工作效率的计算公式

效率计算公式

其物理含义如下：IL：光生电流；

Id：饱和暗电流；

Rsh：并联电阻（电池边缘漏电和结区漏电会降低并联电阻值）；

Rs：串联电阻（金属浆料电阻、烧结后的接触电阻、半导体材料电阻和横向电

阻）；

PN结：单二极管（理想因子n=1）或双二极管（另一个并联的二极管n=2）。

由此，我们可以得出电流的输出为：或

注：在表达式q/(nkT)中理想因子为n，可取1或者2。n=1反映体内或表面通

过陷阱能级的复合；n=2描述载流子在电荷耗尽区（也就是结区）复合。

3

太阳电池的电特性测量：

测出的太阳电池的电特性为一曲线，相当于外接一个0~∞变化的电阻时太阳电

池的电流电压输出曲线。具体如下图所示：

同时可根据该曲线计算出开路电压Voc、短路电流Isc、最佳工作点电压Vmp、

最佳工作点电流Imp、最大功率点Pmax、填充因子FF和光电转换效率Eff及串

联电阻Rs、并联电阻Rsh。

其中，Rs和Rsh采用近似计算。

计算Rsh时，忽略ID,并取Rs<

Rsh=-1/(dI/dV)，也可由电池的暗IV特性得出；

计算Rs时，认为Rsh很高，且理想因子介于1和2之间，则在Voc处，I=0，

有取Voc处的斜率可以得出Rs。可用Rs=(V2-Voc)/Isc,V2为Isc对横轴的对称

点的水平延长线与IV曲线延长线的交点对应的电压值。较准确的计算为

Rs=(V2-Voc)/Imp,V2为Imp对横轴的对称点的水平延长线与IV曲线延长线的交

点对应的电压值。

另外，参考国标《晶体硅光伏器件的I-V实测特性的温度和辐照度修正方

法》GB/T6495.4-1996idtIEC891:1987，测量IV曲线时，要修正到标准状态

参数（E=100mW/cm2,T=25℃,AM=1.5）下的值，修正公式为：

I1，V1为实测点的坐标，I2，V2为修正特性对应点的坐标，

Isc：试样的实测短路电流（等同于I1）；

IMR：标准太阳电池实测短路电池，在测量IMR时，如有必要应对标准电池的温

度作修正；

ISR：标准太阳电池在标准的或其他想要的辐照度下的短路电流；

T1：试样的实测温度；

T2：标准温度，或其他想要的温度；

α和β：试样在标准的或其他想要的辐照度下，以及在关心的温度范围内的电

流和电压温度系数（β为负数）；

RS：试样的内部串联电阻；

K：曲线修正系数。

在我们的分类测量软件中，由于测量软件编写的公式略有不同使得T1为标准温

度或其他想要的温度，导致β为正数。这样ISR、T1分别为：100mW/cm2，21℃

（一线测试仪）或25℃（二线测试仪，这是由于太阳模拟器的高度不同而确定

的）。其他参数为：α和β、K、RS分别为：0.0001A/℃，0.0024V/℃，

0.0000125Ohm/℃，0.02Ohm。

对照上述标准中关于温度系数、内部串联电阻和曲线修正系数的测定，参考我

们公司送检的各种组件的测量结果（按IEC61215标准测量）：

ForSTP-080modules(8pieces),αIsc=0.0022A/℃，αImax=0.0002A/℃，

βVoc=-0.0793V/℃，βVmax=-0.0886V/℃，=-0.3938W/℃。

因此，单个电池的αc介于0.0022-0.0002A/℃之间，βc介于-0.0022~

-0.00246V/℃。对于组件的αIsc可能存在较大的问题，βc与理论值（-0.0023

V/℃）较为接近。

对于K和RS应专门测量后确定。

扩散工艺培训

1、

什么是扩散？扩散的作用是什么？

扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体

原子的输运过程。由于热运动，把原子从一个位

置输运到另一个位置，使基体原子与杂质原子不

断地相互混合，从而改变基片表面层的导电类

了保持蒸汽压的稳定，通常是把源瓶放在20℃

的恒温箱中。POCL3有巨毒，换源时应在抽风厨

内进行，且不要在尚未倒掉旧源时就用水冲，这

样易引起源瓶炸裂。POCl3在高温下（>600℃）

