研究了晶体硅太阳电池正面种子层的制备方法，并采用光诱导电镀(LIP)银方法制备电池正面的电极。通过对比LIP工艺和传统丝网印刷工艺电极的形貌，分析了该工艺对电池性能参数的影响以及提高电池转换效率的原因。研究结果表明，LIP技术能够有效降低电池制备的成本，并提高光电转换效率。
引言：
自人类工业发展以来，对能源的追求从未停息过。而地球上的各种能源都是直接或间接来自太阳，因此太阳能发电成为一个备受关注和研究的领域。在太阳能电池的研制和开发中，晶体硅太阳电池的制造技术已经非常成熟，并实现了大规模的生产和应用[1]。近年来，高效晶体硅电池取得了巨大的进展，使得光伏产业的前景和地位更加乐观。澳大利亚新南威尔士大学的光伏器件及研究中心是这一领域的佼佼者，他们研制的晶硅太阳电池转换效率已经超过了24%。而美国、英国、日本等国家也都成功地将高效电池转换效率提高到了20%以上[2]。这些研究成果对于大幅度降低晶体硅电池的成本具有重要意义。
针对当前技术水平而言，传统的丝网印刷技术在细栅线的高宽比上难以有效提升。相比于传统技术，采用种子层加光诱导电镀(LIP)方法制备太阳电池正面电极具有以下优势：增加细栅线的高宽比；降低细栅线的电阻率；减小细栅线的宽度，从而提高电池的受光面积；同时降低正面电极制备过程中使用的银浆量，达到降低生产成本的目标。现今，许多国外光伏企业已经采用电镀法制造晶硅太阳电池正面电极，取代了传统的丝网印刷技术[3]。本文将在现有条件下对LIP工艺和丝网印刷技术进行对比研究和探索。
【实验流程】
【1.1 实验设备和材料】
本实验使用了规格为156mm×156mm的p型单晶硅片，电阻率为1～3Ω·cm，厚度约为200±20μm。印刷网版的参数为90线，设计线宽为45μm，网版膜厚为16μm，共有3条主电极，主电极宽度为1.5mm。
【1.2 实验流程】
光诱导电镀工艺太阳电池的制备流程如下：表面清洗→制绒→湿法刻蚀扩散→PECVD→背电极丝网印刷→背电场丝网印刷→正面电极种子层丝网印刷→烧结→LIP→测试。
首先对硅片进行表面碱腐蚀并进行制绒处理，以去除表面损伤层。然后进行磷扩散处理。扩散结束后，采用湿化学方法去除硅片表面的磷硅玻璃，并利用PECVD技术在正面镀上氮化硅减反射膜。在硅片的p-n结面上镀上80nm厚的减反射膜，然后使用丝网印刷技术在非镀膜面印刷背电极和背电场。接下来，在镀膜面采用丝网印刷技术印刷银浆种子层，并进行烧结处理。最后，利用LIP技术制备电池的正面电极，并对电池的转换效率进行测试。在本实验中，LIP工艺使用了ROHM和HAAS公司生产的ENLIGHT(TM)620和621电镀银溶重量控制在0.02g，种子层银浆湿重使用量控制在0.06g，而普通丝网印刷工艺的正面电极银浆使用量为0.13g。
【2 结果和分析】
【2.1 LIP技术和丝网印刷技术栅线形貌分析】
我们设计了45μm线宽的网版进行丝网印刷工艺，并经过烧结后，栅线宽度在100～110μm之间。而在LIP技术中，使用了40μm线宽的网版，并通过控制银浆使用量，使得栅线塌陷宽度减小，烧结后栅线宽度在75～80μm之间。整体而言，LIP工艺制备的栅线宽度在85～90μm范围内。从电镀前后栅线的扩展情况来看，电镀的银离子较好地集聚在种子层上，并没有引起过多外延，同时有效降低了电池表面的遮光率。
下图是通过金相显微镜测试得到的丝网印刷技术和LIP技术制备的电极形貌。从图中可以看出，丝网印刷电极的周边存在许多毛刺，不够光滑整齐，电极表面还有一些细小的空洞，使得表面显得疏松。这些现象会降低电极收集光生电流的能力，从而降低了电池的转换效率。
【实验流程】
【1.1 实验设备和材料】
在本次实验中，我们使用了厚度为200±20μm、电阻率为1～3Ω·cm的p型单晶硅片，规格为156mm×156mm。印刷网版参数为90线，设计线宽为45μm，膜厚为16μm。共有3条主电极，主电极宽度为1.5mm。
【1.2 实验流程】
下面是光诱导电镀工艺太阳电池制备的详细流程：
表面清洗：对硅片进行表面清洗以去除污垢。
制绒处理：进行制绒处理，去除表面损伤层。
湿法刻蚀扩散：采用湿法刻蚀扩散技术进行处理。
PECVD：利用PECVD技术，在硅片正面镀上氮化硅减反射膜。
背电极丝网印刷：在非镀膜面使用丝网印刷技术印刷背电极和背电场。
正面电极种子层丝网印刷：在镀膜面使用丝网印刷技术印刷银浆种子层。
烧结：对印刷的电极进行烧结处理。
LIP：利用LIP技术制备电池的正面电极。
测试：对制备的电池进行转换效率测试。
【2 结果和分析】
【2.1 LIP技术和丝网印刷技术栅线形貌分析】
本次实验采用不同的技术制备了电池的正面电极。通过金相显微镜观察，可以发现丝网印刷技术制备的电极存在毛刺、表面疏松等问题，这可能会降低电极的光生电流收集能力和转换效率。而LIP技术制备的电极具有更加致密的栅线，提高了电极的导电性能和光生电流收集能力。
【2.3 LIP技术对电池电性能的影响】
电极对于太阳电池的性能至关重要。我们进行了丝网印刷技术和LIP技术制备的电池的电性能参数测试，并将结果列于表1中。从表中可以看出，LIP技术制备的电池在Isc（光照下的短路电流）和FF（填充因子）方面都表现出了提升。Isc提高了0.06A，FF提高了0.84%。此外，LIP技术还改善了电池的串联电阻Rs，使其降低了0.21mΩ，总体电池转换效率提升了0.35%。这是因为LIP技术制备的电极具有更好的致密性和导电性能，能够有效收集光生电流，提高电池的性能。
【3 结论】
本研究采用LIP技术制备了晶硅太阳电池正面银电极，并与丝网印刷技术进行了对比。
