MWT和EWT背接触太阳电池结构及其技术发展

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ＭｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．４９Ｎｏ．１Ｊａｎｕａｒｙ２０１２ＭＷＴ和ＥＷＴ背接触太阳电池结构及其技术发展林阳１，２，高云２，贾锐１，陈宝钦１，孟彦龙１，李昊峰１（１．中国科学院微电子研究所，北京１０００２９；２．湖北大学物理学与电子科学技术学院，武汉４３００６２）摘要主要介绍了两种高效前结背接触太阳电池即金属电极绕通（ｍｅｔａｌｗｒａｐｔｈｒｏｕｇｈ，ＭＷＴ）太阳电池和发射极电极绕通（ｅｍｉｔｔｅｒｗｒａｐｔｈｒｏｕｇｈ，ＥＷＴ）太阳电池的基本结构以及其关键技术构成。这两种太阳电池是目前较为高端的两种电池类型，单个电池效率能达到２０％左右，组件效率能达到１７％，其主要优点在于实现了共面拼装和减小了正面遮光损耗，可以应用于大规模生产。针对ＭＷＴ和ＥＷＴ两种电池的一些关键技术，总结了两种电池的技术共性，如激光打孔、制绒、扩散、钝化和表面电极制备等工艺，提出了其各项关键技术存在的问题并进行了发展展望。关键词太阳电池；背接触太阳电池；金属电极绕通（ＭＷＴ）；发射极电极绕通（ＥＷＴ）；高效电池中图分类号ＴＭ９１４．４文献标识码Ａ文章编号１６７１－４７７６（２０１２）０１－００１２－１０ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＭＷＴａｎｄＥＷＴＢａｃｋＣｏｎｔａｃｔＳｏｌａｒＣｅｌｌｓＬｉｎＹａｎｇ１，２，ＧａｏＹｕｎ２，ＪｉａＲｕｉ１，ＣｈｅｎＢａｏｑｉｎ１，ＭｅｎｇＹａｎｌｏｎｇ１，ＬｉＨａｏｆｅｎｇ１（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ，ＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００６２，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｂａｓｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｗｏｈｉｇｈｅｆｆｉｃｅｎｃｙｂａｃｋ－ｃｏｎｔａｃｔｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｍｅｔａｌｗｒａｐｔｈｒｏｕｇｈ（ＭＷＴ）ｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｎｄｅｍｉｔｔｅｒｗｒａｐｔｈｒｏｕｇｈ（ＥＷＴ）ｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ．Ｔｈｅｓｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｔｈｅｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｒｅｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｈｉｇｈ－ｅｎｄｂａｔｔｅｒｙｔｙｐｅｓａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆａｓｉｎｇｌｅｓｏｌａｒｃｅｌｌｉｓａｂｏｕｔ２０％，ａｎｄｔｈｅｍｏｄｕｌｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓ１７％．Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｓｅｃｅｌｌｓａｒｅａｃｈｉｅｖｉｎｇｔｈｅｓａｍｅｒｅａｒａｓｓｅｍｂｌｙ，ｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｓｈａｄｉｎｇｌｏｓｓａｎｄａｐ－ｐｌｙｉｎｇｔｏｔｈｅｍａｓｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．ＦｏｒｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆＭＷＴａｎｄＥＷＴｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ，ｔｈｅｇｅｎｅ－ｒｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｅｓｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｌａｓｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｔｅｘｔｕ－ｒｉｎｇ，ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ，ｓｕｒｆａｃｅｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐ－ｍｅｎｔｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｏｌａｒｃｅｌｌ；ｂａｃｋ－ｃｏｎｔａｃｔｓｏｌａｒｃｅｌｌ；ｍｅｔａｌｗｒａｐｔｈｒｏｕｇｈ（ＭＷＴ）；ｅｍｉｔｔｅｒｗｒａｐｔｈｒｏｕｇｈ（ＥＷＴ）；ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｓｏｌａｒｃｅｌｌＤＯＩ１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－４７７６．２０１２．０１．００３ＥＥＡＣＣ８４２００引言目前，太阳电池产业已是解决现今能源危机的一个重要手段，而进一步发展太阳电池产业，首要解决的问题就是要降低太阳电池的使用成本［１］，其中提高太阳电池的转换效率是降低成本的主要手段收稿日期２０１１－０８－３１通信作者贾锐，Ｅ－ｍａｉｌｊｉａｒｕｉ＠ｉｍｅ．ａｃ．ｃｎ２１器件与技术ＤｅｖｉｃｅｓａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２０１２年１月微纳电子技术第４９卷第１期之一。目前，研究主要集中在表面陷光、电极接触以及表面遮光损耗等几个方面。据统计，现在商用太阳电池表面栅线的遮光率为８％，这部分栅线影响了电池对光线的吸收率，可以通过降低栅线宽度的方式来减少表面遮光，但是细的栅线又会使电极接触电阻增加因而降低了转换效率［２］，同时也增加了工艺难度。本文所介绍的金属电极绕通（ｍｅｔａｌｗｒａｐｔｈｒｏｕｇｈ，ＭＷＴ）和发射极电极绕通（ｅｍｉｔ－ｔｅｒｗｒａｐｔｈｒａｕｇｈ，ＥＷＴ）太阳电池可以很好地解决上述问题。ＭＷＴ和ＥＷＴ同属于背接触电池［３］，它们基本消除了正面栅线电极的遮光损失，更充分地利用了光照，提高了电池效率；同时还可以将电池的两极从背面引出，既降低了封装难度又简化了制作工艺，使电池更美观［４］。这两种电池又同属于背接触电池中的前结电池［５］，所谓的前结电池就是发射区位于电池的正面，这样的结构有利于收集更多的载流子［６］。ＭＷＴ和ＥＷＴ不完全依赖于栅线收集载流子［７］，而是采用激光打孔的方式在衬底上打出阵列孔洞，再通过不同的方式向孔洞中填充金属或者重扩来实现前后发射极间的电流传输。