眾所周知，利用太陽(yáng)能有許多優(yōu)點(diǎn)，光伏發(fā)電將為人類(lèi)提供主要的能源，但目前來(lái)講，要使太陽(yáng)能發(fā)電具有較大的市場(chǎng)，被廣大的消費者接受，提高太陽(yáng)電池的光電轉換效率，降低生產(chǎn)成本應該是我們追求的最大目標，從目前國際太陽(yáng)電池的發(fā)展過(guò)程可以看出其發(fā)展趨勢為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。

　　1、從工業(yè)化發(fā)展來(lái)看，重心已由單晶向多晶方向發(fā)展，主要原因為：

　　[1]可供應太陽(yáng)電池的頭尾料愈來(lái)愈少；

　　[2] 對太陽(yáng)電池來(lái)講，方形基片更合算，通過(guò)澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料；

　　[3]多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷取得進(jìn)展，全自動(dòng)澆鑄爐每生產(chǎn)周期（50小時(shí)）可生產(chǎn)200公斤以上的硅錠，晶粒的尺寸達到厘米級；

　　[4]由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展很快，其中工藝也被應用于多晶硅電池的生產(chǎn)，例如選擇腐蝕發(fā)射結、背表面場(chǎng)、腐蝕絨面、表面和體鈍化、細金屬柵電極，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可使柵電極的寬度降低到50微米，高度達到15微米以上，快速熱退火技術(shù)用于多晶硅的生產(chǎn)可大大縮短工藝時(shí)間，單片熱工序時(shí)間可在一分鐘之內完成，采用該工藝在100平方厘米的多晶硅片上作出的電池轉換效率超過(guò)14％。據報道，目前在50～60微米多晶硅襯底上制作的電池效率超過(guò)16％。利用機械刻槽、絲網(wǎng)印刷技術(shù)在100平方厘米多晶上效率超過(guò)17％，無(wú)機械刻槽在同樣面積上效率達到16％，采用埋柵結構，機械刻槽在130平方厘米的多晶上電池效率達到15.8％。

　　2、下面從兩個(gè)方面對多晶硅電池的工藝技術(shù)進(jìn)行討論。

　　2.1 實(shí)驗室高效電池工藝

　　實(shí)驗室技術(shù)通常不考慮電池制作的成本和是否可以大規�；�生產(chǎn)，僅僅研究達到最高效率的方法和途徑，提供特定材料和工藝所能夠達到的極限。

　　1關(guān)于光的吸收

　　對于光吸收主要是：

　�。�1）降低表面反射；

　�。�2）改變光在電池體內的路徑；

　�。�3）采用背面反射。

　　對于單晶硅，應用各向異性化學(xué)腐蝕的方法可在（100）表面制作金字塔狀的絨面結構，降低表面光反射。但多晶硅晶向偏離（100）面，采用上面的方法無(wú)法作出均勻的絨面，目前采用下列方法：

　　[1]激光刻槽

　　用激光刻槽的方法可在多晶硅表面制作倒金字塔結構，在500～900nm光譜范圍內，反射率為4～6％，與表面制作雙層減反射膜相當。而在（100）面單晶硅化學(xué)制作絨面的反射率為11％。用激光制作絨面比在光滑面鍍雙層減反射膜層（ZnS/MgF₂）電池的短路電流要提高4％左右，這主要是長(cháng)波光（波長(cháng)大于800nm）斜射進(jìn)入電池的原因。激光制作絨面存在的問(wèn)題是在刻蝕中，表面造成損傷同時(shí)引入一些雜質(zhì)，要通過(guò)化學(xué)處理去除表面損傷層。該方法所作的太陽(yáng)電池通常短路電流較高，但開(kāi)路電壓不太高，主要原因是電池表面積增加，引起復合電流提高。

　　[2]化學(xué)刻槽

　　應用掩膜（Si3N₄或SiO₂）各向同性腐蝕，腐蝕液可為酸性腐蝕液，也可為濃度較高的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，該方法無(wú)法形成各向異性腐蝕所形成的那種尖錐狀結構。據報道，該方法所形成的絨面對700～1030微米光譜范圍有明顯的減反射作用。但掩膜層一般要在較高的溫度下形成，引起多晶硅材料性能下降，特別對質(zhì)量較低的多晶材料，少子壽命縮短。應用該工藝在225cm²的多晶硅上所作電池的轉換效率達到16.4%.掩膜層也可用絲網(wǎng)印刷的方法形成。

