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丝网印刷太阳能电池

丝网印刷太阳能电池最早于 20 世纪 70 年代开发。因此，它是公认为最成熟的太阳能电池制造工艺，丝网印刷太阳能电池目前在地面光伏组件市场上占据主导地位。丝网印刷的主要优点是工艺相对简单。

丝网印刷太阳能电池的制造工艺有很多种。下面动画中给出的是最简单的技术之一，此后许多制造商和研究实验室对其进行了改进。

full_screen.png 动画展示了制造丝网印刷太阳能电池的基本工艺。

上面所示的工程有许多改进方法，可以提高效率、降低成本或两者兼而有之。一些技术已经被引入商业生产，而另一些技术正在从实验室到生产线取得进展。

  1. 磷扩散
    丝网印刷太阳能电池通常使用简单的均匀扩散来形成发射极，其中金属触点下方和排线之间的掺杂相同。为了保持低接触电阻，丝网印刷触点下方需要高表面浓度的磷。然而，磷的高表面浓度会产生“死层”，从而降低电池的蓝光响应。较新的电池设计可以接触较浅的发射器，从而改善电池的蓝光响应。还提出了在金属触点下方具有较高掺杂的选择性发射极 [Horzel1997],  [Ruby1998] - 并正在投入商业生产。
  2. 表面制绒以减少反射
    从单晶硅（单晶材料）切下的硅片很容易通过用化学溶液在硅片表面刻蚀金字塔制绒以减少反射。虽然这种刻蚀对于单晶 CZ 晶片来说是很理想的，但它依赖于正确的晶体取向，因此对多晶材料的随机取向晶粒的效果有限。目前已经提出了通过使用以下工艺之一来对多晶材料制绒的各种方案：
    1. 使用切割工具或激光器对硅片表面进行机械制绒 [Narayanan1990], [Willeke1992], [Hezel1997];
    2. 基于缺陷而非晶体取向的各向同性化学刻蚀 [Einhaus1997];
    3. 结合光刻掩模的各向同性化学刻蚀 [Stocks1996], [Zhao1998];
    4. 等离子刻蚀 [Fukui1997]。
  3. 抗反射涂层和触点烧结
    抗反射涂层对于不易制绒的多晶材料特别有利。两种常见的抗反射涂层是二氧化钛 (TiO2) 和氮化硅 (SiNx)。涂层是通过喷涂或化学气相沉积等简单技术涂覆的。除了光学优势之外，介电涂层还可以通过表面钝化来改善电池的电性能。通过在抗反射涂层上丝网印刷含有切削剂的浆料，金属触点可以烧穿抗反射涂层并粘合到下面的硅上。该过程非常简单并且具有接触较浅发射器 [Szlufcik1997]的附加优点。
  4. 边缘隔离
    有多种边缘隔离技术，例如等离子刻蚀、激光切割或边界掩模以防止边缘周围发生扩散。
  5. 背接触将全铝层印刷在电池背面，随后通过烧制进行合金化，产生背表面场 (BSF)，并通过吸杂改善电池主体。然而，铝价格昂贵，并且需要第二次印刷铝/银以实现可焊接接触。在大多数生产中，背触点只是使用一步印刷的铝/银网格制成。
  6. 基板丝网印刷已用于多种基板上。步骤的简单性使得丝网印刷成为质量较差的基板（例如多晶材料和 CZ）的理想选择。总体趋势是转向更大尺寸的基板 - 多晶材料的基板尺寸可达 20 x 20 cm2，硅片的厚度可薄至 150 µm。

用于印刷太阳能电池正面触点的丝网特写。在印刷过程中，金属浆料被迫穿过未遮盖区域的金属丝网。丝网的尺寸决定了排线的最小宽度。排线宽度通常为 100 至 200 µm。

丝网印刷太阳能电池成品的特写。排线的间距约为 3 毫米。封装期间将另外的金属接触条焊接到主栅线上，以降低电池串联电阻。

已完成的丝网印刷太阳能电池的前视图。由于电池是由较旧的多晶基板制成的，因此可以清楚地看到不同的晶粒取向。较新的多晶电池具有不易看到的较好颗粒。多晶硅基板的方形形状简化了将电池封装到组件中的过程。

 

丝网印刷太阳能电池成品的后视图。该电池可以具有由单次印刷的铝/银浆料形成的网格，不带BSF。也可以具有铝覆盖层，提供BSF，但需要第二次印刷用于可焊接触点。单击图像可在两个视图之间切换。

References

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  1. J. Horzel et al., “A simple processing sequence for selective emitters,” pp. 139-142, 1997.
  2. D.S. Ruby et al., “Improved Performance of Self-Aligned, Selective-Emitter Silicon Solar Cells,” 1998.
  3. S. Narayanan et al., “18% efficient polycrystalline silicon solar cells,” pp. 678-680, 1990.
  4. G. Willeke et al., “A simple and effective light trapping technique for polycrystalline silicon solar cells,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 26, pp. 345 - 356, 1992. https://doi.org/10.1016/0927-0248(92)90054-S
  5. R. Hezel, “Recent progress in MIS solar cells,” Progress in Photovoltaics: Research and Applications, vol. 5, pp. 109-120, 1997.
  6. R. Einhaus et al., “Isotropic texturing of multicrystalline silicon wafers with acidic texturing solutions,” pp. 167-170, 1451, 1997.
  7. M.J. Stocks, A.J. Carr and A. Blakers, “Texturing of polycrystalline silicon,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 40, pp. 33 - 42, 1996. https://doi.org/10.1016/0927-0248(95)00077-1
  8. J. Zhao, A. Wang and M. Green, “19.8% Efficient Multicrystalline Silicon Solar Cells with Honeycomb Textured Front Surface,” 1998.
  9. K. Fukui, Y. Inomata and K. Shirasawa, “Surface texturing using reactive ion etching for multicrystalline silicon solar cells,” pp. 1451, 47-50, 1997.
  10. J. Szlufcik et al., “Low-cost industrial technologies of crystalline silicon solar cells,” pp. 711-730, 1997.