分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），

其反应式如下：

5POCl3=3PCl5+P2O5

生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧

化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：

2P2O5+5Si=5SiO2+4P

由上面反应式可以看出，POCl3热分解时，如果

没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生

成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，

破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情

况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气

（Cl2）其反应式如下：

4PCl5+5O2=2P2O5+10Cl2

生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷

原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3

充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作

用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气，

在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：

4POCl3+3O2=2P2O5+6Cl2

POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5

与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形

成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩

散，反应式如前所示：

2P2O5+5Si=5SiO2+4P

POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到

PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这

对于制作具有大的结面积的太阳电池是非常重

要的。

磷扩散装置如附图2-1所示，源瓶要严加密封，

切勿让湿气进入源瓶，因为POCl3易吸水汽而变

质，使扩散表面浓度上不去，其反应式如下：

2POCl3+3H2O=P2O5+6HCl

所以如果发现POCl3出现淡黄色时就不能再用

了。

图2-1三氯氧磷扩散装置示意图

磷扩散的系统应保持清洁干燥，如果石英管内有

水汽存在，就会使管内P2O5水解生成偏磷酸

（HPO3），使扩散管炉口内出现白色沉积物和粘

滞液体，粘滞液体的会在工艺运行进舟和出舟时

滴落在硅片上，造成返工片，粘滞液体的吸附性

还比较强，会吸附杂质，而对扩散管内的洁净度

产生影响，因此，长时间扩散后对扩散管定期进

行HF浸泡清洗。

3、什么是PN结

PN结是太阳能电池的心脏。需要强调指出，PN

结是不能简单地用两块不同类型（p型和n型）

的半导体接触在一起就能形成的。要制造一个

PN结，必须使一块完整的半导体晶体的一部分

是P型区域，另一部分是N型区域。也就是在晶

体内部实现P型和N型半导体的接触。制造PN

结，实质上就是想办法使受主杂质在半导体晶体

内的一个区域中占优势（P型），而使施主杂质

在半导体内的另外一个区域中占优势（N型），

这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型

和N型半导体的接触。

我们制作太阳电池的硅片是P型的，也就是说在

制造硅片时，已经掺进了一定量的硼元素，使之

成为P型硅片。如果我们把这种硅片放在一个石

