2.1 擴(kuò)散區(qū)的定義及形成

較之傳統(tǒng)太陽電池，IBC電池的工藝流程要復(fù)雜得多。IBC電池工藝的關(guān)鍵問題，是如何在電池背面制備出呈叉指狀間隔排列的P區(qū)和N區(qū)，以及在其上面分別形成金屬化接觸和柵線。對擴(kuò)散而言，爐管擴(kuò)散是目前應(yīng)用最廣泛的方法。普通太陽電池的擴(kuò)散只需在P型襯底上形成N型的擴(kuò)散區(qū)，而IBC電池既有形成背面N區(qū)(BSF)的磷擴(kuò)散，還有形成PN結(jié)的硼擴(kuò)散，即在N型襯底上進(jìn)行P型摻雜。

常見的定域摻雜的方法包括掩膜法，可以通過光刻的方法在掩膜上形成需要的圖形，這種方法的成本高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。相對低成本的方法有通過絲網(wǎng)印刷刻蝕漿料或者阻擋型漿料來刻蝕或者擋住不需要刻蝕的部分掩膜，從而形成需要的圖形。這種方法需要兩步單獨(dú)的擴(kuò)散過程來分別形成P型區(qū)和N型區(qū)。

另外，還可以直接在掩膜中摻入所需要摻雜的雜質(zhì)源(硼或磷源)，一般可以通過化學(xué)氣相沉積的方法來形成摻雜的掩膜層。這樣在后續(xù)就只需要經(jīng)過高溫將雜質(zhì)源擴(kuò)散到硅片內(nèi)部即可，從而節(jié)省一步高溫過程。

另外，也可在電池背面印刷一層含硼的叉指狀擴(kuò)散掩蔽層，掩蔽層上的硼經(jīng)擴(kuò)散后進(jìn)入N型襯底形成P+區(qū)，而未印刷掩膜層的區(qū)域，經(jīng)磷擴(kuò)散后形成N+區(qū)。不過，絲網(wǎng)印刷方法本身的局限性，如對準(zhǔn)的精度問題，印刷重復(fù)性問題等，給電池結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了一定的要求，在一定的參數(shù)條件下，較小的PN間距和金屬接觸面積能帶來電池效率的提升，因此，絲網(wǎng)印刷的方法，需在工藝重復(fù)可靠性和電池效率之間找到平衡點(diǎn)。

激光是解決絲網(wǎng)印刷局限性的一條途徑。無論是間接刻蝕掩膜(利用激光的高能量使局部固體硅升華成為氣相，從而使附著在該部分硅上的薄膜脫落)，還是直接刻蝕(如SiNx吸收紫外激光能量而被刻蝕)，激光的方法都可以得到比絲網(wǎng)印刷更加細(xì)小的電池單位結(jié)構(gòu)，更小的金屬接觸開孔和更靈活的設(shè)計。

需要留意的是激光加工帶來的硅片損傷，以及對接觸電阻的影響;另外，精準(zhǔn)對位是激光設(shè)備的必要條件，如果不采用Scanner方式的激光頭，其加工時間往往較長，平均每片電池片的激光加工需耗時幾分鐘到十幾分鐘，生產(chǎn)效率低，目前只適合研發(fā)應(yīng)用。

近年來，不斷有從半導(dǎo)體工業(yè)轉(zhuǎn)移到光伏工業(yè)的技術(shù)，離子注入就是其中之一。離子注入的最大優(yōu)點(diǎn)是可以精確地控制摻雜濃度，從而避免了爐管擴(kuò)散中存在的擴(kuò)散死層(高濃度的擴(kuò)散雜質(zhì)與硅的晶格失配以及未激活的雜質(zhì)引起的晶格缺陷使得擴(kuò)散層表面載流子壽命極低)。

2011年，Suniva首先開發(fā)了離子注入太陽電池技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了P型單晶電池>18.6%的轉(zhuǎn)換效率并將其推向商業(yè)化生產(chǎn)。當(dāng)然，離子注入技術(shù)也可以被應(yīng)用到IBC電池的制備中。同樣，通過掩膜可以形成選擇性的離子注入摻雜。

離子注入后，需要進(jìn)行一步高溫退火過程來將雜質(zhì)激活并推進(jìn)到硅片內(nèi)部，同時修復(fù)由于高能離子注入所引起的硅片表面晶格損傷。博世和三星都成功將離子注入技術(shù)運(yùn)用到IBC電池中，實(shí)現(xiàn)了22.1%和22.4%的轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)然，離子注入技術(shù)的量產(chǎn)化導(dǎo)入，設(shè)備和運(yùn)行成本是考量的關(guān)鍵。

2.2 陷光與表面鈍化技術(shù)

對于晶體硅太陽電池，前表面的光學(xué)特性和復(fù)合至關(guān)重要。對于IBC高效電池而言，更好的光學(xué)損失分析和光學(xué)減反設(shè)計顯得尤其重要。McIntosh等人采用橢偏儀、量子相應(yīng)測試與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，定量的確定了IBC電池的光學(xué)損失，包括前表面發(fā)射、減反膜寄生吸收、長波段不完美光陷阱、自由載流子吸收的影響等，如圖3所示。

圖3 IBC電池單層膜(a，c)及多層膜(b，d)的光學(xué)損失分布圖