激光打孔技术应用日趋广泛
简化工艺是MWT和EWI电池制备的发展趋势。首先从打孔技术看,MWT和EWT电池的制备都需要打孔,MWT中的金属化孔洞主要起到连接前后两面发射极的作用,主要收集载流子的还是表面栅线。而EWT对打孔的要求更高,它表面没有一点遮光的栅线,全部都是通过孔洞来收集载流子并且传输到背面的发射极上,单位面积上孔的数目更是远大于MWT。早期有用化学腐蚀、光刻和激光刻槽的方法进行孔的制备,这些方法工艺繁琐而且成品率也不够高,但后来随着激光技术的发展,现在大量生产的MWT和EWT都用激光打孔技术,尤其是有些多晶电池的制备,用化学腐蚀方法制孔很难得到大小均匀的孔洞,而且现在成熟的激光技术在打孔后可以改善Si材料的本身性质,所以现在量产的MWT和EWT都采用激光技术。
不论MWT还是EWT其孔径都在30微米~100微米之间,成熟的激光技术对于孔径和孔壁的均匀性都有比较理想的表现,在MWT电池的晶片上,其孔洞的数目大约在100个~300个左右;在EWT的晶片上现在标准都是每1毫米的间隔有1个孔。目前对EWT打孔存在的困难主要在于缩短打孔时间、提高成功率和无损伤等方面,所以对激光的频率和重复率要求更高。
制绒改善表面反射率
与传统电池一样,MWT和EWI电池都需要在表面进行制绒。制绒的主要目的是将其表面的反射率降到10%以下。制绒的方法很多,包括激光刻槽技术、反应离子刻蚀技术、掩膜刻蚀法、电化学腐蚀、化学腐蚀法等。
在MWT和EWT中有用酸腐蚀的,也有用碱腐蚀的,因为这两种类型的电池对衬底的要求都不高,既有多晶也有单晶,所以不同衬底可以选择各自适当的方法,但不论哪种腐蚀都可以改善激光打孔对硅片带来的损害,减小激光打孔对孔壁高温灼烧的影响,为制备电池之后的工艺打下良好的基础。
现在MWT和EWT在制绒中采用金字塔、纳米柱、倒金字塔等绒面设计,其中陷光效果最好的是纳米柱结构,它不仅改变了硅的表面形貌,还增强了可见光的吸收。
湿法扩散可增加均匀度
扩散是制备太阳能电池的核心步骤,通过扩散可在硅衬底上形成PN结。企业里通常使用的方法是湿法扩散,用POCl3作为磷源,BBr3作为硼源。金属化孔洞填充存在的问题是经过高温烧结后很难形成连续的通道,所以EWT要求孔洞中进行重扩降低接触电阻,并以此来作为电流传输的通道。
现在量产MWT和EWT通常采用的是湿法扩散,扩散浓度越高其表面的方块电阻就会相应减小,如果衬底是P型硅片,进行磷扩散,通常用的湿法扩散是将两片硅片紧贴在一起,在850℃的扩散炉里用液态POCl3进行磷扩散,如果扩散时间分别为90分钟左右的话,用四探针法进行测量,扩散硅片的方块电阻在R=20~30Ω/sq的范围内,之后用10%的HF去除硅片表面的磷硅玻璃,再用大量的冷、热去离子水进行冲洗,其优点就是扩散得比较均匀。
另外,制备EWT电极时还可用Al-P共扩散的方法,与传统方法一样都是要先用激光打孔,在电池背面同时用丝印的方法印上有P和Al的叉指电极,面积比约为1∶1,然后一起放进烧结炉里进行烧结,这样可大大节省工艺步骤,但是由于激光损伤和表面没有钝化,使得表面复合略显增加而且效率也只有10%,所以这个工艺还有一些参数需要去改善,例如背电极、激光参数等都还需要优化。
实验室中对MWT和EWT的扩散也有用干法扩散的,其磷源片种类很多,主要成分有磷酸镧、CeP5O14、SiP2O7几种,硼源片的主要成分有B2O3、BN和SiO2的混合物两种,扩散时在源片的同一石英舟上放上要扩散的硅片,待炉温加热至850℃的时候缓慢将石英舟推入恒温区,并一直通氮气,P扩散一小时后其方阻约在R=20~30Ω/sq的范围内,均匀性也较好,而且背面不用做遮挡,但是尾气是有毒的,需要进行处理。另外,源片的保存是个很重要的问题,要求干燥,而且要定期进行烘干,若保管不善会减少源片的使用寿命。
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