英容器内，同时将含磷的气体通入这个石英容器

内，并将此石英容器加热到一定的温度，这时施

主杂质磷可从化合物中分解出来，在容器内充满

着含磷的蒸汽，在硅片周围包围着许许多多的磷

的分子。我们用肉眼观察硅片时，认为硅片是密

实的物体，实际上硅片也是像海绵一样充满着许

多空隙，硅原子并不是排列得非常严实，它们的

之间存在着很大的缝隙。因此磷原子能从四周进

入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向

硅片内部渗透扩散。当硅晶体中掺入磷后，磷原

子就以替代的方式占据着硅的位置。理想晶体中

原子的排列是很整齐的，然而在一定的温度下，

构成晶体的这些原子都围绕着自己的平衡位置

不停地振动，其中总有一些原子振动的比较厉

害，可以具有足够高的能量，克服周围原子对它

的作用，离开原来的位置跑到其它地方去，这样

就在原来的位置上留下一个空位。替位或扩散是

指杂质原子进入晶体后，沿着晶格室位跳跃前进

的一种扩散。这种扩散机构的特征是杂质原子占

据晶体内晶格格点的正常位置，不改变原材料的

晶体结构。在靠近硅晶片表面的薄层内扩散进去

的磷原子最多，距表面愈远，磷原子愈少。也就

是说，杂质浓度（磷浓度）随着距硅表面距离的

增加而减少。从以上分析中我们可以看到，浓度

差别的存在是产生扩散运动的必要条件，环境温

度的高低则是决定扩散运动快慢的重要因素。环

境温度愈高，分子的运动越激烈，扩散过程进行

得就越快。当然，扩散时间也是扩散运动的重要

因素，时间愈长，扩散浓度和深度也会增加。

硅晶片是P型的，如果扩散进去的磷原子浓度高

于P型硅晶片原来受主杂质浓度，这就使得P型

硅晶片靠近表面的薄层转变成为N型了。由于愈

靠近硅晶片表面，硼原子的浓度愈高，因此可以

想象：在距离表面为

的地方，那里扩散进去的磷原子浓度正好和硅晶

体中原来的硼原子浓度相等。在与表面距离小于

的薄层内，磷原子浓度高于原来硅晶片的硼原子

浓度，因此这一层变成了N型硅半导体。在与表

面距离大于

的地方，由于原来硅晶片中的硼原子浓度大于扩

散进去的磷原子浓度，因此仍为P型。由此可见，

在与表面距离

处，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，

也就是形成了PN结。

即为PN结的结深。

这样我们就可以利用杂质原子向半导体晶片内

部扩散的方法，改变半导体晶片表面层的导电类

型，从而形成P、N结，这就是用扩散法制造P-N

结的基本原理。

4、

结深

对扩散的要求是获得适合于太阳电池pn结需要

的结深和扩散层方块电阻，浅结死层小，电池短

波响应好，而浅结引起串联电阻增加，只有提高

栅电极的密度，才能有效提高电池的填充因子，

这样，增加了工艺难度，结深太深，死层比较明

显，如果扩散浓度太大，则引起重掺杂效应，使

电池开路电压和短路电流均下降，实际电池制作

中，考虑到各个因素，太阳电池的结深一般控制

在0.3～0.5m。

5、

恒定源扩散与恒量源扩散

固体中的扩散方程可写成下式：

（5-1）

式中的表示杂质浓度，是坐标和时间的函数。

坐标指杂质原子进入硅中的深度，即距离表面

的距离，单位取厘米，时间单位取秒，上式已

假定D是一个常数。事实上，扩散系数D是表征

扩散速度的物理常数，随着固体的温度上升而变

大，同时还受到杂质浓度、晶体结构等因素的影

响。

在扩散过程中，硅片周围的杂质浓度恒定，不随

时间而改变，硅片表面的杂质浓度Ns保持不变，

始终等于源相中的杂质浓度，称这种情况为恒定

源扩散，根据边界条件，(5-1)式的解为：

（5-2）

只要知道杂质在硅中的扩散系数D和表面浓

度，利用（5-2）式可作出该杂质在硅中的分布

曲线，如图5-5所示，称这种分布为余误差分布。

图5-5余误差分布

根据（5-2）式，当距离=时，浓度为。如果

浓度等于基体晶片的掺杂浓度N0，此时的即为

PN结的深度，简称为结深。设表面浓度Ns=1020

个/cm3，基体浓度N0=1016个/cm3代入（5-2）式

得到与D，t之间的关系为：

