干货|金刚线添加剂电池的工艺优化

:针对金刚线直接添加剂法制备的金刚线多晶硅片绒面、反射率及减重与常规砂浆线多晶硅片的制绒差异，本文分析了其对扩散、PECVD和丝网印刷等工艺造成的影响，并就如何匹配各道工艺进行了总结，从而获得高效金刚线多晶电池。

金刚线直接添加剂法虽然可以部分解决金刚线多晶硅片由于表面损伤层浅导致的常规酸制绒带来的反射率高问题，但由于金刚线多晶硅片晶向不同，使得制绒均匀性差、反射率比砂浆线高2%左右，电池转换效率会比砂浆线多晶电池低0.1%左右。目前的市场行情是组件客户需求的太阳能电池发货效率越来越高，因此提高金刚线直接添加剂法的转换效率迫在眉睫。除了依赖添加剂厂家开发更高效的金刚线制绒添加剂，优化扩散、刻蚀、PECVD及丝印等后道工艺也是提高金刚线添加剂制备的电池效率重要途径。因此，针对我们对金刚线直接添加剂实验及量产经验，我对扩散、PECVD及丝网印刷等后道工艺如何更好匹配金刚线添加剂进行了如下总结。

一、关于扩散

一般来说，砂浆线多晶硅片扩散方阻会稍低于金刚线添加剂法制备的金刚线多晶硅片，主要是由于后者片制绒后反射率高2-4%左右，使得比表面积较小且不同晶粒均匀性差所致。当然，由于金刚多晶硅片反射率越高，比表面积越小，因此方阻也会越高。值得我们注意的是，由于金刚线多晶硅片内部不同晶粒晶向差异及表面损伤层浅，使得金刚线多晶硅片制绒后呈现亮暗晶格。一般来说，亮晶格的扩散方阻比暗晶格稍低，可能是由于比表面积或不同晶格的绒面差异导致，当然也不排除四探针测试误差所致。金刚线直接添加剂法制备的绒面比砂浆线硅片绒面小且深，同时亮暗晶格绒面分布极不均匀，因此其方阻均匀性较差，导致扩散方阻的工艺窗口比砂浆线窄，否则极易影响电池的电性能。因此，需十分注意丝网印刷与扩散方阻的匹配，并善于分析造成电性能参数异常的原因等，从而更好的维持产线稳定。

不同供应商的金刚线添加剂制绒后的绒面、反射率及减重都有差异，需要根据不同绒面及反射率特性调整扩散方阻。一般绒面小及反射率偏低时均匀性较差，此时方阻不宜过低，否则可能会导致表面复合严重，影响Uoc和Isc；有时甚至需要适当提高反射率或增大绒面，从而更好的匹配后道工艺，获得最佳转换效率。当然扩散方阻也不宜过高，否则由于金刚线多晶硅片的亮暗晶格均匀性较差，易造成Rs偏高。

总之，需要根据金刚线添加剂制绒后的绒面、反射率及减重等对电池电性能的影响，合理优化扩散方阻，才能得到最优的电池转换效率。

二、关于PECVD

金刚线多晶硅片由于其特殊的二维切割方式，表面损伤层浅、线痕较深，金刚添加剂难以有效去除表面的线痕、降低反射率，因此外观与常规砂浆线电池差异较大。金刚线添加剂法制备的电池外观偏亮、晶格明显，各道的工艺窗口都小于砂浆线，尤其镀膜后的颜色波动较大，产线返工率及管控难度都高于砂浆线。而组件等下游客户一直都在提高其对电池颜色及外观的要求，因此有必要研究金刚线添加剂与常规砂浆线镀膜产生差异的原因，并合理优化PECVD镀膜工艺。

利用金刚线添加剂制备的不同反射率硅片与砂浆线进行系统的PECVD对照实验，并根据太阳能电池的减反射膜原理，本人构思了一种PECVD第一二层减反射膜厚度的计算方法，具体公式为：平均膜厚*平均折射率=第一层折射率*第一层膜厚X+第二层折射率*第二层膜厚（平均膜厚-X），其中X为第一层减反射膜（靠近硅片的底层减反射膜）厚度，单位nm；硅片的平均膜厚和平均折射率可以利用椭偏仪进行测试，第一二层膜理论折射率分别假设为2.35、2.0。下表是同条件下，不同反射率的金刚线添加剂和砂浆线实验硅片镀膜后的平均膜厚及折射率、第一二层膜厚计算结果。由表可知不同反射率的金刚线硅片与砂浆线硅片的镀膜膜厚和折射率差异较大，而且随着反射率升高，第一层膜越来越厚、第二层膜越来越薄，整体折射率越高，那么造成此现象的原因是什么呢？

不同反射率金刚线及砂浆线多晶硅片的绒面如下图所示，由图可知制绒后的反射率越高，绒面出绒率越少，表面越"光滑"。根据减反射膜沉积原理，反射率高时镀膜沉积时所需活化能更少，沉积速度越快，因此第一层膜更厚，这也可能是导致反射率高的硅片镀膜后折射率高的主要原因。砂浆线多晶硅片制绒后的绒面虽然比金刚线多晶硅片大，但反射率更低，导致第一层镀膜速度更慢，从而整体膜厚和折射率都偏低。根据以上结论，金刚线多晶硅片第一层镀膜速度过快，可能会导致膜层质量及颜色均匀性等较差，影响整体电性能及镀膜返工等。因此，需对PECVD镀膜工艺进行优化，适当降低第一层镀膜速度，合理匹配减反射膜的膜厚及折射率，从而获得较高的转换效率和更好的量产稳定性。

三、关于丝网印刷及烧结

金刚线多晶硅片粗线痕、浅损伤层不仅影响PECVD减反射膜的颜色等，还会增加丝网印刷的难度。金刚线直接添加剂法由于减重较低，难以有效去除硅片表面的切割线痕，因此印刷时需注意线痕与细栅的方向。实验发现，金刚线硅片表面的线痕与细栅线垂直印刷时效率会高0.05%左右，但是容易出细栅线高低不平、断栅等现象。而线痕与细栅线平行印刷效率相对偏低，但是印刷质量有保障，虽然偶尔也会出现虚印甚至波浪纹等。同时，由于金刚线多晶硅片表面光滑及不同亮暗晶格绒面差异非常大，容易导致三道的印刷湿重偏低、Rs异常等，需要根据情况调整印刷速度、压力等参数。金刚线多晶硅片不论是利用直接添加剂法制绒，还是干/湿法黑硅制绒，其绒面都是亚微米、甚至纳米级，正电极印刷后易出现拉力不合格、浆料与硅片欧姆接触不好等情况，目前许多浆料厂家都针对此现象改进了正银浆料，但还需引起关注。

四、总结

金刚线添加剂制绒后的绒面、减重和反射率与砂浆线多晶硅片差异较大，因此扩散、PECVD及丝印烧结等后道工艺都需进行针对性的优化和匹配，才能得到最佳的金刚线多晶电池的转换效率。本文就金刚线添加剂实验及量产过程中的相关经验进行了总结与分析，希望得到业界同仁的批评与指正。