王海刚， 王艳波， 王森涛， 贾彦科， 刘 进

（山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046204）

引 言

近年来，随着阴霾天气的增加，PM2.5已超标数倍，环境污染问题日益严峻，使用清洁能源的呼声越来越高，因此，太阳能光伏作为取之不尽的可再生能源得到迅速发展。晶体硅太阳能电池虽然具有转化效率高、性能稳定等优点，在太阳能电池中一直占据主导地位，但相比传统能源来说没有经济优势，所以，不断引入新工艺来提高效率和降低成本成为其在市场竞争中赢得市场份额的发展方向。我公司采用背面镀膜的高效单晶工艺，电池片转换效率高达20%，但丝网印刷后背电极的拉力略低，成为其量产的瓶颈。本文对浆料、薄膜、硅片之间的附着力进行了理论分析和实验研究，通过更换背电极浆料和调整背激光工艺2种方法试图解决以上问题。结合实验分析了2种方法的效率优势和经济优势。在背电极上分别对A、B、C 3种浆料进行了拉力测试实验；在背激光工艺调整方面，对背电极处开槽面积52.5%、67.5%、82.5%、100%进行了拉力测试实验。最终，通过背电极开槽实现了高效单晶工艺的产线量产。

1 实验路线的确定

1.1 高效单晶工艺

近几年，太阳能电池得到了飞速的发展，而提高太阳能电池转换效率和降低成本一直是光伏能源领域的主要研究方向。其中，提高光的利用率和降低表面复合是提高效率的先决条件［1］。我公司采用自主研发的背钝化高效单晶工艺来降低表面复合，从而提高光的利用率，单片效率高达20%，达到国内领先水平。此工艺有2个突出的优点：1）抛光［2］工艺可以去除硅片表面的刻蚀损伤，得到较为干净、光滑的表面，有利于电池表面的钝化，减少少数载流子的复合，提高转化效率［3］。2）背面镀氮氧化硅和氮化硅双层膜［4］。氮化硅起到保护层的作用，在沉积过程中伴有大量的氢原子和氢离子产生，可以去除饱和挂键，同时降低表面态，钝化了背面绝缘层结构，提高表面钝化，降低表面复合速度［5］。穿过硅片的光经过氮化硅反射后会再次利用，更大程度地利用光效应，增大短路电流，从而提高电池片的转换效率。

与普通工艺不同，氮化硅是绝缘膜［6］，光激发出来的电子无法导出。我们利用背激光进行背面开槽，印刷铝浆后能够渗入到激光开的槽中，经烧结后使铝浆和硅片有良好的接触，从而达到导电效果。但是，电池片背电极拉力略低于市场要求，成为不能量产的瓶颈。

1.2 实验方案的确定

采用普通单晶工艺，用同样的浆料和硅片，背电极拉力能达到要求。经分析，认为是因为在背电极的地方只有很少部分的开槽，大部分背电极浆料并没有和硅片基体接触，导致拉力不够。所以，我们提出了2种解决方案：一是寻找合适的背电极浆料；二是调整背激光工艺，在背电极处开更多的槽，让浆料和硅片基体更好地接触（见图1和图2）。

图1 背激光未调整的高效单晶背钝化工艺

图2 背激光开槽后（4mm×10mm）

2 实验方法

2.1 更换浆料

选取普通单晶上拉力表现比较好的A、B、C 3种背银浆料进行实验，结果如表1。

表1 3种背银浆料实验结果

从表1可以看出，虽然更换了不同的浆料，但拉力都没有达到工艺要求（≥3N）。

2.2 背激光开槽

在背电极处开更多的槽，让更多的银铝浆与硅基体接触来增加附着力，实验选取背电极52.5%、67.5%、82.5%、100%（开槽面积与背电极面积相比，如图3）的开槽，背电极拉力测试结果如表2。

图3 背激光开槽面积

表2 不同开槽面积实验结果

从表2数据可以看出，增加背电极处开槽面积让更多的银铝浆与硅基体接触，增加附着力与设想一致，拉力均符合工艺要求。

2.3 背激光开槽优化

通过背激光开槽，虽然可以解决背电极拉力不足问题，但是应用于生产还要考虑成本及产能等实际情况。背激光本身就是背面工艺，修改配方即可，不增加成本。但修改配方后单片处理时间增加，从原来单片3s增加到现在的单片10s（100%开槽），产能成为瓶颈。考虑到拉力、激光的热损伤和产能问题，选定优化配方为背电极70%开槽（见第21页图4）作为生产配方。优化后，单片处理时间约6s，双轨背激光设备可以满足2条60MW产线的产能，拉力问题得到了解决。

图4 背激光开槽面积70%

3 结论

在背面镀上氮氧化硅和氮化硅膜，虽然效率有了很大的提高，但同时背面拉力却成为一个新的问题。更换了不同的银铝浆料后，效果不明显。之后，调整了背激光工艺，在背电极处开52.5%、67.5%、82.5%、100%的槽，效果有了明显改善。最终，通过配方优化，实现了高效单晶的产线量产。

［1］ Lee J Y，Glunz S W.Investigation of various surface passivation schemes for silicon solar cells［J］.Solar Energy Materials ＆ Solar Cells，2006，90：82－92.

［2］ 刘恩科，朱秉升，罗晋生，等.半导体物理学［M］.北京：国防工业出版社，2004：120－128.

［3］ Jerome Moyerl，张伟铭，韩晶肄.高效无铅太阳能电池背银浆料的研究［C］∥第十届中国太阳能光伏文集.常州：第十届中国太阳能光伏会议，2008.

［4］ Jae Sungyou，Donghwan Kim，Joo Youl Huh，et al.Choon sik kang experiments on anisotropic etching of Si in TMAH［J］.Solar Energy Materials ＆ Solar Cells，2001，66（37）：44.

［5］ Vazsonyi E，De Clercq K，Einhaus R，et al.Improved anisotropic etching process for industrial texturing of silicon solar cells［J］.Solar Energy Materials ＆ Solar Cells，1999，57：179－188.

［6］ Nishimoto Y，Namba K.Investigation of texturization for crystalline silicon solar cells with sodium carbonate solutions［J］.Solar Energy Materials ＆ Solar Cells，2000，61，393：402.