干貨|金剛線添加劑電池的工藝優(yōu)化

:針對(duì)金剛線直接添加劑法制備的金剛線多晶硅片絨面、反射率及減重與常規(guī)砂漿線多晶硅片的制絨差異，本文分析了其對(duì)擴(kuò)散、PECVD和絲網(wǎng)印刷等工藝造成的影響，并就如何匹配各道工藝進(jìn)行了總結(jié)，從而獲得高效金剛線多晶電池。

金剛線直接添加劑法雖然可以部分解決金剛線多晶硅片由于表面損傷層淺導(dǎo)致的常規(guī)酸制絨帶來的反射率高問題，但由于金剛線多晶硅片晶向不同，使得制絨均勻性差、反射率比砂漿線高2%左右，電池轉(zhuǎn)換效率會(huì)比砂漿線多晶電池低0.1%左右。目前的市場(chǎng)行情是組件客戶需求的太陽能電池發(fā)貨效率越來越高，因此提高金剛線直接添加劑法的轉(zhuǎn)換效率迫在眉睫。除了依賴添加劑廠家開發(fā)更高效的金剛線制絨添加劑，優(yōu)化擴(kuò)散、刻蝕、PECVD及絲印等后道工藝也是提高金剛線添加劑制備的電池效率重要途徑。因此，針對(duì)我們對(duì)金剛線直接添加劑實(shí)驗(yàn)及量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我對(duì)擴(kuò)散、PECVD及絲網(wǎng)印刷等后道工藝如何更好匹配金剛線添加劑進(jìn)行了如下總結(jié)。

一、關(guān)于擴(kuò)散

一般來說，砂漿線多晶硅片擴(kuò)散方阻會(huì)稍低于金剛線添加劑法制備的金剛線多晶硅片，主要是由于后者片制絨后反射率高2-4%左右，使得比表面積較小且不同晶粒均勻性差所致。當(dāng)然，由于金剛多晶硅片反射率越高，比表面積越小，因此方阻也會(huì)越高。值得我們注意的是，由于金剛線多晶硅片內(nèi)部不同晶粒晶向差異及表面損傷層淺，使得金剛線多晶硅片制絨后呈現(xiàn)亮暗晶格。一般來說，亮晶格的擴(kuò)散方阻比暗晶格稍低，可能是由于比表面積或不同晶格的絨面差異導(dǎo)致，當(dāng)然也不排除四探針測(cè)試誤差所致。金剛線直接添加劑法制備的絨面比砂漿線硅片絨面小且深，同時(shí)亮暗晶格絨面分布極不均勻，因此其方阻均勻性較差，導(dǎo)致擴(kuò)散方阻的工藝窗口比砂漿線窄，否則極易影響電池的電性能。因此，需十分注意絲網(wǎng)印刷與擴(kuò)散方阻的匹配，并善于分析造成電性能參數(shù)異常的原因等，從而更好的維持產(chǎn)線穩(wěn)定。

不同供應(yīng)商的金剛線添加劑制絨后的絨面、反射率及減重都有差異，需要根據(jù)不同絨面及反射率特性調(diào)整擴(kuò)散方阻。一般絨面小及反射率偏低時(shí)均勻性較差，此時(shí)方阻不宜過低，否則可能會(huì)導(dǎo)致表面復(fù)合嚴(yán)重，影響Uoc和Isc；有時(shí)甚至需要適當(dāng)提高反射率或增大絨面，從而更好的匹配后道工藝，獲得最佳轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)然擴(kuò)散方阻也不宜過高，否則由于金剛線多晶硅片的亮暗晶格均勻性較差，易造成Rs偏高。

總之，需要根據(jù)金剛線添加劑制絨后的絨面、反射率及減重等對(duì)電池電性能的影響，合理優(yōu)化擴(kuò)散方阻，才能得到最優(yōu)的電池轉(zhuǎn)換效率。

二、關(guān)于PECVD

金剛線多晶硅片由于其特殊的二維切割方式，表面損傷層淺、線痕較深，金剛添加劑難以有效去除表面的線痕、降低反射率，因此外觀與常規(guī)砂漿線電池差異較大。金剛線添加劑法制備的電池外觀偏亮、晶格明顯，各道的工藝窗口都小于砂漿線，尤其鍍膜后的顏色波動(dòng)較大，產(chǎn)線返工率及管控難度都高于砂漿線。而組件等下游客戶一直都在提高其對(duì)電池顏色及外觀的要求，因此有必要研究金剛線添加劑與常規(guī)砂漿線鍍膜產(chǎn)生差異的原因，并合理優(yōu)化PECVD鍍膜工藝。

