摘要：太阳能电池制备过程工艺的不断优化及先进的结构设计，使太阳能电池的转化与利用效率越来越高。针对太阳能电池制备工艺理论进行了研究。从太阳能电池工作原理出发，展开对硅片制备工艺与技术的分析，并探讨了太阳能电池转化效率及高效单晶电池工艺。希望能为提升中国太阳能电池制备工艺水平提供一份参考，使其制备工艺过程中不断开发新技术，向产业化生产迈进。
关键词：太阳能电池；硅片；制备工艺；转化效率
1 太阳能电池的类型及工作原理分析
1.1 太阳能电池的类型分析
按照不同的标准能够将太阳能电池分成不同的类型，按照结构对其进行分类主要能够分为异质结电池、同质结电池、光化学电池、肖特基结电池。以异质结电池为例，它主要是通过两种不同的半导体材料，在相接的界面上构成一个异质结的太阳能电池，倘若是两种异质材料晶格结构相近，以及界面的晶格匹配比较完好，那么就称为是异质面电池。按照材料进行分类，就能够分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池。经过科学技术的发展现在已经有了新型材料的太阳能电池，例如燃料敏感化太阳能电池以及化合物半导体太阳能电池。
1.2 太阳能电池的工作原理分析
太阳能电池在工作原理方面主要是基于半导体光生伏特效应，然后将太阳能辐射能直接的转化为电能，在晶体中的电子数目总是和核电荷数相一致，故此P型硅以及N型硅对外部来说是电中性的。将其在太阳光下进行照射，只是被加热，在外部没有发生任何变化，尽管是光的能量通过电子从化学键当中得到释放，由此也会产生电子空穴对，而在短时间内又被捕获，就成了电子和空穴复合。针对不同的材料太阳能电池而言，光谱相应范围也有所不同，但在光电转换的原理是相同的。在P-N结的内建电场的作用下，N区空穴向P区进行运动，电子则是相反进行运动，最终形成太阳能电池受到光面大量负电荷积累，在电池背面有大量正电荷积累，通过导线进行连接负载就能够有电流通过。
2 硅片的制备工艺流程
2.1 硅片清洗(制绒)
去除硅片表面损伤层是太阳电池制造的第一道工序，其目的主要通过化学腐蚀，去除硅片表面的机械切痕与损伤，同时还可以制作绒面表面构造。大多使用廉价的浓度约1%的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀温度为70～85°C腐蚀效果较好。P型硅片每面腐蚀深度可达5～10μm。
2.2 扩散制结
太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光电转换，扩散一般用POCL3液态源作为扩散源。把P型硅片放在管式扩散炉的石英容器内，在850～900°C高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过POCL3和硅片进行反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，就形成了PN结。
2.3 等离子边缘腐蚀(刻蚀)
在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，硅片的所有表面包括边缘都将不可避免地扩散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路，必须除去。利用辉光放电中氟离子与硅片反应，产生挥发性的产物SiF4，可达到边缘腐蚀的目的。
化学方程式：CF4+O2+Si=SIF4+CO2
2.4 去磷硅玻璃
用化学方法去除扩散层SiO2与HF生成可溶于水的SiF6，从而使硅表面的磷硅玻璃溶解。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆化学方程式：
SiO2+HF=H2(SiF6)+H2O
2.5 减反射膜的制备(PECVD)
PECVD简称为等离子体增强化学气相沉积，就是采用等离子体增强化学气相沉积技术在电池表面沉积一层SiNx减反射膜。
一般情况下，使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在70nm左右。这样厚度的薄膜具有光学的功能性。
2.6 表面金属化(丝网印刷)
太阳电池经过制绒、扩散及PECVD等工序后，已经制成PN结，可以在光照下产生电流，为了将产生的电流导出，需要在电池表面上制作正、负两个电极。常用丝网印刷法，就是通过特殊的印刷机和模板将银浆，铝浆印刷在太阳电池的正背面，以形成正负电极的引线，再经过低温烘烤，高温烧结，最终形成太阳电池。
2.7 快速烧结
经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。
当银电极和晶体硅在温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形成上下电极的欧姆接触，提高电池片的开路电压和填充因子两个关键参数，使其具有电阻特性，以提高电池片的转换效率。
3 太阳能电池转化效率
太阳能电池转化率的检验，必须以有太阳光照射为前提。照射在太阳能电池上的光被分割成两部分，分别是有效和无效照射光。无效照射光是就太阳能电池本身光谱响应而言的"。根据特定材料的光谱反应频段，无法响应的光谱将无法被利用。而有效光照，-部分被吸收利用了，另一部分用来补充空穴，产生空穴电子对。二者的结合会直接影响转化效率。有效照射光的另外-.部分转化为了电能。在光强稳定的情况下，太阳能电池温度的升高降低了其输出功率，同时其他因素的光照大小对能量转化也有一-定的影响。总结来说，影响太阳能电池转化效率的因素分为三部分:a太阳能电池的材料影响。不同材料对光的吸收程度不同，从而造成不同的光谱效应。对此，提升太阳能电池的转化率，只能改变表面材料,提升太阳光的吸收强度;b)太阳能电池表面对光的部分反射。降低此因素的影响，可以采用制绒方式，增加表面粗糙程度，以此减少表面对太阳光的反射;c)硅片内部载流子复合情况。可采用表面钝化原理，减少光的损失。
4 高效单晶电池工艺
高效单晶电池工艺是在太阳能电池制备工艺中提升太阳能电池转化率的工艺，包括表面陷光控制和内部载流子复合控制。表面陷光控制包括制绒过程和减少反射膜过程"。单晶硅绒面的制备是利用Si的异性腐蚀性，在硅表面形成金字塔结构。原理是Si与NaOH及H20的反应。减少反射膜过程是进一步减少人射光损失的过程，基本原理是在介质和电池表面增加具有一定折射率的膜，利用于涉原理，抵消其中的干涉作用。对于单晶硅电池，一般采用SIO2、ZnS单层或双层减少反射膜，提高电流密度，防治电池的污染和变色，提高太阳能电池的稳定性。内部载流子复合控制中，包括扩散制节过程和钝化工艺。扩散制结主要是将其他物质溶解，使PN二者实现接触。钝化工艺是太阳能电池制备工艺中的一一个重要环节，其目的是防止表面载流子与表面电极发生复合，影响电池性能，钝化可减弱复合，提升电池效率。
5 结语
太阳能电池制备过程工艺的不断优化及先进的结构设计，使太阳能电池的转化与利用效率越来越高。针对太阳能电池制备工艺理论进行了研究。从太阳能电池工作原理出发，展开对硅片制备工艺与技术的分析，并探讨了太阳能电池转化效率及高效单晶电池工艺。希望能为提升中国太阳能电池制备工艺水平提供一-份参考，使其制备工艺过程中不断开发新技术，向产业化生产迈进。
参考文献：
[1]孙肖林,李路,丁臻昱,等.高效径向结纳米线太阳能电池的制备工艺研究[J].电子世界,2016,(13):194-195.
[2]陈彦广,张雷,韩洪晶,等.钙钛矿型混合离子电子导体在能源转化中应用的研究进展[J].化学通报（网络版）,2015,(7).
论文作者:魏双双
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/22
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