摘要：传统能源短缺成为制约经济发展的主要问题。传统能源使用对环境造成的影响日益严重，寻找清洁能源刻不容缓。太阳能不仅简单易得，还可持续使用，不会出现能源枯竭问题。单晶硅太阳能电池是一种将太阳能转化为化学能的有效装置。本文就单晶硅太阳能的生产工艺展开研究。
关键词：单晶硅；太阳能电池；生产工艺
1 高效单晶硅太阳能电池发展现状
随着现代工业的发展，人们对能源的需求日趋加大，引发了全球性的能源危机。太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源，太阳能电池以其独特优势，超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应的主要支柱。太阳能电池作为一种新兴能源已经走上世界舞台。
目前，从市场上所使用的半导体材料来看，晶体硅太阳能电池依旧是市场的主角。晶体硅太阳能电池主要是单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池，一直保持着90%以上的市场占有率，牢牢统治着整个太阳能市场。高转换效率、低成本是太阳电池发展的主要趋势。如何提高太阳能电池的转换效率，降低生产成本一直是研究的一个重点，而有效的减少太阳能在硅片表面的反射损失提高电池的陷光效应是提高太阳能电池转换效率的一个重要手段。因此在降低太阳能电池表面反射率方面采用了多种方法，例如：表面制绒和沉积减反膜。在晶体硅太阳能电池表面制备绒面已经是太阳能电池工艺中必不可少的一个重要步骤，有绒面的太阳能电池能减少光的反射，增加光的吸收，提高短路电流，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
2 高效单晶硅太阳能电池工艺技术
2.1制绒
制绒过程采用质量分数味20%碱液于80℃温度下对硅片进行表面处理，从而达到去除损伤层效果。腐蚀作用速度为6-10um/min，约经过25-40min反应后硅片表面可形成角锥形外表，该过程反应如下：
Si+2NaOH+2H20→Na2SiO3+2H2↑
对硅片表面生成的SiO2可为采用HF进行清除，方程式如下：
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O
采用盐酸进行表面处理，形成可溶于水的络合物，最后采用喷淋方式去除表面杂质，烘干处理。
2.2扩散制结
扩散源为三氯氧磷（POCl3），高温条件下会分解：
5POCl3→3PCl5+P2O5
反应会产生一定扩散温度，生产物P2O5会与硅反应：
2P2O5+5Si→5SiO2+4P
在外来氧气作用下PCl5被进一步分解为P2O5并释放出氯气，其反应过程为：
4PCl5+5O2→2P2O5+10Cl2↑
生成物P2O5会与Si进一步反应，在通入氮气过程中同时通入一定量O2，此过程总反应方程式为：
4POCl3+3O2（过量）→2P2O5+6Cl2↑
POCl3分解过程中产生的P2O5会在硅片表面进行累积，并与硅片产生反应生成SiO2及P，反应过程中生成一层表面磷-硅玻璃材质，P会逐渐向外扩散，反应过程如下：
2P2O5+5Si→5SiO2+4P
2.3等离子边缘刻蚀
等离子体刻蚀采用高频辉光放电反应，将反应气体激活，成为活性粒子，这些活性粒子扩散至需刻蚀部位，与硅片产生反应，生成具有一定挥发性的SiF4，因此易被除去，达到边缘刻蚀目的。
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2.4去磷硅玻璃
将槽内液体换成清水，HF槽放水至80L后再向槽中添加8L含量为48.8%-49.2%的HF。去磷硅玻璃工艺的步骤及其参数见表1。
HF被不断消耗，浓度不断降低。为保证反应顺利进行，需每间隔6H对槽液进行更换一次，喷淋槽及清洗槽的纯水约每12H需更换一次。