利用金剛線添加劑制備的不同反射率硅片與砂漿線進(jìn)行系統(tǒng)的PECVD對(duì)照實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)太陽能電池的減反射膜原理，本人構(gòu)思了一種PECVD第一二層減反射膜厚度的計(jì)算方法，具體公式為：平均膜厚*平均折射率=第一層折射率*第一層膜厚X+第二層折射率*第二層膜厚（平均膜厚-X），其中X為第一層減反射膜（靠近硅片的底層減反射膜）厚度，單位nm；硅片的平均膜厚和平均折射率可以利用橢偏儀進(jìn)行測(cè)試，第一二層膜理論折射率分別假設(shè)為2.35、2.0。下表是同條件下，不同反射率的金剛線添加劑和砂漿線實(shí)驗(yàn)硅片鍍膜后的平均膜厚及折射率、第一二層膜厚計(jì)算結(jié)果。由表可知不同反射率的金剛線硅片與砂漿線硅片的鍍膜膜厚和折射率差異較大，而且隨著反射率升高，第一層膜越來越厚、第二層膜越來越薄，整體折射率越高，那么造成此現(xiàn)象的原因是什么呢？

不同反射率金剛線及砂漿線多晶硅片的絨面如下圖所示，由圖可知制絨后的反射率越高，絨面出絨率越少，表面越"光滑"。根據(jù)減反射膜沉積原理，反射率高時(shí)鍍膜沉積時(shí)所需活化能更少，沉積速度越快，因此第一層膜更厚，這也可能是導(dǎo)致反射率高的硅片鍍膜后折射率高的主要原因。砂漿線多晶硅片制絨后的絨面雖然比金剛線多晶硅片大，但反射率更低，導(dǎo)致第一層鍍膜速度更慢，從而整體膜厚和折射率都偏低。根據(jù)以上結(jié)論，金剛線多晶硅片第一層鍍膜速度過快，可能會(huì)導(dǎo)致膜層質(zhì)量及顏色均勻性等較差，影響整體電性能及鍍膜返工等。因此，需對(duì)PECVD鍍膜工藝進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)降低第一層鍍膜速度，合理匹配減反射膜的膜厚及折射率，從而獲得較高的轉(zhuǎn)換效率和更好的量產(chǎn)穩(wěn)定性。

三、關(guān)于絲網(wǎng)印刷及燒結(jié)

金剛線多晶硅片粗線痕、淺損傷層不僅影響PECVD減反射膜的顏色等，還會(huì)增加絲網(wǎng)印刷的難度。金剛線直接添加劑法由于減重較低，難以有效去除硅片表面的切割線痕，因此印刷時(shí)需注意線痕與細(xì)柵的方向。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，金剛線硅片表面的線痕與細(xì)柵線垂直印刷時(shí)效率會(huì)高0.05%左右，但是容易出細(xì)柵線高低不平、斷柵等現(xiàn)象。而線痕與細(xì)柵線平行印刷效率相對(duì)偏低，但是印刷質(zhì)量有保障，雖然偶爾也會(huì)出現(xiàn)虛印甚至波浪紋等。同時(shí)，由于金剛線多晶硅片表面光滑及不同亮暗晶格絨面差異非常大，容易導(dǎo)致三道的印刷濕重偏低、Rs異常等，需要根據(jù)情況調(diào)整印刷速度、壓力等參數(shù)。金剛線多晶硅片不論是利用直接添加劑法制絨，還是干/濕法黑硅制絨，其絨面都是亞微米、甚至納米級(jí)，正電極印刷后易出現(xiàn)拉力不合格、漿料與硅片歐姆接觸不好等情況，目前許多漿料廠家都針對(duì)此現(xiàn)象改進(jìn)了正銀漿料，但還需引起關(guān)注。

四、總結(jié)

金剛線添加劑制絨后的絨面、減重和反射率與砂漿線多晶硅片差異較大，因此擴(kuò)散、PECVD及絲印燒結(jié)等后道工藝都需進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化和匹配，才能得到最佳的金剛線多晶電池的轉(zhuǎn)換效率。本文就金剛線添加劑實(shí)驗(yàn)及量產(chǎn)過程中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)與分析，希望得到業(yè)界同仁的批評(píng)與指正。