目前晶硅太陽(yáng)電池主要分為單晶硅太陽(yáng)電池、多晶硅太陽(yáng)電池、以及新興的準(zhǔn)單晶電池，但目前后者還主要處于研究層面，單晶硅電池和多晶硅電池在市場(chǎng)上占有較大比重。硅是最理想的太陽(yáng)能電池材料，這也是太陽(yáng)能電池以硅材料為主的主要原因。但隨著新材料的不斷開發(fā)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以其它材料為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池也愈來(lái)愈顯示出誘人的前景。

晶硅電池是節(jié)能環(huán)保的新型能源，因其以可再生資源太陽(yáng)能為原料，利用光伏發(fā)電技術(shù)，在堅(jiān)持資源可持續(xù)發(fā)展的道路上扮演重要的角色。在晶硅電池中，制備晶硅電池的關(guān)鍵工藝使電極制作，主要依靠電池的電極收集光生電流，因此，晶硅電池電極制作工藝材料成本的降低和技術(shù)的進(jìn)展一直是晶硅電池產(chǎn)業(yè)的重要研究課題。

前言：自1954年晶硅電池技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，憑借其清潔高效低成本的優(yōu)勢(shì)在能源危機(jī)被日益重視的環(huán)境下成為太陽(yáng)能電池的最主要研發(fā)方向，在六十年間迅速得到創(chuàng)新與發(fā)展，在技術(shù)方面取得眾多突破。然而，盡管其光電轉(zhuǎn)換效率與最初相比已經(jīng)有極大提高，卻仍與理論極限效率相差甚遠(yuǎn)，因此，晶硅電池光電轉(zhuǎn)化率的提高是目前的研究重點(diǎn)，離子注入法在在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生，使晶硅電池技術(shù)得到進(jìn)展，更加高效。

1.太陽(yáng)能電池的分類

在能源問(wèn)題日益嚴(yán)峻的今天，清潔而高效的可再生資源太陽(yáng)能無(wú)疑處于極為關(guān)鍵的地位，目前太陽(yáng)能電池憑借其原料廣泛、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)成為電池領(lǐng)域研發(fā)的重點(diǎn)。太陽(yáng)能電池以光伏發(fā)電系統(tǒng)為核心，自其開始研發(fā)的六十年來(lái)，發(fā)展迅速，結(jié)構(gòu)和種類日益豐富，依據(jù)其材料的不同大致可將目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能電池分為包括單晶硅和多晶硅在內(nèi)的晶硅太陽(yáng)能電池、薄膜太陽(yáng)能電池和光電化學(xué)太陽(yáng)能電池三大類別。雖然薄膜太陽(yáng)能電池和例如染料敏化太陽(yáng)能電池的光電化學(xué)太陽(yáng)能電池均有不斷的更新研發(fā)和多項(xiàng)重大技術(shù)突破，但是相較之下這兩類處于實(shí)驗(yàn)室研制階段的太陽(yáng)能電池的技術(shù)與效率水平以及市場(chǎng)接受程度依然不能與晶硅電池相比。因此，高效晶硅電池的技術(shù)進(jìn)展備受各行各業(yè)的關(guān)注。

2.晶硅太陽(yáng)電池

目前晶硅太陽(yáng)電池主要分為單晶硅太陽(yáng)電池、多晶硅太陽(yáng)電池、以及新興的準(zhǔn)單晶電池，但目前后者還主要處于研究層面，單晶硅電池和多晶硅電池在市場(chǎng)上占有較大比重。

2.1單晶硅太陽(yáng)電池

單晶硅太陽(yáng)能電池的表面織構(gòu)化所形成的陷光效應(yīng)，減少太陽(yáng)光在硅片表面因反射造成的損失，可以增強(qiáng)對(duì)光的吸收，使電池的光電轉(zhuǎn)化效率有所提高。光伏用的單晶硅電池采用直拉法制造，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，并且可以直接制備出適于規(guī)模化生產(chǎn)的大尺寸方型硅錠。利用單晶硅電池?fù)駜?yōu)腐蝕原理在硅片表面形成金字塔形結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到使單晶硅電池表面形成陷光結(jié)構(gòu)和絨面結(jié)構(gòu)從以降低表面的反射率，電池內(nèi)部形成光陷阱以提高太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率的目的。目前研究人員采用氫氧化鈉氫氧化鉀強(qiáng)堿弱酸鹽等堿性化學(xué)溶液研究單晶硅的表面織構(gòu)化，但依舊存在絨面均勻性、一致性、可重復(fù)性不夠高的問(wèn)題。影響單晶硅絨面的主要因素有很多，氫氧化鈉含量、硅酸鈉含量，IPA含量，反應(yīng)的時(shí)間、溫度等不同都會(huì)對(duì)絨面產(chǎn)生不同的影響。

適量的氫氧化鈉含量有助于金字塔的成型，降低反射率，而過(guò)少或過(guò)多分別會(huì)造成金字塔不成形或崩塌現(xiàn)象。硅酸鈉能為反應(yīng)提供更多的起始點(diǎn)，得到排列更加均勻緊密的金字塔，硅酸鈉水溶液的堿性降低了溶液的張力，解決了直拉單晶硅表面密度低制作不均勻的缺點(diǎn)，并通過(guò)促進(jìn)氫氧根離子與硅的腐蝕作用，為絨面成核提供起點(diǎn)，從而改善單晶硅片表面的濕潤(rùn)效果。然而過(guò)量的硅酸鈉則會(huì)阻礙反應(yīng)的進(jìn)行，適得其反。IPA可以協(xié)助氫氣泡的釋放，減緩反應(yīng)速率從而減弱氫氧化鈉的腐蝕強(qiáng)度，并且獲得良好的各向異性因子，提高金字塔的覆蓋率。反應(yīng)的溫度不宜過(guò)高，否則IPA的揮發(fā)會(huì)影響反應(yīng)的順利進(jìn)行。單晶硅太陽(yáng)電池制絨的技術(shù)提高可以使其更加完善高效。

