“處處陽(yáng)光處處電”人類(lèi)這一美好的愿景隨著硅材料技術(shù)、半導(dǎo)體工業(yè)裝備制造技術(shù)以及光伏電池關(guān)鍵制造工藝技術(shù)的不斷獲得突破而離我們的現(xiàn)實(shí)生活越來(lái)越近!近20年來(lái)，光伏科學(xué)家與光伏電池制造工藝技術(shù)人員的研究成果已經(jīng)使太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本從最初的幾美元/KWh減少到低于25美分/KWh。而這一趨勢(shì)通過(guò)研發(fā)更新的工藝技術(shù)、開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的配套裝備、更廉價(jià)的光伏電子材料以及新型高效太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)能光伏(PV)發(fā)電成本將會(huì)進(jìn)一步降低，到本世紀(jì)中葉將降至4美分/KWh，優(yōu)于傳統(tǒng)的發(fā)電費(fèi)用。

大面積、薄片化、高效率以及高自動(dòng)化集約生產(chǎn)將是光伏硅電池工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)降低峰瓦電池的硅材料成本，通過(guò)提升光電轉(zhuǎn)換效率與延長(zhǎng)其使用壽命來(lái)降低單位電池的發(fā)電成本，通過(guò)集約化生產(chǎn)節(jié)約人力資源降低單位電池制造成本，通過(guò)合理的機(jī)制建立優(yōu)秀的技術(shù)團(tuán)隊(duì)、避免人才的不合理流動(dòng)、充分保證技術(shù)上的持續(xù)創(chuàng)新是未來(lái)光伏企業(yè)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力所在!

1、太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展

晶體硅太陽(yáng)能電池的發(fā)展可劃分為三個(gè)階段，每一階段效率的提升都是因?yàn)樾录夹g(shù)的引入。

1954年貝爾實(shí)驗(yàn)室Chapin等人開(kāi)發(fā)出效率為6%的單晶硅太陽(yáng)能電池到1960年為第一發(fā)展階段，導(dǎo)致效率提升的主要技術(shù)是硅材料的制備工藝日趨完善、硅材料的質(zhì)量不斷提高使得電池效率穩(wěn)步上升，這一期間電池效率在15%。1972年到1985年是第二個(gè)發(fā)展階段，背電場(chǎng)電池(BSF)[1]技術(shù)、“淺結(jié)”結(jié)構(gòu)[2]、絨面技術(shù)、密柵金屬化是這一階段的代表技術(shù)，電池效率提高到17%，電池成本大幅度下降。1985年后是電池發(fā)展的第三階段，光伏科學(xué)家探索了各種各樣的電池新技術(shù)、金屬化材料和結(jié)構(gòu)來(lái)改進(jìn)電池性能提高其光電轉(zhuǎn)換效率：表面與體鈍化技術(shù)、Al/P吸雜技術(shù)、選擇性發(fā)射區(qū)技術(shù)、雙層減反射膜技術(shù)等。許多新結(jié)構(gòu)新技術(shù)的電池在此階段相繼出現(xiàn)，如效率達(dá)24.4%鈍化發(fā)射極和背面點(diǎn)接觸(PERL)[3]電池。目前相當(dāng)多的技術(shù)、材料和設(shè)備正在逐漸突破實(shí)驗(yàn)室的限制而應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)當(dāng)中來(lái)。目前已經(jīng)有多家國(guó)內(nèi)外公司對(duì)外宣稱(chēng)到2008年年底其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率單晶將達(dá)到18%，多晶將超過(guò)17%。

1.1表面織構(gòu)

減少入射光學(xué)損失是提高電池效率最直接方法。化學(xué)腐蝕工藝是最成熟的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，也是行業(yè)內(nèi)最廣泛使用的技術(shù)，工藝門(mén)檻低、產(chǎn)量大;但絨面質(zhì)量不易控制、不良率高，且減反射效果有限(腐蝕后的反射率一般仍在11%以上)，并產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液和酸堿氣體，非環(huán)境友好型生產(chǎn)方式。反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)(RIE)是最有發(fā)展前景的技術(shù)，它首先在硅片表面形成一層MASK(掩膜)再顯影出表面織構(gòu)模型，然后再利用反應(yīng)離子刻蝕方法制備表面織構(gòu)。用這種方法制備出的減反射絨面非常完美，表面反射率最低可降至0.4%，單多晶技術(shù)統(tǒng)一，生產(chǎn)工藝與設(shè)備都可移植于IC工業(yè)，如果生產(chǎn)成本能夠進(jìn)一步降低可望取代化學(xué)腐蝕方法而大規(guī)模使用。京瓷產(chǎn)業(yè)化17.2%~17.7%的多晶硅電池就是采用等離子刻蝕工藝的一個(gè)成功典范。

