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    隨著傳統能源的日益枯竭和石油價格的不斷上升，以及人們對自身生存環境要求的不斷提高，作為無污染的清潔能源，太陽電池必將會得到更加迅猛的發展。而作為現今占據太陽電池絕大部分市場的晶硅太陽電池，其制備技術一直代表著整個太陽電池工業的制備技術水平。

    尤其是在最近幾年里，無論是在降低生產成本方面，還是在提升電池轉換效率方面，硅太陽電池制備工藝都取得了飛速的進步。本文以晶體硅太陽電池生產流程為基礎，主要從降低生產成本和提高電池轉換效率方面出發，介紹了太陽電池制備工藝的最新進展，并對各種制備工藝作出了評價和展望。 太陽電池結構和生產流程 早期的硅太陽電池的主體結構，它主要包括：單結的ｐｎ結、指形電極、減反射膜和完全用金屬覆蓋的背電極。雖然太陽電池發展迅速，它的主要結構仍然保持不變，只不過每一個部分的制備工藝水平都較早期的有了質的飛躍。工業上生產太陽電池流程可以簡化成：制備硅片→擴散制結→沉積減反射膜和鈍化膜→制成電極→封裝。通過對以上生產流程的分析，可以清晰地知道近幾年硅太陽電池工藝的進展情況。

     硅片制備

     １．單晶硅和多晶硅 無論是第一塊硅太陽電池，還是現今轉換效率最高的ＰＥＲＬ太陽電池，所使用的硅片材料都是懸浮區熔硅。這種材料的純度很高，具有完整的晶體結構，幾乎不存在復合中心，但是昂貴的價格卻限制了它在太陽電池領域的應用。直拉單晶硅價格雖然有所降低，但是對于大規模地面應用來說還是太昂貴。多晶硅雖然質量不如單晶硅，但由于無需耗時耗能的拉單晶過程，其生產成本只有單晶硅的１/２０，而且工業中應用吸雜等技術可以維持較高的少子壽命，目前實驗室多晶硅太陽電池的效率已達到２０．３％，工業上生產的多晶硅太陽電池的效率也可以達到１３％～１６％，因此，現在太陽電池市場上多晶硅電池的份額已經超過了單晶硅電池。

     ２．硅帶 當太陽電池成本降到１美元/Ｗ的時候具有和常規能源競爭的優勢，但是無論是用單晶硅還是多晶硅，都存在嚴重的切割損耗問題，因此很難將單晶硅或多晶硅電池的成本降低到２美元/Ｗ以下。硅帶技術最大的優點在于它完全避免了切割過程，從而大大降低基體的生產成本。現在硅帶工藝較多，主要有顆粒硅帶工藝、ＥＦＧ工藝等。顆粒硅帶工藝就是在保護氣氛中將硅粉直接加熱、融化、退火冷卻得到硅帶，現在這種技術已經可以拉制出１０ｃｍ寬、４ｍ長的硅帶，且其拉制速度可以達到３０ｍｍ/ｍｉｎ，并且可以調節。在試驗室研究階段，顆粒硅帶制備的太陽電池效率最高已經達到８．２５％，成本已經降到０．８美元/W。EFG是唯一投入大規模生產的硅帶工藝，它直接從熔融的硅液中拉制出薄的硅帶。但是一般的硅帶都存在缺陷多，表面平整度不高的問題，給后續工藝和電池效率帶來了負面影響，因此如何提高硅帶質量是硅帶工藝面臨的最大挑戰。

     ３．層剝離技術 在降低成本的同時又取得較高的效率是發展太陽電池制備工藝的最終目標，層剝離技術在這方面有了很大的發展。層剝離工藝概述如下：在懸浮區熔硅的表面用電化學方法腐蝕出一薄層多孔硅，接著在多孔硅上面生長一層高質的外延層，然后用機械剝離或其他方法將外延層和基體分開，利用剝離下來的外延層制備太陽電池，基體又可以重復利用。利用這種方法已經制備出１２μｍ厚、效率為１２．５％的太陽電池。如果能夠克服剝離時外延層破碎以及提高剝離速率的難題，層剝離技術應該能得到大規模應用。

     腐蝕和表面織構

    １．表面腐蝕 切割后的硅片表面有一層１０～２０μｍ厚的切割損壞層，在電池制備前必須去除，常用的腐蝕劑為加熱到８０～９０℃的２０％～３０％的ＮａＯＨ或ＫＯＨ溶液。由于堿液腐蝕的各向異性，多晶硅的腐蝕不能采用堿性溶液腐蝕，因為如果腐蝕速度過快或腐蝕時間過長，在晶界處會形成臺階，為以后電極的制備帶來麻煩。利用各向同性的硝酸、乙酸和氫氟酸混合溶液可以避免這一問題，但是酸液腐蝕速度過快而難于控制，且這種酸液的廢液也難以處理。

    ２．表面織構 為了有效地降低硅表面的發射，除了沉積減反層外，表面織構也是一個可行的工藝。理想的表面織構（絨面）為倒金字塔形。常用的織構制備方法為機械刻槽法和化學腐蝕法。機械刻槽利用Ｖ形刀在硅表面摩擦以形成規則的Ｖ形槽，從而形成規則的、反射率低的表面織構。研究表明尖角為３５°的Ｖ形槽反射率最低。現在的問題是，如果用單刀抓槽，雖然能得到優質的表面織構，但是成形速度太低，采用多刀同時抓槽又容易破壞硅片。化學腐蝕法可以在硅表面形成不規則的倒金字塔形織構，但是由于多晶硅的各向異性，使得化學腐蝕方法難以應用到多晶硅電池表面織構的制備。

    反應離子刻蝕技術也可以作為形成織構的方法，它首先在硅表面沉積一層鎳鉻層，然后用光刻技術在鎳鉻層上印出織構模型，接著就用反應離子刻蝕方法制備出表面織構。用這種方法可以在硅表面制備出圓柱狀和錐狀織構，其表面發射率最低可以降低到０．４％，而且不論是單晶硅還是多晶硅都適用，只是這種方法費用較高。

    擴散制結 工業中典型的結制備分為兩步，第一步用氮氣通過液態的ＰＯＣ１３，將所需的雜質用載流氣體輸運至高溫半導體表面，雜質擴散深度約幾百個納米。第二步是高溫處理，使預沉積在表面的雜質原子繼續向基體深處擴散。這樣就形成了一個ｎ＋/ｎ層，這樣的結構有利于后續電極的制備，因為在平面印刷銀技術中，ｎ＋層不僅可以和金屬電極形成歐姆接觸，而且可以防止電極制備過程中金屬原子擴散進入基體內部。但是有研究指出，好的發射區應當位于基體表面附近，并且只需要一定的摻雜濃度即可。綜合后續工藝，理想的ｐｎ結應當具有如下結構：在基體表面附近，除了在指形電極下有一個重摻雜的ｎ＋區外，其余的部位都是一般濃度的摻雜。這是因為指形電極下的重摻雜區不僅可以降低接觸電阻，以獲得好的填充系數，也可以降低電極帶來的表面復合損失，而指形電極之間的低電極帶來的表面復合損失。而指形電極之間的低摻雜發射區具有較低的界面態，可以得到較好的光譜響應和較高的開路電