激光掺杂制作选择性发射极晶体硅PERC电池的工艺研究

基于PERC (Passivated emitter and rear cell)电池的工艺基础,进行了激光掺杂制作选择性发射极晶体硅PERC电池的研究。以现有的PERC电池制造技术路线为基础,激光掺杂制作选择性发射极。研究了经激光掺杂后,选择性发射极对方块电阻、磷扩散结深及表面掺杂浓度、遮光比、激光能量密度、激光脉冲重叠率的影响。利用四探针测量仪、电化学电容-电压法(ECV)、扫描电子显微镜(SEM)、WT2000(μPCD-microwave photo conductivity decay)、二次离子质谱测量仪(SIMS)、WCT120测试仪、光致发光光谱仪(PL)、光谱响应(EQE)、二次元测长仪(Two dimensional length measuring instrument)对试样依次进行了表征。研究结果表明:激光掺杂后的PERC电池在短波波段具有更高的量子效率。方块电阻主要影响了PERC电池的表面复合速率。而PERC电池的开路电压主要取决于方块电阻、激光能量密度、激光脉冲重叠率。短路电流密度主要取决于方块电阻、磷扩散结深及表面掺杂浓度、遮光比、激光能量密度、激光脉冲重叠率。

槽式湿法碱抛光技术在PERC太阳电池中的工艺研究

高效晶体硅太阳电池是光伏领域的热门研究之一,提高晶体硅太阳电池的转换效率是光伏研究者的重要研究方向。降低电池背面反射率是提高晶体硅电池转换效率的有效方法之一,实验采用激光掺杂制作选择性发射极,并利用槽式湿法碱抛光技术,去除发射极表面的重掺杂区,降低载流子在电池发射极表面区域的复合,提高载流子的有效寿命达到抛光效果,并最终提升电池转换效率。结果表明:硅片经过抛光处理后,减少了作为复合中心的悬挂键,降低了表面复合速率。发现了高反射率增强了光的反射,反射回电池内部的光被再吸收,提高了光的利用率。这是造成短路电流提升的主要原因。表面掺杂浓度的降低以及表面重掺杂区尺寸的减小将有效抑制载流子在发射极区域的俄歇复合,提高载流子的有效寿命。

多层减反射膜对PERC太阳电池性能的影响

优化晶体硅材料的光学特性,可有效提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率。采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法,在钝化发射极和背表面太阳电池(PERC)上成功制备出叠层结构的多层减反射薄膜提升硅材料的光学特性。研究结果表明,正面使用二氧化硅(SiO_(2))、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅作为器件的叠层介质膜,将SiO_(2)/Si优良的界面性质和SiNx、氮氧化硅稳定的化学性质结合起来,使器件具有稳定的钝化特性。在叠层结构器件中,SiO_(2)作为缓冲层有利于减少光学损失和钝化表面缺陷态,薄的SiO_(2)几乎不会对多层减反结构产生干扰。SiNx可以有效降低光在器件表面的光学反射率,增加光的透射从而减少器件本身的光学损失。氨气有助于强化氢气在硅片表面的扩散,降低长波的光学损失和降低表面复合速率。PECVD制备的氮氧化硅在短波区域具有很好的吸收效果,表面复合速率明显下降,有效提高器件的短波响应。与此同时,经过热处理的减反射薄膜还可以钝化器件的缺陷,最终提升太阳能电池的减反射性能和钝化性能。

背面局域点接触对PERC太阳电池性能的影响

PERC太阳电池因转换效率高、成本低已逐渐成为替代全铝背场(Al-BSF)太阳电池的最佳选择。PERC太阳电池以背面局域点接触的形式替代了全铝背场,减少了背表面复合速率,增加了背反射性能,从而提升了电池的开路电压和短路电流。由于PERC太阳电池中硅片背面钝化介质膜这一绝缘层的存在,因此需要在硅片背面进行激光开槽,以局域去膜,从而形成铝硅接触区。研究后发现:随着背表面场接触面积的减小,背表面场的钝化面积逐渐增大,使铝硅合金层的表面复合速率大幅减小,短路电流和开路电压获得更高的提升。虽然背表面场的接触面积减小后会产生串联电阻升高、填充因子下降的现象,但通过优化背接触电阻、背电极电阻和铝硅合金层的表面复合速率可以减轻这种现象。未来PERC太阳电池可通过合理匹配开槽线间距和背表面场接触面积,实现低背接触电阻和低背表面复合速率,从而可继续提高电池的电性能。