謝振民，陳 婧

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原 030024)

在工業(yè)生產(chǎn)中，太陽能電池的效率固然重要，但成本是首先要考慮的因素。所以，在選擇太陽能電池的工藝和材料時，應(yīng)力求在保證效率的前提下最大限度地降低成本。產(chǎn)業(yè)化的太陽電池一般是在125mm或更大的直拉單晶硅或多晶硅基底上制作。

分析表明，每峰瓦商業(yè)化光伏組件的成本為2.8～3.0歐元。其中光伏組件成本的40%～50%來自硅錠生長（包括多晶硅原料的生長）、制錠和切片。其發(fā)展趨勢是發(fā)展廉價優(yōu)質(zhì)的太陽能級多晶硅原料，增大襯底的尺寸，降低切片的鋸縫痕損失和減小襯底厚度到200μm以下。電池制造和組件封裝各占組件最終成本的25%～30%。

商業(yè)化晶體硅太陽電池的效率一般在14%～17%。因為電池的效率對每個生產(chǎn)階段的成本都有影響，所以應(yīng)該把相當大的精力放在改善效率上。在不遠的將來，希望能將單晶硅太陽能電池的效率提高到18%～20%，將多晶硅太陽能電池的效率提高到16%～18%。從實驗取得的成果分析，有望達到上述效率目標的太陽能電池中重要特征之一就是對太陽能電池片的金屬化進行產(chǎn)業(yè)化。

1 絲網(wǎng)印刷太陽電池

多數(shù)商業(yè)化制造的晶體硅太陽電池采用絲網(wǎng)印刷方法，其他的太陽電池工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)占不到太陽電池的10%。

1.1 結(jié)構(gòu)

圖1 絲網(wǎng)印刷晶體硅太陽電池（未按比例）

圖1顯示了典型的晶體硅絲印電池的結(jié)構(gòu)。通常的電池工藝步驟包括：腐蝕除去起始晶片的切割損傷；上表面的化學(xué)織構(gòu)化（若起始材料是〈100〉晶片）；上表面擴散到約40Ω/片；通常將電池疊成一摞而在等離子體中去邊的邊結(jié)隔離；腐蝕去除擴散氧化物；前面金屬漿料通過適當圖形的絲印；前表面金屬化的烘干和燒結(jié)；后表面金屬漿料的絲印；后金屬接觸的烘干和燒結(jié)；電池測試和分類。

絲網(wǎng)印刷方法的主要缺點是工藝中用的金屬漿料的成本和較低的電池效率。后者基本是由于用絲印限制的可能線寬，漿料和硅之間較高的接觸電阻是另一個局限。由于燒結(jié)時漿料厚度收縮的最后柵線外形（寬/高）比低是同燒結(jié)漿料的低電導(dǎo)率（純銀的1/3）混在一起的另一個問題。

通過對幾個不用銀的絲印漿料的可行性研究，研究過鎳和銅而未成功。

為了減小線寬，可以用特別細絲網(wǎng)。然而，這樣的絲網(wǎng)用于商業(yè)生產(chǎn)容易損壞，盡管其產(chǎn)生的效果往往很好。

漿料和硅之間的接觸電阻可能是精密燒結(jié)環(huán)境溫度和溫度的敏感函數(shù)，玻璃料（用在漿料中作為粘合劑的分散的玻璃粒）沿著絲印漿料和硅的表面之間的界面形成一個氧化物沉積物。這促成了高的接觸電阻，雖然常常在漿料里加磷以減小同N型材料的接觸電阻。燒結(jié)后用HF腐蝕上表面以減小接觸電阻，大概腐蝕掉這個面上某些界面的玻璃料。然而，也考慮到這降低了電池在潮濕環(huán)境中的可靠性。

背表面接觸電阻通常問題不大。即使接觸是由較輕摻雜的材料組成，也能得到大得多的接觸面積。此外，加進銀漿中的鋁或利用鋁漿母體可以通過合金增加表面區(qū)的摻雜水平。在適當?shù)臒Y(jié)條件下，通過利用這樣的鋁可以得到重要的“背面場”效果。

1.2 局限

絲網(wǎng)印刷方法的局限并非不可避免，它可以通過其他方式解決。為了減小線寬，可以用較細的絲網(wǎng)，但對規(guī)模生產(chǎn)而言耐用性不好。

對中國近現(xiàn)代史的基本問題進行研究主要是在2008年馬克思主義理論一級學(xué)科所進行增設(shè)的二級學(xué)科，現(xiàn)階段，很多高校已經(jīng)開設(shè)相關(guān)的專業(yè)，并對該專業(yè)的研究生以及博士進行培養(yǎng)，以此為基礎(chǔ)展開相關(guān)學(xué)術(shù)方面的研究。但就我國現(xiàn)階段對中國近現(xiàn)代史基本問題的研究現(xiàn)狀來講，還存在相應(yīng)的問題與不足之處，對于學(xué)科的實行還未進行準確的定位，屬于探索過程，本文主要對中國近現(xiàn)代史基本問題研究的學(xué)科屬性進行簡單的分析與研究。

然而，能否利用絲印方法生產(chǎn)高效電池還不確定，好的實驗絲印電池只得到了大約16.7%的效率。即使在生產(chǎn)中成功地解決了線寬和接觸電阻的問題，仍然還有電導(dǎo)率和小的高寬比的挑戰(zhàn)。