与传统的电池相比，前结电池有效地减小了正面的遮光面积，还不影响正面载流子的收集，从而提高了电池效率［８］。本文将对这两种高效晶硅太阳电池的结构及其关键技术做进一步的分析和介绍。１ＭＷＴ电池的结构和制备工艺１．１ＭＷＴ太阳电池结构ＭＷＴ电池就是将电池正面收集的电子通过孔洞中填充的金属转移至电池背面。它无需在电池正面制作 “ 主栅 ” ，因此电池表面就有更大的面积来收集光子并将其转化为电能。图１是ＭＷＴ电池的剖面结构图，它将传统电池中的主栅移到了电池的背面，仅保留正面较细的金属栅线，在减小遮光面积的同时还可以简化组装工艺，实现共面拼装。如图１所示，金属电极绕通结构可以实现双ｐｎ结结构，即通过金属化通道将前结和背结连接起来，共同收集载流子，提高了分离和收集载流子的效率，对于少子寿命较低的硅衬底采用此种结构仍可获得较高的短路电流，降低了对Ｓｉ材料的要求，从而降低了电池成本。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，从而达到了提高电池效率的目的。目前，ＭＷＴ电池发展中遇到的主要问题是金属化孔洞的制备技术和电极间分流的问题。发射区电极基区电极pnp鄄 Sin双结SiN激光钻孔图１ＭＷＴ太阳电池的结构Ｆｉｇ．１ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＭＷＴｓｏｌａｒｃｅｌｌ德国弗朗霍夫研究所（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ）已经制备出了转换效率为１７．１％的ＭＷＴ电池［９］，还有荷兰的能源研究中心（ＥＣＮ）研究的多晶ＭＷＴ电池，其效率也达到了１７％［１０］。１．２ＭＷＴ电池的制备工艺目前，如何简化工艺是研究ＭＷＴ电池的热点。图２所示为制备ＭＷＴ太阳电池的常规步骤［９］。具体步骤包括 ① 激光打孔，１２５ｍｍ１２５ｍｍ的硅片大约需要打１５０个孔洞，每个孔的孔径大约８０ μ ｍ； ② 在激光打孔后用酸或碱制绒，同时去除激光打孔带来的损伤； ③ 发射极磷（Ｐ）扩散，用ＰＯＣｌ３作为磷源采用管式扩散炉进行扩散，其方块电阻为２０～７５ Ω ，扩散完成后去除磷硅玻璃（ＰＳＧ）； ④ 用等离子增强型化学气相沉积（ｐｌａｓｍａｅｎｈａｎｃｅｄｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｕｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＥＣＶＤ）或者溅射的方法制备氮化硅薄膜作为前表面减反射层和钝化层； ⑤ 在ＭＷＴ电池的背面用丝网印刷或其他方法用金属把孔填满，并且做两条ｎ型接触的主栅； ⑥ 第二次丝网印刷，在前表面做细栅，在背面做两条ｐ型接触的主栅； ⑦ 在烧结炉中进行烧结； ⑧ 基极和发射极的电极需要隔离，前后表面可以同时用激光打隔离沟槽，也就是在隔离的时候可以用两条激光分别位于电池上下两侧同时打隔离沟槽。３１林阳等ＭＷＴ和ＥＷＴ背接触太阳电池结构及其技术发展ＭｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．４９Ｎｏ．１Ｊａｎｕａｒｙ２０１２（ a）激光打孔（ b）制绒（ c） P 扩散，去除 PSG（ d ）前表面做减反射层（ e）背表面丝印母线和填充通道（ f ）前表面丝印细栅，背表面做 p 型接触（ g）烧结（ h）前后面边缘隔断和后表面隔断图２ＭＷＴ电池的普遍制作流程Ｆｉｇ．２ＣｏｍｍｏｎｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅＭＷＴｓｏｌａｒｃｅｌｌ其中第 ① 步的激光烧结、第 ④ 步的丝印和最后一步中的激光划槽工艺都不同于传统电池的制备工艺，但是这几个工艺步骤都不复杂，只需要在传统电池的制备工艺中加入一个激光设备就可以达到ＭＷＴ电池的生产条件。２ＥＷＴ电池的结构和制备工艺２．１ＥＷＴ电池的结构ＥＷＴ电池是ＭＷＴ电池的改进版，兼具了叉指背接触（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄｂａｃｋｃｏｎｔａｃｔ，ＩＢＣ）电池与ＭＷＴ电池的优点［１１］，如图３所示，ＥＷＴ太阳电池不仅可以采用双ｐｎ结吸收光生载流子，提高收集效率，而且它还能完全消除电池正面的电极遮光，产生更多的光生载流子，这有利于提高电池的填充因子［１２］，从而进一步提高电池的转换效率。此外，ＥＷＴ太阳电池表面完全没有栅线的覆盖，这是因为前后发射极的连接是通过孔洞来实现的，不同于ＭＷＴ太阳电池的孔洞，ＥＷＴ太阳电池一般是通过重扩的方法来实现孔洞的导通。孔洞的作用在于一方面把电池正面发射区和背面局部发射区连接在一起；另一方面重扩还可以降低接触电极的接触电阻。通过重扩的孔洞将前表面发射区引入背面，实现把前表面收集的电子传导到背电极上，电池的ｐ型电极和ｎ型电极的细栅全部交叉排列在电池背面，简化了封装工艺［１３］。n型细栅p型细栅激光打孔n型重扩散结p型主栅p型硅片图３ＥＷＴ太阳电池的结构Ｆｉｇ．３ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＥＷＴｓｏｌａｒｃｅｌｌＪ．Ｍ．Ｇｅｅ等人［１４］通过太阳电池模拟软件ＰＣ１Ｄ对基于ｐ型Ｃｚ－Ｓｉ的ＥＷＴ电池进行模拟后得到的电池效率可达２１％。相对于ＭＷＴ电池，ＥＷＴ电池虽然有较大的发展潜力，但是要想获得更高效的ＥＷＴ电池还是比较困难的，难点与ＭＷＴ电池相似，同样也有低损伤孔洞的制备和降低电池中电极分流的难题。此外，ＥＷＴ电池的前表面发射区需要重掺杂，而重掺杂会带来较多的复合中心，这会影响电池的性能［１５］。Ａ．Ｆａｌｌｉｓｃｈ等人［１６］利用磷硅酸玻璃膜作为扩散的阻挡层，采用边缘选择性区域扩散的方式，可以很好地控制表面发射区与孔洞的扩散浓度，并结合喷墨掩膜技术制备了效率为１５．７％的ＥＷＴ电池。在传统方法制备ＥＷＴ电池的基础上，也有很多人结合新的方法来改进ＥＷＴ电池的结构，例如接下来介绍的多晶硅发射极金属电极绕通（ｐｏｌｙ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｗａｆｅｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｅｍｉｔｔｅｒｗｒａｐｔｈｒｏｕｇｈ，ＰＯＷＥＲ－ＥＷＴ）电池和背面叉指单蒸发发射极电极绕通（ｒｅａｒｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄｓｉｎｇｌｅｅｖａｐｏ－４１林阳等ＭＷＴ和ＥＷＴ背接触太阳电池结构及其技术发展２０１２年１月微纳电子技术第４９卷第１期ｒａｔｉｏｎｅｍｉｔｔｅｒｗｒａｐｔｈｒｏｕｇｈ，ＲＩＳＥ－ＥＷＴ）电池，都是结合了激光技术来改进ＥＷＴ电池的结构。２．１．１ＰＯＷＥＲ－ＥＷＴ电池目前，针对ＥＷＴ太阳电池的优点，出现了一些新的ＥＷＴ结构。２００３年德国康斯坦茨大学与马来西亚ＳｕｎｗａｙｓＡＧ公司合作，把ＥＷＴ电池概念融入到ＰＯＷＥＲ电池中，开发出ＰＯＷＥＲ－ＥＷＴ［１７］背接触太阳电池，其结构如图４所示。ＰＯＷＥＲ－ＥＷＴ太阳电池既具有ＰＯＷＥＲ电池［１７］半透明、机械柔韧性好等特点，又具有ＥＷＴ电池连接简单、表面均一美观等优点。