　　[3]反應離子腐蝕（RIE）

　　該方法為一種無(wú)掩膜腐蝕工藝，所形成的絨面反射率特別低，在450～1000微米光譜范圍的反射率可小于2％。僅從光學(xué)的角度來(lái)看，是一種理想的方法，但存在的問(wèn)題是硅表面損傷嚴重，電池的開(kāi)路電壓和填充因子出現下降。

　　[4]制作減反射膜層

　　對于高效太陽(yáng)電池，最常用和最有效的方法是蒸鍍ZnS/MgF2雙層減反射膜，其最佳厚度取決于下面氧化層的厚度和電池表面的特征，例如，表面是光滑面還是絨面，減反射工藝也有蒸鍍Ta₂O₅， PECVD沉積 Si₃N₃等。ZnO導電膜也可作為減反材料。

　　2.2金屬化技術(shù)

　　在高效電池的制作中，金屬化電極必須與電池的設計參數，如表面摻雜濃度、PN結深，金屬材料相匹配。實(shí)驗室電池一般面積比較�。�面積小于4cm²），所以需要細金屬柵線(xiàn)（小于10微米），一般采用的方法為光刻、電子束蒸發(fā)、電子鍍。工業(yè)化大生產(chǎn)中也使用電鍍工藝，但蒸發(fā)和光刻結合使用時(shí)，不屬于低成本工藝技術(shù)。

　　[1]電子束蒸發(fā)和電鍍

　　通常，應用正膠剝離工藝，蒸鍍Ti/Pa/Ag多層金屬電極，要減小金屬電極所引起的串聯(lián)電阻，往往需要金屬層比較厚（8～10微米）。缺點(diǎn)是電子束蒸發(fā)造成硅表面/鈍化層介面損傷，使表面復合提高，因此，工藝中，采用短時(shí)蒸發(fā)Ti/Pa層，在蒸發(fā)銀層的工藝。另一個(gè)問(wèn)題是金屬與硅接觸面較大時(shí)，必將導致少子復合速度提高。工藝中，采用了隧道結接觸的方法，在硅和金屬成間形成一個(gè)較薄的氧化層（一般厚度為20微米左右）應用功函數較低的金屬（如鈦等）可在硅表面感應一個(gè)穩定的電子積累層（也可引入固定正電荷加深反型）。另外一種方法是在鈍化層上開(kāi)出小窗口（小于2微米），再淀積較寬的金屬柵線(xiàn)（通常為10微米），形成mushroom—like狀電極，用該方法在4cm² Mc-Si上電池的轉換效率達到17.3％。目前，在機械刻槽表面也運用了Shallow angle （oblique）技術(shù)

　　2.3 PN結的形成技術(shù)

　　[1]發(fā)射區形成和磷吸雜

　　對于高效太陽(yáng)能電池，發(fā)射區的形成一般采用選擇擴散，在金屬電極下方形成重雜質(zhì)區域而在電極間實(shí)現淺濃度擴散，發(fā)射區的淺濃度擴散即增強了電池對藍光的響應，又使硅表面易于鈍化。擴散的方法有兩步擴散工藝、擴散加腐蝕工藝和掩埋擴散工藝。目前采用選擇擴散，15×15cm2電池轉換效率達到16.4%，n++、n+區域的表面方塊電阻分別為20Ω和80Ω。

　　對于Mc—Si材料，擴磷吸雜對電池的影響得到廣泛的研究，較長(cháng)時(shí)間的磷吸雜過(guò)程（一般3～4小時(shí)），可使一些Mc—Si的少子擴散長(cháng)度提高兩個(gè)數量級。在對襯底濃度對吸雜效應的研究中發(fā)現，即便對高濃度的襯第材料，經(jīng)吸雜也能夠獲得較大的少子擴散長(cháng)度（大于200微米），電池的開(kāi)路電壓大于638mv， 轉換效率超過(guò)17％。