=5.4

（5-3）

（5-3）式中常数5.4随N0/Ns的比值而变化，近

似计算时，N0/Ns=10-3-10-5内皆可采用上式。

在扩散前，用预扩散或沉积法，使硅片表面具有

一定量的杂质源Q，整个扩散过程中不再加源，

因而整个扩散过程中杂质源总量Q保持不变，随

着扩散深度增加，表面浓度不断下降，称这种情

况为恒量源扩散。根据边界条件，（5-1）式的

解为：

（5-4）

根据（5-4）式作出该杂质在硅中的分布曲线，

如图5-6所示，称这种分布为高斯分布。

因为处的掺杂浓度等于基体掺杂浓度，（5-4）

式变为：

=

（5-5）

上式给出恒量源情况下与D、t之间的关系。

图5-6高斯分布

实际扩散过程常介于上述两种分布之间，根据不

同工艺或近似高斯分布或近似余误差分布。常规

太阳电池工艺中，因为扩散较浅，常采用余误差

分布近似计算。

6、方块电阻

在扩散工艺中，方块电阻是反映扩散层质量是否

符合设计要求的重要标志之一。

对应于一对确定数值的结深和薄层电阻，扩散层

的杂质分布就是确定的。也就是说，把薄层电阻

的测量同结深的测量结合起来，我们就能够了解

到扩散入硅片内部杂质的具体分布。深入了解薄

层电阻的定义和测试方法，对我们控制扩散条件

和提高产品质量具有十分现实的意义。

㈠薄层电阻的定义

扩散层的薄层电阻也称方块电阻，常用Rs或R□

表示，所谓薄层电阻，就是表面为正方形的半导

体薄层在电流方向（电流方向平等于正方形的

边，见图6-1）所呈现的电阻。

我们知道金属导体的电阻公式R=ρl/s，R是电

阻，ρ电阻率，s面积，l长度。与之类似薄层

电阻的大小应为：Rs=ρl/l=ρ/，可见，薄层

电阻的大小与薄层的平均电阻率成正比，与薄层

的厚度成反比（一般电阻的大小与边长成正比），

而与正方形的边长无关，其单位为欧姆。为了表

示薄层电阻不同于一般电阻，其单位常用[欧姆/

方块]或[Ω/口]表示。

图（6-1）

㈡薄层电阻的物理定义

在半导体中，电阻率与杂质浓度之间关系为：

当我们对掺杂浓度取平均值时：

所以：

注意：

为单位表面积扩散薄层内的净杂质总量。Rs的

大小就直接反映了扩入硅片内部的净杂质总量

的多少。

薄层电阻越小，表示扩入硅片的净杂质越多，反

之，扩入的就越少。

还要注意的是：不同的杂质分布和结深可获得同

样的Rs，这是实际设计和工艺中常遇到的问题。

例如下图中的两个分布曲线，可获得同样的Rs。

㈢扩散层薄层电阻的测试

硅片表面扩散层的薄层电阻可用四探针法测量。

测量装置如下图所示。测量头是由彼此相距为s

的钨丝探针组成，针尖要在同一平面同一直线

上。测量时，将探针压在硅片的表面，外面两根

探针通电流I，测量中间两根探针间的电压V。

薄层电阻为：

C称做修正因子，其数值的大小除与样品形状和

大小有关，还与样品是单层扩散还是双层扩散等

因素有关。

7、

扩散温度与时间

扩散时的温度和时间是控制电池结深的主要因

素，在不影响PN结特性的前提下，扩散温度选

择高一些，可以缩短扩散时间，有利于生产。对

于浅扩散的情况，温度选择要适当，既不能使温

度过高，使扩散时间过短，以致难于控制工艺，

又不宜温度过低，而使扩散时间延长到不适当的

地步，但是扩散的温度较高，这对结深和硅片的

少子寿命影响比较大，导致转换效率大幅度降

低，所以在制备晶体硅太阳电池还是要避免太高

的扩散温度，我们现在的扩散温度一般控制在

830-870度之间。。

在一定的温度下，扩散时间与结深的关系如图

7-1所示。在恒定表面浓度扩散时，时间增加，

扩散进入硅中的杂质总量Q相应增加，结深增加

了。在恒量表面杂质源扩散时，扩散进入硅中

的杂质总量Q始终不变，扩散时间增加，表面浓

度下降，结深增加。

图7-1扩散时间对于结深的影响

8、

扩散温度和扩散时间对方块电阻的影响

根据恒定源扩散理论，扩散入硅片单位表面的杂

质总量为：

（8-1）

根据方块电阻的定义：

（8-2）

式中为单位面积扩散薄层内的净掺杂杂质总

量，即=

将式（8-1）代入式（8-2）得：

(8-3)