该电池的结构特点就是用激光刻槽的方法在正反面正交刻槽，深度超过１／２，然后再进行Ｐ扩散，刻槽越宽，孔就越大，这个结构主要是增加了表面陷光的效果。但随之而来的问题就是基区和发射区电极的绝缘效果不好，使得电池效率只有８．３％，希望通过改善绝缘问题以提高效率。发射区电极发射区基区电极孔SiN图４ＰＯＷＥＲ－ＥＷＴ太阳电池的结构Ｆｉｇ．４ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＰＯＷＥＲ－ＥＷＴｓｏｌａｒｃｅｌｌ２．１．２ＲＩＳＥ－ＥＷＴ电池Ｐ．Ｅｎｇｅｌｈａｒｔ等人［１８］基于双结的ＥＷＴ结构，以ｐ型Ｃｚ－Ｓｉ为衬底，制备了效率高达２０．３％的ＲＩＳＥ－ＥＷＴ背接触太阳电池。ＲＩＳＥ电池的主要结构特点就是利用激光局部烧蚀技术在背面形成高低不同、叉指交叉排列的两片区域。背面再经过Ｐ扩散形成发射区，ＳｉＯ２遮挡的部分是基区。最后通过激光烧结（ｌａｓｅｒ－ｆｉｒｅｄｃｏｎｔａｃｔ，ＬＦＣ）技术穿透ＳｉＯ２层形成基区导电基点。随后采用ＥＷＴ的概念用激光打孔连接正面和背面的发射区，如图５所示，这种阶梯状的电极也是ＲＩＳＥ－ＥＷＴ结构的一大特点，利于大面积的薄的硅片加工，也希望可以再次简化工艺降低成本。２００６年，Ｐ．Ｅｎｇｅｌｈａｒｔ等人［１９］将其效率做到了２１．５％。激光钻孔p鄄 SiSiO2AlLFC腐蚀掩蔽层基区电极图５ＲＩＳＥ－ＥＷＴ太阳电池的结构Ｆｉｇ．５ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＲＩＳＥ－ＥＷＴｓｏｌａｒｃｅｌｌ２．２ＥＷＴ太阳电池的制备工艺目前，大多数的公司和实验室所采用的发射区绕通电池制造工艺流程如图６所示［２０］。（ a） 1 000 ℃ 氧化一层 250 nm 厚的 SiO2（ b ） HF 酸去除上表面的 SiO2 再制绒（ c）表面沉积 SiNx 作为保护，并用激光打孔，并在背面形成发射极和基极（ d）去除 SiNx 层，并用 POCl3 扩散（ e）在前表面再次沉积 SiNx（ f）制作背表面电极（ g）隔断背面的基极和发射极（ h ）烧结图６ＥＷＴ电池普遍的制作流程Ｆｉｇ．６ＣｏｍｍｏｎｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅＥＷＴｓｏｌａｒｃｅｌｌ５１林阳等ＭＷＴ和ＥＷＴ背接触太阳电池结构及其技术发展ＭｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．４９Ｎｏ．１Ｊａｎｕａｒｙ２０１２具体制作流程包括 ① 在衬底正反面做一层２５０ｎｍ厚的ＳｉＯ２，主要是为了减小后续工艺对衬底的损害； ② ＨＦ酸去除上表面的ＳｉＯ２，再用ＫＯＨ制绒，目的是为了降低电池表面的反射率，增加陷光效应； ③ 正面做一层折射率为１．９的ＳｉＮｘ，用激光打孔，并采用激光刻蚀技术在电池背面形成叉指状的发射区和基区的形状，然后在９０ ℃ ，质量分数１０％的ＫＯＨ溶液里处理１５ｍｉｎ来修复激光带来的损伤，处理后，槽的宽度大约为７０ μ ｍ，深２０ μ ｍ； ④ 用磷酸去除表面１００ｎｍ的ＳｉＮｘ，再放入ＰＯＣｌ３的管式炉中８５０ ℃ 进行扩散，使其方块电阻达到５０ Ω ； ⑤ 在前表面再次沉积ＳｉＮｘ做钝化层和减反层，通常１００ｎｍ厚的ＳｉＮｘ折射率约为２．０５，达到最优的钝化效果； ⑥ 在背面蒸发１０ μ ｍ的Ａｌ，随后再做３００ｎｍ的ＳｉＯ２作为刻蚀的阻挡层； ⑦ 将背后基极和发射极的电极隔断； ⑧ 激光烧结，使Ａｌ和基极局部接触，最后再在３６０ ℃ 的热板上退火，以此来增强基极的表面钝化并改善接触电阻。