　　[2]背表面場(chǎng)的形成及鋁吸雜技術(shù)

　　在Mc—Si電池中，背p+p結由均勻擴散鋁或硼形成，硼源一般為BN、Bp、APCVD SiO₂：B₂O₈等，鋁擴散為蒸發(fā)或絲網(wǎng)印刷鋁，800度下燒結所完成，對鋁吸雜的作用也開(kāi)展了大量的研究，與磷擴散吸雜不同，鋁吸雜在相對較低的溫度下進(jìn)行。其中體缺陷也參與了雜質(zhì)的溶解和沉積，而在較高溫度下，沉積的雜質(zhì)易于溶解進(jìn)入硅中，對Mc—Si產(chǎn)生不利的影響。到目前為至，區域背場(chǎng)已應用于單晶硅電池工藝中，但在多晶硅中，還是應用全鋁背表面場(chǎng)結構。

　　[3]雙面Mc—Si電池

　　Mc—Si雙面電池其正面為常規結構，背面為N＋和P＋相互交叉的結構，這樣，正面光照產(chǎn)生的但位于背面附近的光生少子可由背電極有效吸收。背電極作為對正面電極的有效補充，也作為一個(gè)獨立的栽流子收集器對背面光照和散射光產(chǎn)生作用，據報道，在A(yíng)M1.5條件下，轉換效率超過(guò)19％。

　　2.4 表面和體鈍化技術(shù)

　　對于Mc—Si，因存在較高的晶界、點(diǎn)缺陷（空位、填隙原子、金屬雜質(zhì)、氧、氮及他們的復合物）對材料表面和體內缺陷的鈍化尤為重要，除前面提到的吸雜技術(shù)外，鈍化工藝有多種方法，通過(guò)熱氧化使硅懸掛鍵飽和是一種比較常用的方法，可使Si-SiO₂界面的復合速度大大下降，其鈍化效果取決于發(fā)射區的表面濃度、界面態(tài)密度和電子、空穴的浮獲截面。在氫氣氛中退火可使鈍化效果更加明顯。采用PECVD淀積氮化硅近期正面十分有效，因為在成膜的過(guò)程中具有加氫的效果。該工藝也可應用于規�；�生產(chǎn)中。應用Remote PECVD Si₃N₄可使表面復合速度小于20cm/s.

　　3 工業(yè)化電池工藝

　　太陽(yáng)電池從研究室走向工廠(chǎng)，實(shí)驗研究走向規�；�生產(chǎn)是其發(fā)展的道路，所以能夠達到工業(yè)化生產(chǎn)的特征應該是：

　　[1]電池的制作工藝能夠滿(mǎn)足流水線(xiàn)作業(yè)；

　　[2]能夠大規模、現代化生產(chǎn)；

　　[3]達到高效、低成本。

　　當然，其主要目標是降低太陽(yáng)電池的生產(chǎn)成本。目前多晶硅電池的主要發(fā)展方向朝著(zhù)大面積、薄襯底。例如，市場(chǎng)上可見(jiàn)到125×125mm²、150×150mm²甚至更大規模的單片電池，厚度從原來(lái)的300微米減小到目前的250、200及200微米以下。效率得到大幅度的提高。日本京磁（Kyocera）公司150×150的電池小批量生產(chǎn)的光電轉換效率達到17.1%，該公司1998年的生產(chǎn)量達到25.4MW.

　�。�1）絲網(wǎng)印刷及其相關(guān)技術(shù)