由于表面杂质浓度、扩散系数D都是温度T的

函数，所以只要调整扩散温度和扩散时间两个参

数，就可得到确定的方块电阻值。

9、

方块电阻大小对电性能的影响

方块电阻偏低，扩散浓度大，则引起重掺杂效应，

使电池开路电压和短路电流均下降；

方块电阻偏高，扩散浓度低，则横向电阻高，使

Rs上升；因此，实际电池制作中，考虑到各个

因素，，方块电阻控制在35～65/□

EmitterWrapThrough-EWT

Emitterwrap-through”(EWT)and“Metallisationwrapthrough”(MWT)

lowthe

emitteronthefrontofthecelltobe“wrapped-through”totheback

kesthemetallizationforthebusbars(MWT)orthe

metallizationforbothbusbarsandfingers(EWT)tothebackofthecell,

•Metallisationismovedtothebackofthecellreducingshadowing

•EWTalsoincreamitterarea(ndopedregionsofthebackside)

•AhighpowerIRlarwithlowM2isidealforsilicondrilling

•EWT:300wafer/module/hour,MWT:1200wafer/module/hour

•15mm3sviapositionavailablewiththeMSV-Wxsystemtoenable

correctcontactingtoiterdigitatedrearelectrodes.

Larmicromachinedemitterwrapthroughtechnologyisthecreationof

viastowraptheemitteronthefrontsurfacetocontactsontheback

then-dopantdiffusionprocesslarsareud

todrillviaholesusingpuldlarablation.

Theprocessoflarviadrillingcreatesminorsurfacedamage

(micro-defects)whichmaysubquentlyberemovedbyflashetching

Hydroxide(NaOH)isoneofveral

etchantsthatmaybeudintheprocessofclearingdebrisfromexpod

surfaces.

Then-dopedemitterisallowedtowrapthroughtheviasduringthe

implantationprocess,theareaofp-typematerialonthebackofthecell

isminimidandthereforemaximisthecollectorareaafter

n-doping,Thetechniquecanbeudwithlowerqualityandthinner

theprovision

ofalargecostadvantageoverconventionalcellconfigurationsthis

systemhasthepotentialtobeimplementedinacosteffectiveprocess

flow.