综上所述可以看出ＭＷＴ和ＥＷＴ电池的结构及其关键工艺都很相似，其核心技术都是制备前后贯通的孔洞、孔洞填充和背电极制备等。与传统太阳电池相比较，ＭＷＴ和ＥＷＴ太阳电池具有以下优点 ① 降低或完全消除了正面栅线的遮光，增大了受光面积，故可以提高光生电流的密度； ② 由于正负电极均位于电池背面，可简化电池封装工艺，更容易实现封装的自动化，并且还可以通过调节背面基极和发射极所占的面积比例来优化电极的接触电阻； ③ ＭＷＴ和ＥＷＴ太阳电池采用低品质的薄基硅片仍有较好的效果，所以可以节省硅料降低成本； ④ 实现从电池的前结和背结双结共同收集光生载流子，可以获得更高的光生载流子收集率。接下来就详细地介绍ＭＷＴ和ＥＷＴ太阳电池的关键技术及发展现状等。３ＭＷＴ和ＥＷＴ太阳电池的关键制备技术３．１激光打孔技术ＭＷＴ和ＥＷＴ电池的制备都需要打孔，ＭＷＴ中的金属化孔洞起到连接前后面发射极的作用，主要收集载流子的还是表面栅线。而ＥＷＴ对打孔的要求更高［２１］，它表面没有一点遮光的栅线，全部都是通过孔洞来收集载流子并传输到背面的发射极上，单位面积上孔的数目更是远大于ＭＷＴ。早期采用化学腐蚀、光刻和激光刻槽的方法进行孔的制备，这些方法工艺繁琐而且成品率也不高，但后来随着激光技术的发展，目前产业化的ＭＷＴ和ＥＷＴ都用激光打孔技术，尤其是有些多晶电池的制备，用化学腐蚀方法制孔很难得到大小均匀的孔洞，而且现在成熟的激光技术在打孔后还可以改善Ｓｉ材料的本身性质［２２］，所以目前量产的ＭＷＴ和ＥＷＴ均采用激光打孔技术。现在激光的种类也很多，通常用的都是Ｎｄ ∶ＹＡＧ激光，近年来ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＣｌ等紫外波段的准分子激光器也被应用到半导体材料的加工领域中［２３］，这类短波的激光器对硅损伤小，因而有更长的载流子寿命，但是准分子激光在硅表面的反射率大于Ｎｄ ∶ＹＡＧ激光器，并且准分子激光的重复频率普遍低于Ｎｄ ∶ＹＡＧ激光器，目前Ｎｄ ∶ＹＡＧ激光器在ＭＷＴ和ＥＷＴ的制备中得到了广泛的应用。德国哈默尔恩太阳能（ＩＳＦＨ）研究所和德国汉诺威激光中心研究得出载流子的寿命与不同波长激光造成的晶片损伤和ＫＯＨ腐蚀深度有关。三倍频Ｎｄ ∶ＹＡＧ３５５ｎｍ激光烧蚀导致晶片损伤深度３ μ ｍ；二倍频Ｎｄ ∶ＹＡＧ５３２ｎｍ激光烧蚀导致晶片损伤的深度为４ μ ｍ；Ｎｄ ∶ＹＡＧ１０６４ｎｍ激光导致的损伤深度会超过２０ μ ｍ。较为理想的激光器应该是Ｎｄ ∶ＹＡＧ５３２ｎｍ激光器，但由于设备成本太高，一般都采用Ｎｄ ∶ＹＡＧ１０６４ｎｍ激光器，其缺点是激光烧蚀加工会造成衬底表面损伤深度达到２０ μ ｍ，浪费硅片资源［２４］。不论ＭＷＴ还是ＥＷＴ其孔径都为３０～１００ μ ｍ，成熟的激光技术对于孔径和孔壁的均匀性都比较理想，在ＭＷＴ电池的晶片上，其孔洞的数目为１００～３００个；在ＥＷＴ的晶片上现在标准都是每间隔１ｍｍ有一个孔（有时也会低于这个间距），所以一块电池上通常都会有１５０００～３００００个孔。ＥＷＴ打孔存在的主要问题是打孔太耗时，同时还有如何提高打孔的成功率和减少损伤等问题。Ｇ．Ｍａｕｃｋｎｅｒ等人［２５］从理论上讨论了激光打孔过程中的烧蚀速率，为提高激光打孔的速率提６１林阳等ＭＷＴ和ＥＷＴ背接触太阳电池结构及其技术发展２０１２年１月微纳电子技术第４９卷第１期供了理论支持。３．２制绒与传统电池一样，前结背接触太阳电池也需要在晶片表面进行制绒［２６］，制绒的主要目的是将其表面的反射率降到１０％以下。制绒的方法有如下几种 ① 激光刻槽［２７］，现在的激光技术比较成熟，可以在硅表面快速地刻出均匀的图案，所以在工业生产中也可以应用，但是激光刻槽的深度一般都不低于５０ μ ｍ，所以对衬底的厚度要求大于２００ μ ｍ。