1.2發(fā)射區(qū)擴(kuò)散

PN結(jié)特性決定了太陽(yáng)能電池的性能!傳統(tǒng)工藝對(duì)太陽(yáng)能電池表面均勻摻雜，且為了減少接觸電阻、提高電池帶負(fù)載能力表面摻雜濃度較高。但研究發(fā)現(xiàn)表面雜質(zhì)濃度過(guò)高導(dǎo)致擴(kuò)散區(qū)能帶收縮、晶格畸變、缺陷增加、“死層”明顯、電池短波響應(yīng)差。PN結(jié)技術(shù)是國(guó)際一流電池制造企業(yè)與國(guó)內(nèi)電池企業(yè)的主要技術(shù)差距。為了在提高電池的填充因子的同時(shí)避免表面“死層”，選擇性擴(kuò)散發(fā)射極電池技術(shù)是最有望獲得產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的低成本革命性高效電池技術(shù)，其技術(shù)原理簡(jiǎn)單且通過(guò)現(xiàn)有裝備已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)，但如何降低制造成本是該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中所面臨的主要挑戰(zhàn)。目前國(guó)內(nèi)某些大公司對(duì)外宣傳的超過(guò)17.6%以上的高效電池其技術(shù)核心均來(lái)源于此，相信隨著配套裝備與輔助材料的及時(shí)解決近二年內(nèi)將會(huì)迅速普及與推廣。

在制造工藝上采用氮?dú)鈹y帶三氯氧磷管式高溫?cái)U(kuò)散是目前主流生產(chǎn)技術(shù)，其特點(diǎn)是產(chǎn)量大、工藝成熟操作簡(jiǎn)單。隨著電池向大尺寸、超薄化方向發(fā)展以及低的表面雜質(zhì)濃度(表面方塊電阻80～120Ω/口、均勻性±3%以?xún)?nèi))，減壓擴(kuò)散技術(shù)(LYDOP)優(yōu)勢(shì)非常明顯，工藝中低的雜質(zhì)源飽和蒸氣壓、提高了雜質(zhì)的分子自由程，它對(duì)156尺寸的硅片每批次產(chǎn)量400片的情況下其擴(kuò)散均勻性仍?xún)?yōu)于±3%，是高品質(zhì)擴(kuò)散的首選與環(huán)境友好型的生產(chǎn)方式。鏈?zhǔn)綌U(kuò)散設(shè)備不僅適應(yīng)Inline自動(dòng)化生產(chǎn)方式，而且處理硅片尺寸幾乎不受限制、碎片率大大降低而迅速受到重視，其工藝有噴涂磷酸水溶液擴(kuò)散與絲網(wǎng)印刷磷漿料擴(kuò)散二種。在鏈?zhǔn)綌U(kuò)散技術(shù)上，BTU、SCHMID以及中電集團(tuán)第48所均已有長(zhǎng)時(shí)間的研究及工業(yè)化應(yīng)用，只要能在擴(kuò)散質(zhì)量上獲得突破其一定會(huì)取代目前管式擴(kuò)散成為主流生產(chǎn)裝備與技術(shù)。

1.3去邊技術(shù)

產(chǎn)業(yè)化的周邊PN結(jié)去除方式是等離子體干法刻蝕，該方法技術(shù)成熟、產(chǎn)量大，但存在過(guò)刻、鉆刻及不均勻的現(xiàn)象，不僅影響電池的轉(zhuǎn)換效率，而且導(dǎo)致電池片蹦邊、色差與缺角等不良率上升。激光開(kāi)槽隔離技術(shù)根據(jù)PN結(jié)深度而在硅片邊緣開(kāi)一物理隔離槽，但與國(guó)外情況相反，據(jù)國(guó)內(nèi)使用情況來(lái)看電池效率反而不及等離子體刻蝕技術(shù)，因此該方法有待進(jìn)一步研究。目前行業(yè)出現(xiàn)的另外一種技術(shù)——化學(xué)腐蝕去邊與背面腐蝕拋光技術(shù)集刻蝕與去PSG一體，背面絨面的拋光極大降低了入射光的透射損失、提高電池紅光響應(yīng)。該方法工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)inline自動(dòng)化生產(chǎn)，不存在“鉆刻”與刻蝕不均勻現(xiàn)象，工藝相對(duì)穩(wěn)定，因此盡管配套設(shè)備昂貴但仍引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。

1.4表面減反射膜生長(zhǎng)技術(shù)

早期采用TiO2膜或MgF2/ZnS混合膜以增加對(duì)入射光的吸收，但該方法均需先單獨(dú)采用熱氧化方法生長(zhǎng)一層10～20umSiO2使硅片表面非晶化、且對(duì)多晶效果不理想。