EWT太阳电池技术进展

摘要：介绍了EWT太阳电池发展历史、研究现状及国内外EWT太阳电池的技术

研究进展，指出了EWT太阳电池研究中的难点，提出了EWT太阳电池的发展方

向，并对EWT太阳电池的发展前景进行了展望。

关键词：EWT太阳电池；技术进展；激光打孔；PN区域的界定

目前大规模生产的常规硅太阳电池，为了提高载流子的收集效率，PN结的

发射区处于电池的正面，电池的受光面都有栅线电极。栅线电极的存在阻挡了

部分阳光，降低了电池的效率。另一方面，由于电池的正负电极分别位于电池

的两面，在电池进行串联封装时，要从一块电池的正面焊接到另一块电池的背

面，这样就加大了自动化生产的难度。为此，1993年研制出EWT

（Emitterwrap-through）硅太阳电池。这种电池将金属电极栅线完全转移到了

电池的背面，使正负电极的主栅分布在电池背面的两侧，成功的解决了上述难

题。

1EWT硅太阳电池的结构及特点

EWT硅太阳电池是一种前结背接触电池。它的PN结依然位于电池的正面，

以有利于提高载流子的收集效率，通过重扩散或者镀有金属的孔（目前用的最

多的是激光打孔）把电池正面发射区和背面局部发射区连接在一起，将前表面

发射区引入背面，实现把前后表面收集的电子传导到背面电极上，正负电极细

栅全部交叉排列在电池背面，主栅排列在电池背面的两侧。前表面依然采用优

良的金字塔结构和减反射膜，以减少光的反射损失。EWT硅太阳电池的结构如图

1所示。

EWT硅电池具有以下显著优点：

（1）由于正面完全没有电极栅线，增加了有效受光面积，故可以提高光生

电流的密度，从而获得较高的效率。

（2）由于正负电极均位于电池背面，可简化光伏组件的封装，使自动化生

产更容易实现。

（3）电池背面采用定域合金制背场的方法，既产生了内建电场，同时减少

电极与基体的接触面积，使金属与半导体界面的高复合速率区大大减少，降低

了背面的表面复合，因而可更好地提高电池性能；

（4）可实现从电池的前结和背结共同收集电荷，故有很高的电荷收集率。

而且，薄的硅片因为减少了电荷的传输路径，降低了孔电阻，故也可以提高电

池的填充因子。因此，低品质的薄基硅片更能体现EWT太阳电池结构的优越性。

目前，硅基电池已经成为市场的主流，基于EWT硅太阳电池的以上优点，

并且随着人们对进一步提高电池效率和降低电池成本的要求，EWT硅太阳电池正

越来越受到人们的重视。

2EWT太阳电池的国内外研究现状国外对于EWT电池的研究较为深入，主要

的代表机构有：德国Fraunhofer实验室、美国Sandia国家实验室、德国

UniversityofKonstanz、美国Advent太阳能公司等。

德国FraunhoferISE采用SiO

2钝化及光刻技术，在4cm2

的Fz-Si衬

底上制作出实验室效率为21.4%的EWT电池，成为目前EWT电池的最高效率保持

者。但光刻技术复杂，成本高，不适宜规模化生产。

美国Sandia国家实验室采用光刻发射极图案结合丝网印刷接触技术在41cm2的

Fz－Si上获得了15,6%（AM1.5）的效率。

德国UniversityofKonstanz研究了两种技术路线。,等人

在10×10cm2的Cz－Si上采用丝网印刷扩散阻挡层和二次扩散技术，得到了

16.1%的效率，开路电压600mV，短路电流37.9mA/cm2，填充因子大约为70%；

，等人采用金属化学镀层技术

（electrolessplatingmetallizationtechnology）在24cm2的Cz-Si上获得了

16.6%的效率，其开路电压是591mV，短路电流密度是37.7mA/cm2，填充因子达

到74.6%，并预计如果能优化打孔工艺进一步去除激光损伤的话，效率将能达到