2 埋柵電池

2.1 結(jié)構(gòu)

圖2所示的埋柵電池被開發(fā)出來，以克服先前所述的絲印電池方法的效率限制。這種方法最顯著的特征是在上表面利用槽形成電池的金屬化。雖然最初研究了利用絲印的金屬化步驟，成功的設(shè)計利用了化學(xué)鍍金屬柵線。

圖2 埋柵太陽電池（未按比例）

某些電池工藝步驟類似于絲印步驟，去除切割損傷和織構(gòu)化后，表面經(jīng)擴散和生長氧化物覆蓋整個表面，氧化物在電池工藝中起多重作用，是工藝相對簡化的關(guān)鍵。注意不需要像絲印方法那樣去除擴散氧化物。然后用激光劃線機、機械切割鋸，或用其他機械或化學(xué)方法在電池上表面開槽。

用化學(xué)腐蝕清洗槽后，對槽進行第二次擴散，比第一次要重要得多，這在接觸面形成了選擇性摻雜。然后，用蒸發(fā)、濺射、絲網(wǎng)印刷或等離子沉積在背表面沉積鋁。

在燒結(jié)鋁和腐蝕掉氧化物后，化學(xué)鍍鎳、銅和銀層完成電池金屬化。首先沉積薄的鎳層，然后燒結(jié)和沉積厚實的銅層，然后在上表面用置換鍍生成薄的銀層?？邓固顾勾髮W(xué)用這種方法在大面積多晶硅襯底上獲得了17.5%的效率。

2.2 性能分析

通過金屬化之后的埋柵電池具有的特征：

（2）選擇性發(fā)射極，使太陽電池片獲得了最佳的光譜響應(yīng)及最小的接觸電阻；

（3）激光刻槽，使太陽電池片達到了最小的遮光率和高電導(dǎo)率的銅電極。

因此，埋柵電池取得了超過絲網(wǎng)印刷電池的重大性能優(yōu)勢，圖3示出了利用同樣的初始襯底進行比較后的結(jié)果。在這種情況下有近30%的性能優(yōu)勢，這種工藝單位面積比絲印電池單位面積的工藝成本低4%以下。

圖3 同絲印電池相比的埋柵電池輸出特征

性能的改善有多個原因：添充因子較高是由于金屬化柵線較好的導(dǎo)電性和這些柵線與重摻雜槽區(qū)之間較低的接觸電阻；電壓較高是由于上表面擴散較高的方塊電阻，結(jié)合這些面積上整個的氧化提供極好的表面鈍化，以及槽區(qū)中的重摻雜提供的接觸鈍化。埋柵電池達到了接近700mV的開路電壓，接近于實驗室硅電池曾經(jīng)獲得的最高電壓。

高電流輸出原因是相對低的上表面遮擋，這種方法即使在大面積電池上也是可行的。激光刻槽的金屬化線寬可達到15～20μm，機械開槽的線寬可達40μm。低的金屬化損失也使得這種方法非常適合于商業(yè)電池不斷增大的尺寸。對改善的輸出電流的另一個貢獻是由于非接觸面上幾乎理想的表面性質(zhì)產(chǎn)生的改善的藍光響應(yīng)。

工藝步驟也表示它本身的工藝過程中能夠產(chǎn)生很好的吸光效果。開槽過程中的損傷似乎是有益的。用于硅片的背面時，激光損傷可以產(chǎn)生有效的吸雜。類似地，可以預(yù)期上表面上激光刻的槽是有效的吸雜點。埋柵工序的優(yōu)點之一是上表面的刻槽部分在刻槽后受到重擴散。磷會優(yōu)先在損傷面積擴散和自動地鈍化開槽引起的損傷。

此種工藝轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)時能夠比絲網(wǎng)印刷效率高20%～30%。雖然采用的工藝步驟比最簡單的絲印方法稍復(fù)雜，但是省去了昂貴的銀漿，以至于單位面積的工藝成本沒有多大差別，而每片的成本卻降低了。

3 研究探索

太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能的卡諾循環(huán)效率可達95%，而且目前太陽電池理論效率的上限僅為33%，這說明太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率還有很大潛力。因此，美國、澳大利亞正在開展超高效（＞50%）太陽電池的理論研究和科學(xué)實驗。

此外，將鈉米等新材料應(yīng)用于新型光伏器件的研發(fā)，近年來引起科研人員的關(guān)注，開展了一些新的探索，認為是很有希望的研發(fā)方向。

4 結(jié)束語

隨著新材料、新結(jié)構(gòu)、新制備工藝及檢測技術(shù)的進步，對太陽電池的金屬化技術(shù)的轉(zhuǎn)化要求也越來越高，只要大膽創(chuàng)新積極探索，在對太陽電池效率的道路上，定會取得可喜的成就。

：

[1]嚴陸光，崔容強.21世紀太陽能新技術(shù)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2003.

[2]雷永泉.新能源材料[M].天津：天津大學(xué)出版社，2000.

[3]王長貴，崔容強.太陽能[M].北京：能源出版社，1985.

[4]趙富鑫，魏彥章.太陽電池及其應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，1985.

[5]王長貴，王斯成.太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.