光伏中游产业链之电池片的制备

光伏中游产业链涉及电池片等组件的加工生产。晶硅电池技术是以硅片为衬底，根据硅片的差异区分为P型电池和N型电池。当硅材料掺入少量硼等三价元素原子就会成为P型硅片，而掺杂磷等五价元素则会形成N型硅片，P型和N型都可以做电池片，只是P型晶体硅做PN结的时候用的是磷扩散工艺，而N型晶体硅做电池片的时候用的是B离子注入工艺。硅片为N型的电池为N型电池，P型为P型电池。虽然相比于传统的P型电池，N 型电池【以TOPCon电池、HJT（异质结）电池、IBC电池为代表】具有转换效率高、双面率高、温度系数低、抗PID衰减性强、弱光效应好等优点。但P型电池是目前光伏市场主流电池，以PERC技术为主，且N型电池工艺多为P型电池的衍生迭代，本文主要介绍采用perc技术的P型电池的生产工艺

电池片的制备工艺复杂，从硅片开始，需要依次经过经过清洗制绒、扩散(DIFF)、激光SE掺杂、刻蚀、去PSG（P-Si玻璃层）、（背钝化和PECVD）镀膜、激光开槽、丝网印刷、结烧和分选测试以及最后的包装。与电池片生产相关的企业有通威股份、隆基股份、爱旭股份、晶澳科技和晶科能源等。制绒、扩散、刻蚀、去、镀膜、印刷电极、烧结、检测分级

清洗制绒的目的是去除吸附在硅片表面的各类污染物，去除硅片表面的切割损坏层，并在硅片表面形成绒面，以减少电池片的反射率，且形成的凹凸不平的绒面可以增加二次反射从而增加光的吸收，提高短路电流，进而提升电池转换效率。根据单多晶晶体结构差异，多晶硅电池用酸制绒，绒面为不规则凹凸面；单晶硅电池用碱制绒，绒面为规则类金字塔结构。制绒所用的制绒设备主要生产企业有捷佳伟创。

P-N结为电池片心脏，而扩散是为电池片制造心脏。所用扩散炉主要为管式扩散炉，是由石英舟的上下载部分、废气室、炉体部分和气柜部分等四大部分组成。P 型硅片需要进行磷扩散，在扩散中用三氯氧磷（POCl3）液态源作为扩散源，具有生产效率高、稳定性好、制得P-N结均匀平整及扩散层表面良好等优点。N 型硅片需要进行硼扩散，目前硼扩散液态源主要包括硼酸三甲酯、硼酸三丙酯及三溴化硼等，扩硼比扩磷工艺难度大，主要原因系硼在硅中固溶度较低，实际硼扩散温度需要达到 900~1100 摄氏度。扩散炉相关生产厂商为捷佳伟创、北方华创。

激光SE掺杂扩散炉在扩散的N+（扩磷）或P+（扩硼）发射极为均匀掺杂，只能在轻、重两种程度中二选一。若选择轻掺杂，可以减小少数载流子复合，提升短路电流，但会增大发射极和栅线电极的接触电阻；若选择重掺杂，可以减少发射极和栅线电极的接触电阻，但会增加少数载流子复合，也会影响效率。SE掺杂技术可有效解决轻重掺杂选择矛盾。产业内实现SE掺杂主要有两步扩散法、光刻掩膜法、丝网印刷电极和激光掺杂法这 四种解决方案。其中激光掺杂法为最优解决方案，成为PERC标配提效工艺。主要生产激光设备的企业有帝尔激光、迈为股份。

刻蚀以P型电池为例，在扩散工序中，硅片侧边和背面边缘没有遮挡，也会扩散上磷，PN 结正面所收集的光生电子会沿边缘扩散有磷的区域流到 PN 结背面，从而造成短路，短路通道等效于降低并联电阻，使电池片失效。刻蚀工序是让硅片边缘带有的磷的部分去除干净，避免了P-N结短路并且造成并联电阻降低。进行刻蚀的刻蚀机相关企业有捷佳伟创。

去PSG（P-Si玻璃层）去磷硅玻璃该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀法也即把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层磷硅玻璃。氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸与二氧化硅反应生成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。

镀膜目的有两种，一个是减反射提高电池片对阳光的吸收，提高光生电流，从而提高转换效率；另一个是钝化薄膜中的氢对电池表面的钝化降低了发射结的表面复合速率，提升开路电压，从而提高转换效率。光伏电池片中常见的镀膜技术包括 PECVD、LPCVD、PVD、ALD等，而PECVD应用广泛。镀膜所需的设备主要有钝化炉和PECVD设备，相关企业有捷佳伟创和北方华创。

丝网印刷太阳电池经过制绒、扩散及镀膜等工序后，已经制成PN结，可以在光照下产生电流，为了将P-N结产生的电流导出，需要在电池表面上制作正、负两个电极。丝网印刷是目前制作太阳电池电极最普遍的一种生产工艺。丝网印刷是采用压印的方式将预定的图形印刷在基板上，该设备由电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成。丝网印刷所用设备的相关企业为迈为股份，在丝网印刷中需要使用银浆，相关企业有帝科股份和苏州固锝，但是银浆成本高，目前正在积极寻找替代物，对电解铜和银包铜的研究正在进行中。

快速烧结经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。烧结炉分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。整个结烧过程分为预烧结阶段、烧结阶段和最后的降温冷却阶段。预烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶段温度达到峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于基片上。相关企业有迈为股份、奥特维。