Silvaco TCAD模拟应用三层氢化纳晶硅薄膜改善IBC-SHJ太阳电池的电学性能并扩大其工艺窗口

叉指式背接触硅异质结(IBC-SHJ)太阳电池由于其优异的光学性能备受关注,但是较低的填充因子(FF)限制了其转换效率.本文中,我们用Silvaco TCAD软件模拟了IBC-SHJ太阳电池,发现p-n结和高低结收集载流子的能力有很大差异.高低结内建电场较弱,难以收集电子是FF较低的主要原因.因此,我们用氢化纳晶硅(nc-Si:H)薄膜来代替氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜,并且在nc-Si:H薄膜表面覆盖一层超薄高掺杂层进一步提高了载流子传输效率,获得了高达85.3%的FF.此外,三层nc-Si:H薄膜还提高了工艺生产中对掺杂层厚度的容错性,这大大扩展了IBCSHJ太阳电池的工艺窗口.这项工作为解决IBC-SHJ太阳电池的电学问题提供了一条有效的途径,对工艺生产中IBC-SHJ太阳电池的设计具有指导意义.

激光消熔制备HBC太阳电池图形化发射极的研究

本文提出了一种用激光消熔代替光刻掩模对准技术,制备硅异质结背接触(HBC)太阳电池图形化电极的新方案,以a-Si:H(i/p)基本结构单元为例从概念上证明了该方案制作图形化发射极的可行性。首先,在沉积非晶硅薄膜a-Si:H(i/n^(+))后,使用功率为7.8 W的激光消熔a-Si:H(n^(+))使a-Si:H(i)露出,通过3D显微镜观察到相同消熔条件下的开槽宽度为51.9±1.4μm;然后,沉积a-Si:H(p)和崭露的a-Si:H(i)接触且与n型衬底硅片形成异质pn结而获得了发射极a-Si:H(i/p)基本结构单元。在空气氛围中,激光作用于非晶硅会使得消熔部分形成绝缘氧化层而影响载流子输运,通过氢氟酸(HF)溶液浸泡去除绝缘氧化层,浸泡15 s后氧化层厚度减小为未浸泡样品的1/3。钝化片激光消熔前后的有效少子寿命结果对比显示:激光消熔钝化层薄膜后,余下的薄膜对晶体硅的钝化性能大幅下降,一方面,由于钝化层厚度的减薄会影响少子寿命;另一方面,激光消熔过程会使非晶硅薄膜体内和薄膜与衬底界面处的氢含量大幅降低,氢含量的减少必然导致硅网络中的悬挂键密度增大,即深能级缺陷态增多加快光生载流子的复合。从TEM图像中也可观察到经激光消熔后,钝化层结构有部分被晶化的现象,部分晶化结构的出现说明氢含量会大幅降低。针对激光消熔后钝化层薄膜容易出现少氢的问题,我们采用氢等离子体处理(HPT)来尝试向激光消熔后的钝化层注入原子氢,对比HPT处理前后的少子寿命,结合PL图像结果发现:载流子复合显著降低且有效少子寿命由258μs增大一倍至528μs,PL发光强度明显由暗变亮,证明HPT过程起到了向薄膜内注入原子氢的作用,有效修复了激光消熔过程造成的钝化损伤。