2.2多晶硅太陽(yáng)電池

多晶硅電池具有易制成方形基片、可組件排列、價(jià)格低廉且轉(zhuǎn)換效率較高等特點(diǎn)，是光伏領(lǐng)域中不可或缺的部分，近年來(lái)占據(jù)市場(chǎng)的主要地位。多晶硅太陽(yáng)電池主要涉及到鑄造多晶硅、冶金法多晶硅、西門子法多晶硅等，隨著高晶硅電池技術(shù)的發(fā)展，為了節(jié)約成本，多晶硅片子正在往薄的方向發(fā)展，旨在接近其僅有五十微米極限厚度。對(duì)硅原料進(jìn)行重熔鑄錠而形成的鑄造多晶硅主要由鍋底料、半導(dǎo)體工業(yè)制備單晶硅剩下的頭尾料以及沒(méi)制備成功而產(chǎn)生的廢料以及用純度較高的原生多晶硅與純度較低的半導(dǎo)體工業(yè)廢料或高純金屬硅混合摻配這兩大類型構(gòu)成。冶金法多晶硅是將工業(yè)硅經(jīng)濕法冶煉、高溫熔煉和定向凝固等多個(gè)階段冶煉提純得來(lái)，由于冶金法多晶硅耗能量少，清潔高效，成本低廉，對(duì)于多晶硅太陽(yáng)電池的大規(guī)模生產(chǎn)有較大的實(shí)踐意義。然而該技術(shù)尚處于研發(fā)階段，極不成熟，并未投入使用，它的研發(fā)與攻克是目前極為重要的課題之一。西門子法是現(xiàn)今多晶硅的主流生產(chǎn)技術(shù)，它包括通過(guò)氣體分餾進(jìn)行提純的改良西門子法和通過(guò)硅烷熱分解進(jìn)行提純的硅烷法。用該技術(shù)生產(chǎn)的硅的純度已經(jīng)達(dá)到電子級(jí)硅的標(biāo)準(zhǔn)，因此通常用其與廢料摻雜來(lái)制備。

然而由于較高密度的晶界、位錯(cuò)、微缺陷以及包括銅、鐵、鈷、鎳等在內(nèi)重金屬雜質(zhì)的存在，會(huì)嚴(yán)重影響多晶硅太陽(yáng)電池的化學(xué)性能，因此吸雜工藝的重要性不言而喻。吸雜分為內(nèi)吸雜和外吸雜兩大類，前者通過(guò)利用硅中氧沉積所產(chǎn)生的缺陷作用將雜質(zhì)束縛在硅體內(nèi)，從而在硅表面形成一層潔凈區(qū)域;后者則是依借在硅片表面引入的雜質(zhì)、損傷或沉積某種薄膜等產(chǎn)生的應(yīng)力作用將雜質(zhì)從硅片內(nèi)部吸出，在進(jìn)行表面清理，以達(dá)到吸雜的目的。

3.離子注入電池實(shí)現(xiàn)方法

離子注入是當(dāng)真空中的離子束射向固體材料時(shí)，因受到固體材料的抵抗而導(dǎo)致速度降低，并最終停留在固體材料中的現(xiàn)象。其在晶硅電池中的應(yīng)用價(jià)值極為顯著，在半導(dǎo)體領(lǐng)域是一項(xiàng)重要的摻雜技術(shù)。在電池的轉(zhuǎn)化效率方面，離子注入技術(shù)遠(yuǎn)超于傳統(tǒng)擴(kuò)散工藝，可以更快地實(shí)現(xiàn)晶體硅的產(chǎn)業(yè)化，具有廣泛的應(yīng)用前景。在硅片中注入硼、磷、砷等雜質(zhì)原子，可改變其表面電導(dǎo)率或形成p-n結(jié)，該方法制備出的p-n結(jié)的均勻性與雜志分布都比較優(yōu)良，且硅片表面形成熱氧化鈍化，降低表面復(fù)合速率，減少死層。相較于高溫?cái)U(kuò)散方式制備的p-n結(jié)，離子注入法避免了長(zhǎng)期高溫對(duì)硅片晶格結(jié)構(gòu)造成的損傷，克服了擴(kuò)散工藝參雜不均勻的缺點(diǎn)。離子注入過(guò)程中高能離子會(huì)一定程度上損傷硅片晶格，高溫退火法對(duì)于消除這類損傷很有幫助，退火的同時(shí)會(huì)在硅片表面生長(zhǎng)一層對(duì)硅片表面起到鈍化作用的二氧化硅薄層，離子注入電池需要經(jīng)過(guò)清洗制絨、離子注入制備發(fā)射極、退火、PECVD鍍膜、金屬化電極幾步工藝流程來(lái)實(shí)現(xiàn)離子的注入。

4.結(jié)語(yǔ)

高效晶硅太陽(yáng)電池的研究與技術(shù)發(fā)展在如今能源需求大，總量嚴(yán)重不足的環(huán)境下，處于毋庸置疑的重要地位。本文對(duì)太陽(yáng)能電池分類的簡(jiǎn)單介紹，以及晶硅太陽(yáng)電池中單晶硅電池和多晶硅電池的技術(shù)與問(wèn)題分析，并討論了離子注入技術(shù)的作用及實(shí)現(xiàn)方法，希望對(duì)晶硅太陽(yáng)電池的技術(shù)發(fā)展有一定啟發(fā)。在現(xiàn)今階段，大力發(fā)展太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)，充分利用好可再生資源太陽(yáng)能，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展是我們的共同目標(biāo)。