17.3%。但该技术大大的增多了工艺步骤，关键步骤P-Al共同扩散又不易控制。

美国AdventSolarCorporation采用多晶硅材料和比较成熟的丝网印刷技

术，实现了15.2%的效率，其电池的开路电压是600mV，短路电流密度是

35.4mA/cm2，填充因子为71.3%。

在国内，北京科技大学材料学院的刘维和中科院电工研究所的周春兰曾对

EWT背结电池中的激光刻槽及腐蚀工艺进行过研究。云南师范大学太阳能研究所

深入研究了激光打孔对单晶硅材料性能的影响，并对EWT硅电池的结构进行了

设计与性能模拟。

3EWT太阳电池的关键技术进展

3．1激光打孔

EWT太阳电池完全去除了正表面的栅线电极，依靠电池中的无数导电小孔来

将收集到的载流子传递到背面的发射区电极上。导电孔的制作，早期主要采用

光刻和湿法化学腐蚀法，目前最常用的方法是激光打孔。激光打孔方便易行，

适合大规模化生产，但初期激光打孔精度不高，包括激光打出的孔是不是精确

地排列在一条直线上、激光打孔的精确定位、激光打孔后的机械损伤等等问题，

曾经是EWT太阳电池无法用激光打孔技术大规模化生产的主要原因。故激光打

孔是实现EWT太阳电池的一个关键技术。随着近几年激光技术的飞速发展，现

在这些问题已经得到了较好的解决。

云南师范大学太阳能研究所的研究还发现，打孔激光进行打孔作用后，使

得硅材料本身的性质趋向于好的方向发展，对下一步太阳电池的制作提供了较

好条件。这是因为，在制备硅太阳电池材料的过程中，机械加工往往使材料表

层微结构产生缺陷；掺杂时杂质离子能量高，进入基片后会使基片形成错位、

层错及各种类型的缺陷，注入层遭到了破坏，加之，注入的杂质未进入晶格位

置，导电性能较差。在激光的作用下，破坏的表面层再结晶，部分消除了材料

表面的缺陷，改善了晶格结构；恢复了注入杂质的电活性，增加了P型杂质的

固溶度，改善了晶格的质量，同时使杂质离子进入了晶格的位置，使得硅的电

阻率下降，少子寿命提高。

3．2电池背面PN区域的界定

与常规硅太阳电池不同，EWT太阳电池的Ｐ型区域和Ｎ型区域间隔排列在电

池的背面，导电孔和背面的Ｎ型区域相连，并且要求P型区域和Ｎ型区域要靠

的很近，而且还不能够短路，这就对电池背面PN区域的界定提出了很高的要求，

故电池背面PN区域的界定是实现EWT太阳电池的一个关键技术。目前，实现EWT

太阳电池背面PN区域的界定的方法主要有下列几种：

3.2.1丝网印刷法

早期的EWT太阳电池背面的制备多采用光刻的方法，其优点是设计精度高，

缺点是成本高，制备工艺较复杂，容易引入对人体有毒的化学物质，不利于大

规模工业化生产。从上世纪九十年代末开始，随着丝网印刷技术的成熟，丝网

印刷法逐渐成了界定背面P型区域和N型区域常用的方法。丝网印刷法的主要

原理是通过丝网印刷设备在硅片上间隔印刷扩散阻挡层或耐腐蚀浆料，已用来

阻挡扩散或腐蚀液的腐蚀，使电池背面的P型区域和N型区域间隔分布。

3.2.1.1扩散前丝网印刷扩散阻挡层

在扩散之前，直接在电池的背面P型区域丝网印刷上扩散阻挡层浆料，见

图2所示。

硅片背面丝网印刷上浆料后，在红外炉里（250-300°Ｃ）快速热退火60

秒，可以得到高质量的扩散阻挡层。该阻挡层能在磷扩散时完全可以阻挡磷的

扩散而保持P型，而没有印刷浆料的区域则被磷扩散为Ｎ型。扩散结束后，再

将阻挡层去除，以便以后的工序中在原阻挡层的区域做Ｐ型电极。但阻挡层不

太容易去除，AdventSolarCorporation采用了在丝网印刷前开一个细槽的办法

来去除阻挡层，在1mm宽的阻挡区域开一个0.35mm宽的细槽，开槽后虽然细槽

在扩散时能形成Ｎ型层，但在制作电极工序中，通过印刷Al去补偿，如图3所

示。此法虽然大大简化了工序，可取得较好的效果，但整个电池工序就必须有

三次丝网套印，这对丝网印刷工艺精确定位提出了更高的要求。

