：制绒工艺采用单晶碱制绒工艺，剩下工艺采用普通多晶的生产工艺。即：单晶制绒→多晶扩散→多晶切边→多晶PECVD→多晶丝网印刷。

B：制绒工艺采用单晶碱制绒工艺，剩下工艺采用普通多晶的生产工艺，并增加热氧工艺。即：单晶制绒→多晶扩散→多晶切边→多晶热氧→多晶PECVD→多晶丝网印刷。

C：制绒工艺采用单晶碱制绒工艺，丝网前采用普通单晶工艺路线，丝网采用多晶丝网印刷。即：单晶制绒→单晶低压扩散→单晶酸抛→单晶热氧→单晶正PECVD→多晶丝网印刷。

D：准单晶电池片使用普通单晶生产工艺，丝网网版均用的是多晶的生产网版，正银浆料为单晶正银浆料，背银和背场均为多晶浆料。即：单晶制绒→单晶低压扩散→单晶酸抛→单晶热氧→单晶正PECVD→单晶丝网印刷。

2 结果分析

实验各组工艺参数如表1 所示，电性能参数如第17页表2所示。

从4组实验的电学参数可以看出，准单晶电池片的转换效率比当时批量生产的金刚多晶硅片的转换效率要高很多，主要表现为开压和电流有大幅提升。准单晶硅片与多晶硅片相比，其晶界少，位错密度低。在晶硅的晶粒界面处可以形成一定宽度的耗尽层和势垒，同时又是复合中心，晶界越少，对开路电压和短路电流越有利，获得的转换效率越高[3]。

表1 各工艺参数

表2 实验各电学参数

为提高晶体硅电池片对光的吸收，减少光的反射，一般采用表面织构化和表面沉积减反射膜的方法。目前工业化生产时，采用PECVD法在硅片表面沉积氮化硅膜层，而其与晶体硅形成的界面处由于晶格失配比较严重，会出现严重的复合。二氧化硅与晶体硅形成的界面性能要更优，所以，为了达到比较理想的钝化和减反效果，在实际中，一般采用热氧工艺低温生长制备所需的二氧化硅薄膜, 然后再PECVD 工艺沉积氮化硅膜。二氧化硅和氮化硅双层膜可以起到钝化和减反射双重作用。

本实验B、C、D的热氧工艺均是在常规的扩散设备中导入热氧工艺进行的。 实验B中，在多晶生产工艺基础上增加热氧工艺后，准单晶电池转换效率有所下降，其中短路电流和开路电压均下降，并阻下降幅度最大，且反向电流明显增大。初步怀疑是所选扩散机台洁净度未能达到工艺要求。C组实验，除丝网采用多晶生产工艺，其他采用单晶生产工艺。从数据可以看出，转换效率明显有提升。但在抽片进行EL检测时，发现轻微的烧不透现象，分析认为，多晶丝网烧结工艺与前期的单晶工艺存在不匹配的可能性。

图1为C组转换效率散点图。从散点图中可以看到，采用C的工艺步骤时，准单晶的转换效率波动幅度大，且不乏20.00%左右的转换效率，可见该工艺步骤有很大的优化空间，因丝网是使用多晶生产工艺，因此丝网印刷将是下组实验的主要优化目标。为此，设计了D组实验步骤。

图2是D组实验的转换效率散点图，图3是D组实验效率分布图。D组实验中，丝网印刷匹配了单晶正银浆料，并且烧结温度作相应的调整，电极与基体硅形成了良好的欧姆接触，从表2数据可以看出，准单晶使用单晶生产工艺后，开路电压和短路电流较C组又有较为明显的提升，转换效率也得到改进。同时，从效率散点图和分布图可以看到，D组实验获得的准单晶效率分布均匀。

图1 C组转换效率散点图

图2 D组转换效率散点图

图3 D组效率分布图

本次实验中，准单晶电池片使用单晶生产工艺，可以获得接近于普通单晶的转换效率。

3 结论

准单晶是外观和性能类似于单晶硅的多晶硅片。通过多晶生产工艺和单晶生产工艺的对比，准单晶硅更适合普通单晶硅的生产步骤来制备电池片。实验中，采用单晶生产工艺，并匹配合适的烧结工艺，获得了20.06%的转换效率。

准单晶作为一种高转换效率低成本材料，它的研究有重要意义。虽然准单晶硅的技术还存在一些问题，但长远发展看，它对光伏发展有积极的意义。