激光刻槽的方法不适合于薄膜类的电池，且由于较深的激光刻槽，对之后的工艺也有影响。② 反应离子刻蚀［２８］，该技术成熟，表面的形貌也很均匀，可以达到很低的反射率，但会增加表面载流子的复合，工作周期长，设备要求高，不利于工业化生产。③ 掩膜刻蚀法，该技术用ＳｉＮｘ作为掩膜，采用光刻技术和湿法腐蚀技术在电池表面形成均匀的蜂窝结构。该技术的陷光效果很好，但工艺复杂，负面影响因素太多，也增加了成本。④ 电化学腐蚀［２９］，该技术制备绒面的效果较好，可以达到很低的反射率，但是腐蚀的结果受很多因素的影响，例如光照、掺杂类型、掺杂浓度、电流等因素。大面积腐蚀的时候还需要较大的电流，很难保证腐蚀的均匀性。⑤ 化学腐蚀法，化学腐蚀法通常又分为酸制绒和碱制绒，一般多晶制绒的时候用的是酸制绒，因为酸制绒一般都是各向同性腐蚀。由于多晶硅可以不考虑晶向的影响，可以采用酸腐蚀法。单晶硅制绒通常都采用碱腐蚀法，低于质量分数３０％的强碱腐蚀都具有各向异性腐蚀的性质，可以做出形貌均匀的金字塔形状，高于这一质量分数则同酸腐蚀一样具有各向同性的性质。ＫＯＨ和ＮａＯＨ是最常用的腐蚀液，它们有较好的（１００）面与（１１１）面刻蚀比率，而且无毒无害。但会带入钠离子和钾离子污染。ＭＷＴ和ＥＷＴ制绒既可以采用酸腐蚀的方法也可以采用碱腐蚀的方法，因为这两种类型的电池对衬底的要求都不高，既有多晶也有单晶，不同的衬底可以选择相应的方法。不论哪种腐蚀都有利于改善激光打孔对硅片带来的损伤影响，同时还可以减小激光打孔对孔壁高温灼烧的影响，是激光打孔后的衬底后处理手段。现在ＭＷＴ和ＥＷＴ在制绒中采用金字塔［３０］、纳米柱［３１］、倒金字塔［３２］等绒面设计，其中陷光效果最好的是纳米柱结构，它不仅改变了体硅的表面形貌，而且能使光谱吸收边红移增强了可见光的吸收。３．３扩散扩散工艺是制备太阳电池的核心步骤，通过扩散在硅衬底上形成ｐｎ结。目前，产业化的ＭＷＴ和ＥＷＴ电池通常使用的方法是液态源扩散，用ＰＯＣｌ３作为磷源，ＢＢｒ３作为硼源［３３］，扩散浓度越高其表面的方块电阻就会越小。由于金属化孔洞填充存在经高温烧结后很难形成连续的通道的问题，所以ＥＷＴ要求在孔洞中进行重扩散以降低接触电阻，从而有利于通道的电流传输。另外，Ｋ．Ｆａｉｋａ等人［３４］在制备ＥＷＴ电极时采用Ａｌ－Ｐ共扩散的方法，与传统方法一样都是要先用激光打孔，在电池背面同时用丝印的方法印上有Ｐ和Ａｌ的叉指电极，面积比约为１ ∶ １，然后一起放进烧结炉里进行烧结，这样大大节省了工艺的步骤。但是这种扩散方法由于激光损伤和表面没有钝化，使得表面复合更为严重，制备出来的电池效率也只有１０％。所以这种工艺还有待于进一步改进，如背电极、激光参数等都还需要优化。实验室中对ＭＷＴ和ＥＷＴ的扩散也有使用固态源扩散的，即使用磷源片和硼源片进行扩散，磷源片主要成分为磷酸镧、ＣｅＰ５Ｏ１４和ＳｉＰ２Ｏ７几种，硼源片的主要成分为Ｂ２Ｏ３以及ＢＮ和ＳｉＯ２两种，扩散时将源片与硅片交替放在同一石英舟上，待炉温加热至８５０ ℃ 时缓慢将石英舟推入恒温区，在氮气氛围下进行扩散，例如Ｐ扩散１ｈ后其方阻为２０～３０ Ω ，均匀性也较好，而且背面不用做遮挡，但是尾气是有毒的，需要进行处理。另外其源片的保存很重要，要求必须干燥，而且定期要进行烘干，若保管不善会减少源片的使用寿命。３．４钝化、减反射层晶体硅太阳电池中少数载流子的复合导致了光生载流子的损失，从而引起了电池效率的降低。而硅片中少数载流子的寿命值在很大程度上受到硅片表面状的影响，如果硅表面加一层氧化层，硅与氧７１林阳等ＭＷＴ和ＥＷＴ背接触太阳电池结构及其技术发展Ｍｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