3.2.1.2扩散后丝网印刷耐腐蚀浆料

按常规硅太阳电池的制作工艺扩散以后，在硅片的前面和背面的间隔的N

型区域丝网印刷上耐腐蚀浆料或者是油墨，然后用HF等腐蚀液腐蚀硅片，去除

没有印刷上耐腐蚀浆料或者是油墨区域的n型层，这样就形成了背面P型区域

和N型区域的交叉间隔分布，最后用溶剂将耐腐蚀浆料或者是油墨去除，见图4

所示。这种方法界定背面P型区域和N型区域简单易行，但由于P型区域和N

型区域是在交叉和间隔中直接相邻，容易造成短路而导致电池制作失败。

3.2.2激光刻槽法

用激光刻槽法实现EWT太阳电池背面PN区域的界定相对比较简单、效率较

高，可降低电池的成本，适合于EWT太阳电池的大规模生产。激光刻槽的精度

虽然比光刻技术低的多，但由于太阳电池对精度的要求不是很高，并且随着激

光技术近些年的不断发展，现在已经可以较好解决这个问题。激光刻槽容易给

硅片带来新的辐射损伤，特别是在ｐ型电极周边形成高复合区，增加了少数载

流子的复合中心，降低了载流子的收集，但通过优化刻槽和化学腐蚀工艺参数

可减少其对太阳电池性能的影响。由于激光刻槽的槽中的部分区域将用来制做

EWT太阳电池的电极，由于要形成良好的欧姆接触，这就要求硅片表面平整光滑

而侧壁垂直陡峭。中科院电工所的研究发现，当NaOH刻蚀溶液浓度为12%，温

度为80℃，时间为20-35min时，可以得到较好的槽面结构，能较好的满足欧姆

接触电极的制备以及背面结构的设计要求。根据激光刻槽和扩散的先后顺序，

此法又分为两类。

3.2.2.1扩散前进行激光刻槽

先对硅片进行干氧氧化，形成双面的SiO

2层，再进行前面的去除氧化层

和制绒，接着进行激光打孔和激光刻槽，用碱溶液刻蚀损伤层，然后进行P扩

散，再在前面镀上减反射膜，背面用Al蒸镀电极，最后进行PN相邻区域Al的

去除，这样就实现了EWT电池背面PN区域的界定。此法的优点是用SiO

2做

了背面PN区域的相互绝缘，不容易短路，成功率很高，适合大规模化生产，缺

点是由于背面SiO

2层的存在，P型电极和Ｐ型栅线之间必须用激光烧烛接触

技术（LFC）来形成良好的欧姆接触。

3.2.2.2扩散后进行激光刻槽

先将硅片的两面都扩散成Ｎ型，然后通过在背面丝网印刷Ag/Al浆料共烧

的办法补偿电池的n型层，烧结后，直接用激光开槽实现电池背面PN区域的界

定，见图5所示。用此种方法，还有个优点，可以选择把电池的周边结一起去

除。但这种方法，又会给硅片带来新的辐射损伤，降低了载流子的收集。所以，

刻槽后如何较好的除去槽区辐射损伤部分和堆积物，一直是人们研究的一个重

点。

4EWT硅太阳电池面临的问题和发展方向

随着人们对电池成本降低的要求，硅片的厚度正变得越来越薄，虽然低寿

命的薄基硅片更能体现EWT太阳电池的优越性，但硅片厚度过薄，本身的机械

强度就不高，激光打孔特别是激光刻槽更加降低了硅片的机械强度，使硅片变

的很容易破碎。这就对生产工艺和封装技术提出了更高的要求。由于EWT硅太

阳电池本身的特殊结构，决定了电池的开路电压和填充因子不高，故提高电池

的开路电压和填充因子是下一步EWT太阳电池研究的重点。另外，EWT硅太阳电

池的制造工艺与常规硅太阳电池相比，技术还是比较复杂，特别是背面PN区域

和正负栅线都比较容易短路，这就需要继续改良生产工艺和栅线设计，使EWT

硅太阳电池向简单化、工业化方向发展。

5结论

本文通过对EWT太阳电池技术进展的研究，得到了以下结论：（1）低品质

的硅材料更能体现EWT电池结构的优越性。（2）激光打孔作用后，使得硅材料

本身的性质趋向于好的方向发展，对下一步太阳电池的制作提供了较好条件。

（3）激光打孔和电池背面PN区域的界定是实现EWT硅太阳电池的关键技术，

但还有一些问题需要人们继续研究。