论文部分内容阅读
目前,多线锯切割硅片技术分为砂浆线锯切割(MWSS)技术和金刚石线锯切割(DWS)技术。相比于主流的砂浆线锯切割技术,金刚石线锯切割技术具有切割速度快、表面损伤层薄、无需含SiC磨削液、可使用水冷却剂等优点。因此,金刚石线锯切割技术有望成为制作硅基太阳能电池的下一代硅片切割技术。基于金刚石线切割技术的单晶硅太阳能电池的效率已经可以与传统的砂浆切割单晶硅太阳能电池的相媲美;然而,金刚石线锯切割多晶硅(DWS mc-Si)太阳能电池目前尚缺乏有效的制绒技术,这阻碍了其替代传统砂浆线锯切割多晶硅(MWSS mc-Si)太阳能电池的发展进程。 本文首先对金刚石线锯切割多晶硅片尝试了常规的酸制绒和碱制绒,发现去线痕的效果、形成的微米级绒面结构以及电池效率并不理想;因此我们提出采用湿法黑硅技术解决金刚石线锯切割多晶硅有效制绒的新方法:即先进行常规酸制绒,形成微米级绒面结构,再叠加金属辅助化学刻蚀(MCCE)技术制成具有微纳米复合结构的黑硅。主要研究结果包括: 1)经过金属辅助化学刻蚀技术处理后,硅表面的线痕明显减轻,外观为较纯正的黑色;通过工艺的优化,在硅片表面形成了大小均匀的纳米金字塔结构(大小~212nm,高度~150nm)。 2)具有独特纳米金字塔结构的硅片反射率约15.6%,较常规制绒硅片的25%大大降低;这种纳米结构可以看成具有渐变折射率的多层介质,即折射率从空气的1平滑地过渡到硅片的3.5;所得到的独特纳米金字塔具有优异的陷光特性,通过有效介质理论的分析和对纳米结构的光学特性的计算模拟,结果证实了纳米结构尺寸和反射率之间的关系。 3)在苏州阿特斯阳光电力有限公司进行电池流片,金刚石线锯切割多晶黑硅太阳能电池效率高达18.31%,较常规酸制绒电池提高了~0.64%;其中,短路电流Isc提高了324mA,同时开路电压Voc两者相当。 4)反射率和内外量子效率的测量结果对比表明,黑硅电池效率的提高主要归因于两个方面:一是,引入的纳米陷光结构使得硅片在短波长可见光吸收的增加,从而导致电池的短路电流有大幅的增加;二是,独特纳米金字塔能够和SiNx减反层有较好的共形性和钝化效果,从而电池的开路电压无明显下降。 上述结果证实,湿法制绒技术不仅能够解决金刚石线锯切割多晶硅片的有效制绒难题,而且可以使电池效率高于传统的砂浆线锯切割多晶硅(MWSS mc-Si)太阳能电池。同时,鉴于该技术成本较低,从而大大地推动了金刚石线锯切割多晶硅电池的产业化应用。