2.5 PECVD镀减反射膜
单晶硅太阳能电池生产中一般采用等离子化学气相沉积（PECVD）减反射膜。工业生产中制备SiNx减反射膜时会引起大量H进入，促进悬挂键不断饱和，由此降低复合中心影响，促进表面钝化。SiNx薄膜不仅可以增强单晶硅太阳能电池对太阳光的吸收率，还可在H钝化作用下极大提高单晶硅太阳能电池短路点流及开路电压。计算分子化合价可知中SiNx中Si和N化合价之比为0.75，因此分子结构为Si3N4。PECVD沉积SiNx薄膜化学计量比随工艺产生变化，其中Si和N之比在0.75-2之间波动。SiNx电阻率会随着X增加而降低，折射率则与X成正比关系。
单晶硅太阳能电池生产中PECVD反射膜原理就是利用低温等离子体作为能量源，在此基础上将硅片结合石墨采用加热反应条件进行加热，并向PECVD反应过程中通入一定量气体，气体成分为SiH4、NH3、N2，采用辉光放电技术产生等离子体。经过一系列化学反应及等离子反应后，硅片表面形成一层固态薄膜，该过程化学反应为：
SiH4+NH3→SixNyHz+H2↑
2.6丝网印刷电极
丝印基本原理是利用网版上网口为渗透孔，在施加外界压力作用下让浆料通过渗透孔渗透到硅片上。丝印过程主要有网版、刮刀、浆料、印刷机、硅片等。
单晶硅太阳能电池丝印主要有三个步骤：
（1）用Ag/Al浆印刷背电极并烘干；
（2）用Ag/Al浆背电场并烘干；
（3）用Ag/Al浆印刷正电极。
2.7烧结
从结构上看，固体颗粒有较大表面积和不规则表面，材料加工过程中会受到机械、化学、热作用等导致结晶出现缺陷，因此造成系统具有很高自由能。烧结过程中颗粒会出现接触――结合――自由收缩――空隙排除――晶体性能提升等，此后系统自由能降低，系统稳定性进一步提升，厚膜粉系统被烧结密实。
3 单晶硅太阳电池制备环境保护
电池生产的大部分厂房不要求太高的洁净度，单晶硅太阳电池生产需要一定量的超净气体、去离子水等，厂房层高需达到4米以上厂房外面要有500-1000平方米以上的面积作为停车、废水处理、气体管道的安装，以及满足绿化等要求。
造单晶硅太阳电池需要极高纯度的去离子水，而且这种超纯水的消耗量也相当大。在选择生产方案时，应考虑到节约用水的原则，尽量选取用水少而又能达到清洗效果的方案。目前在有些工业界所用的阶梯式流动清洗是一种比较可行的方法。其它如污水处理，冷却等用水将小于这一用量。如果工厂所在地水源充足，这样的用水量应该是能够保证的。
单晶硅太阳电池对化学试剂和超纯气体的要求比较高。在尽可能采用国产试剂的前提下，一些重要的化学药品可能需要从国外购买。但是超纯气体则应在本地解决，因为从外地运输是不实际的。如果当地有此种供应商，则此问题就可圆满解决。在生产过程中产生的污水、废气都要按照或者超过国家标准加以处理。
4 结语
单晶硅太阳电池目前研究的主要任务是在提高效率的同时如何进一步降低成本，其电池高效、稳定、资源丰富、无毒的优势，成为国际上研究开发热点，国外发展比较迅速，在未来地面应用方面将是发展方向。
参考文献：
[1]汪建军，刘金霞.太阳能电池及材料研究和发展现状[J].浙江万里学院报，2006，9（5）：19.
[2]鲁瑾.光伏产业驱动硅材料业高速发展[N].中国电子报，2005，25（5）：33.
[3]王长贵.可再生能源的现状和展望[J].太阳能光伏产业发展论文论集，2014（05）：34-37.
[4]沈辉.太阳能光伏发电技术[J].化学工业，2015（03）：78-86.
论文作者:吝占胜
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/13
标签：太阳能电池论文; 单晶硅论文; 硅片论文; 表面论文; 气体论文; 太阳能论文; 过程论文; 《基层建设》2018年第19期论文;