2.1 擴(kuò)散區(qū)的定義及形成

較之傳統(tǒng)太陽(yáng)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(wèn)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(duì)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(yáng)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(jiàn)的定域摻雜的方法包括掩膜法，可以通過(guò)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(duì)低成本的方法有通過(guò)絲網(wǎng)印刷刻蝕漿料或者阻擋型漿料來(lái)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(guò)程來(lái)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(guò)化學(xué)氣相沉積的方法來(lái)形成摻雜的掩膜層。這樣在后續(xù)就只需要經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)，絲網(wǎng)印刷方法本身的局限性，如對(duì)準(zhǔn)的精度問(wèn)題，印刷重復(fù)性問(wèn)題等，給電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(lái)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(wú)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(jì)。

需要留意的是激光加工帶來(lái)的硅片損傷，以及對(duì)接觸電阻的影響;另外，精準(zhǔn)對(duì)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(shí)間往往較長(zhǎng)，平均每片電池片的激光加工需耗時(shí)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(lái)，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(yáng)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(guò)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(guò)程來(lái)將雜質(zhì)激活并推進(jìn)到硅片內(nèi)部，同時(shí)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(duì)于晶體硅太陽(yáng)電池，前表面的光學(xué)特性和復(fù)合至關(guān)重要。對(duì)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(jì)顯得尤其重要。McIntosh等人采用橢偏儀、量子相應(yīng)測(cè)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(zhǎng)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