　　多晶硅電池的規�；�生產(chǎn)中廣泛使用了絲網(wǎng)印刷工藝，該工藝可用于擴散源的印刷、正面金屬電極、背接觸電極，減反射膜層等，隨著(zhù)絲網(wǎng)材料的改善和工藝水平的提高，絲網(wǎng)印刷工藝在太陽(yáng)電池的生產(chǎn)中將會(huì )得到更加普遍的應用。

　　a.發(fā)射區的形成

　　利用絲網(wǎng)印刷形成PN結，代替常規的管式爐擴散工藝。一般在多晶硅的正面印刷含磷的漿料、在反面印刷含鋁的金屬漿料。印刷完成后，擴散可在網(wǎng)帶爐中完成（通常溫度在900度），這樣，印刷、烘干、擴散可形成連續性生產(chǎn)。絲網(wǎng)印刷擴散技術(shù)所形成的發(fā)射區通常表面濃度比較高，則表面光生載流子復合較大，為了克服這一缺點(diǎn)，工藝上采用了下面的選擇發(fā)射區工藝技術(shù)，使電池的轉換效率得到進(jìn)一步的提高。

　　b.選擇發(fā)射區工藝

　　在多晶硅電池的擴散工藝中，選擇發(fā)射區技術(shù)分為局部腐蝕或兩步擴散法。局部腐蝕為用干法（例如反應離子腐蝕）或化學(xué)腐蝕的方法，將金屬電極之間區域的重擴散層腐蝕掉。最初，Solarex應用反應離子腐蝕的方法在同一臺設備中，先用大反應功率腐蝕掉金屬電極間的重摻雜層，再用小功率沉積一層氮化硅薄膜，該膜層發(fā)揮減反射和電池表面鈍化的雙重作用。在100cm2的多晶上作出轉換效率超過(guò)13％的電池。在同樣面積上，應用兩部擴散法，未作機械絨面的情況下轉換效率達到16％。

　　c.背表面場(chǎng)的形成

　　背PN結通常由絲網(wǎng)印刷A漿料并在網(wǎng)帶爐中熱退火后形成，該工藝在形成背表面結的同時(shí)，對多晶硅中的雜質(zhì)具有良好的吸除作用，鋁吸雜過(guò)程一般在高溫區段完成，測量結果表明吸雜作用可使前道高溫過(guò)程所造成的多晶硅少子壽命的下降得到恢復。良好的背表面場(chǎng)可明顯地提高電池的開(kāi)路電壓。

　　d.絲網(wǎng)印刷金屬電極

　　在規�；�生產(chǎn)中，絲網(wǎng)印刷工藝與真空蒸發(fā)、金屬電鍍等工藝相比，更具有優(yōu)勢，在目前的工藝中，正面的印刷材料普遍選用含銀的漿料，其主要原因是銀具有良好的導電性、可焊性和在硅中的低擴散性能。經(jīng)絲網(wǎng)印刷、退火所形成的金屬層的導電性能取決于漿料的化學(xué)成份、玻璃體的含量、絲網(wǎng)的粗糟度、燒結條件和絲網(wǎng)版的厚度。八十年度初，絲網(wǎng)印刷具有一些缺陷，

　�、。┤鐤啪�(xiàn)寬度較大，通常大于150微米；

　�、ⅲ┰斐烧诠廨^大，電池填充因子較低；

　�、＃┎贿m合表面鈍化，主要是表面擴散濃度較高，否則接觸電阻較大。目前用先進(jìn)的方法可絲網(wǎng)印出線(xiàn)寬達50微米的柵線(xiàn)，厚度超過(guò)15微米，方塊電阻為2.5~4mΩ，該參數可滿(mǎn)足高效電池的要求。有人在15×15平方厘米的Mc—Si上對絲網(wǎng)印刷電極和蒸發(fā)電極所作太陽(yáng)電池進(jìn)行了比較，各項參數幾乎沒(méi)有差距。

　　4 結束語(yǔ)

　　多晶硅電池的制作工藝不斷向前發(fā)展，保證了電池的效率不斷提高，成本下降，隨著(zhù)對材料、器件物理、光學(xué)特性認識的加深，導致電池的結構更趨合理，實(shí)驗室水平和工業(yè)化大生產(chǎn)的距離不斷縮小。絲網(wǎng)印刷和埋柵工藝為高效、低成本電池發(fā)揮了主要作用，高效Mc—Si電池組件已大量進(jìn)入市場(chǎng)，目前的研究正致力于新性薄膜結構、廉價(jià)襯底上的電池等，面對用戶(hù)，我們需要作的工作是實(shí)現更大批量的、低成本的生產(chǎn)，愿我們更加努力實(shí)現這一目標。