沉积减反层和钝化层 抛光的硅表面的反射率为35%,为了减少表面反射,提高电池的转换效率,需要沉积一层减反层,减反层有很多种,可以是SiO2、ZnS、SiNx或是它们的组合。实验室中常采用热氧化法制备SiO2减反层,这种方法可以生成一层高质量的SiO2减反层。SiO2减反层不仅能够减少反射率,而县城还能显著降低Si-SiO2界面的少子复合速率。但是由于这种方法耗费太高,无法在工业中实现大规模应用。
用氨和硅烷反应,可以在硅表面形成一层无定形的氮化硅(SiOx)层。氮化硅减反层具有良好的绝缘性、致密性和稳定性,并且它还能阻止杂质原子,特别是Na原子的渗透进入电池基体。理论研究表明,理想的减反层应该是氮化硅减反层和SiO2减反层的组合,这种组合既具有优良的光学性能,又具有稳定钝化性能和良好的阻止杂质原子渗透性能。
为了提高电池效率,背表面也需要降低反射率和钝化。工业中背表面钝化是利用丝网印刷技术将A1覆盖在硅片上以合金化。铝和硅在577℃时可以生成共晶组织。根据A1-Si二元相图,在加热过程中,会有一种液态的A1-Si相产生,杂质会在融化的区域中偏析,于是液相就相当于一个杂质的湮灭区。当温度降低时,硅会发生再结晶,根据溶解度曲线可知,硅中会溶有一定的铝,形成一个P+的背表面场层。为了能够形成铝硅液态相,铝层需要有足够的厚度(20μm)但是这种背表面场的制备过程会使晶片产生很大的弯曲变形,硅片越薄弯曲越明显。另外,一种行之有效的方法是局部背表面场技术。在这种工艺中,不是整个背表面都被电极覆盖,而是只有1%~4%的背表面被局部的背电极覆盖,然后在背表面沉积一层氧化物作为减反层和钝化层,PERL电池就采用了这种工艺。 制备电极 电极的制备是太阳电池制备过程中一个至关重要的步骤,它不仅决定了发射区的结构,而且也决定了电池的串联电阻和电池表面被金属覆盖的面积。传统的电极是采用平面丝网刷镀银粉然后烧结而成,但是这种方法制备的电极具有高的串联电阻和大的表面覆盖率,对电池的效率影响很大。
1.激光刻槽埋栅 理想的电极应具有低的串联电阻和小的表面覆盖率,为了得到这样的电极,有研究者提出了激光刻槽埋栅电极工艺。这种方法是在表面受到保护的轻掺杂基体上,用激光或者机械的方法刻划出电极槽,经过清洗之后对电极槽,经过清洗之后对电极槽区域进行重掺杂,最后将不同合金按照不同顺序浇注到电极槽内形成电极。用这种方法制备的电极宽度很窄(20~25μm),具有很低的表面覆盖率,而且还具有高的纵深比,能够更好地吸收载流子。目前这种工艺已经在高效大面积的太阳电池上得到了大规模的应用。这种方法的主要缺点是合金中包含的Ni和Cu对环境具有破坏作用,需要额外费用来清除工业废物。
2.丝网印刷 由于传统的丝网印刷制备电极技术已经成熟并经大面积应用,完全取代它需要花费大量金钱,而且它没有化学废物需要处理,因此如何改进现有的平面印刷技术,使得它的电极宽度(150~200μm)减小到可以和埋覆电极相媲美是一个更切实际的课题。
3.透明电极 无论是采用丝网印刷技术还是埋覆电极工艺,电池总是有一部分被金属电极覆盖。研究指出,不同于非晶硅电池,多晶硅电池表面如果有10%的面积被遮盖,它的输出功率要降低50%,而非晶硅电池的输出功率与照射面积成正比,因此,透明电极受到了人们的关注。这种电极一般是用ZnOx制成,可以避免表面被遮盖,但是由于硅电池的后续工艺都需要高温,透明电析的导电性能和透光性能在后续工艺中都会下降。
4.整体背电极 另外一种可以避免表面金属覆盖的工艺是整体背电极工艺。这种工艺完全不用表面电极,而是在电池的背表面形成相间的pn区,这样就形成了一系列的pn结,然后用电极将载流子引出。后来又将这种工艺发展成点接触背电极工艺,首先在电池背表面形成许多p型和n型小区域,然后用电极引出载流子。这种避免前电极的工艺特别适用于聚光型太阳电池。
总 结 近几年,太阳电池制备工艺无论是在降低生产成本方面还在提高转换效率方面都取得了可喜的成绩,线切割技术、硅带技术、背表面场工艺、表面织构等技术的应用,使得光伏组件不仅成本较过去下降了两个数量级,而且24.7%的电池最高转化效率也已经接近理论值。即便如此,现今的太阳电池还无法与常规能源竞争。只有在保持较高转换效率的情况下使电池组件的成本低于1美元/W,太阳电池才具有和常规能源竞争的优势,为了实现这一目标,太阳电池需要在薄膜化和规模化方面有更大的发展


