隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的研究进展

随着全球对可再生能源需求的不断增长,太阳能电池作为一种高效、清洁的能源转换方式,受到了广泛关注。隧穿氧化物钝化接触(Tunnel Oxide Passivated Contact, TOPCon)太阳能电池作为一种新型的太阳能电池技术,以其高效率、低成本和易于大规模生产的优势,成为了当前研究的热点。该技术通过在电池背面引入一层超薄隧穿氧化层和一层多晶硅层,有效降低了界面复合损失,提高了电池的开路电压和填充因子,从而提升了电池的光电转换效率。本文首先介绍TOPCon太阳能电池的研究背景,然后对其工作原理进行详细的理论分析,之后介绍了TOPCon太阳能电池的关键结构及其制备技术,并讨论了TOPCon太阳能电池的研究现状与关键问题,最后进行了总结和展望,为TOPCon太阳能电池的未来研究提供参考和借鉴。

n型隧穿氧化层钝化背接触太阳能电池发射极激光硼掺杂工艺

在n型隧穿氧化层钝化背接触(TBC)太阳能电池发射极制程中引入激光掺杂可快速实现发射极图案化制作,简化电池制作流程。通过激光将硼硅玻璃(BSG)中的硼掺入多晶硅层中,形成图案化的掺硼多晶硅层。研究了不同激光参数及掺杂次数对TBC太阳能电池发射极钝化性能和方块电阻的影响,实验结果表明,当激光功率为70 W、掺杂次数为2次时,太阳能电池发射极可获得良好的钝化效果和合适方阻,其中掺杂浓度达到8.1×10^(19)cm^(-3),隐开路电压>723 mV,方块电阻约为150Ω/□。制备的TBC太阳能电池的平均光电转换效率可达24.691%,短路电流密度为42.31 mA/cm^(2),开路电压为718.7 mV,填充因子为81.2%。

基于隧穿氧化物钝化接触的高效晶体硅太阳电池的研究现状与展望

在当今的光伏市场,晶体硅电池占据超过九成的份额,并且被认为在未来将依旧占据主导地位.在高效晶硅电池中,隧穿氧化物钝化接触太阳电池(tunnel oxide passivated contact solar cell,TOPCon)因其优异的表面钝化效果以及与传统产线兼容性好的优势而受到持续关注.该电池最显著的特征是其高质量的超薄氧化硅和重掺杂多晶硅的叠层结构,对全背表面实现了高效钝化,同时载流子选择性地被收集,具有制备工艺简单、使用N型硅片无光致衰减问题和与传统高温烧结技术相兼容等优点.本文首先介绍了隧穿氧化物钝化接触太阳电池的基本结构和基本原理,然后对现有超薄氧化硅层和重掺杂多晶硅层的制备方式进行了对比,最后在分析研究现状基础上指出了该电池未来的研究方向.

氧化硅及多晶硅对TOPCon太阳能电池性能的影响

TOPCon电池采用超薄氧化硅与掺杂多晶硅对晶体硅前后表面进行钝化并实现选择性载流子输运,提高了晶体硅太阳能电池的效率,但其中的一些物理机理尚未完全被理解.从理论上模拟研究了氧化硅厚度、氧化硅中的介孔密度、多晶硅掺杂浓度等参数对TOPCon太阳能电池性能的影响.结果表明:电池的性能随着氧化硅厚度的增加呈先缓慢提升后急剧下降的趋势,当氧化硅厚度为1.2 nm时,电池的转换效率最大;氧化硅厚度太大会降低载流子的隧穿概率,厚度太薄使得界面钝化效果变差;如果氧化层中有合适的针孔密度,如10^(-4)~10^(-6),复合电流占主导地位,器件仍能获得大于24%的效率;当氧化硅中介孔密度大于10^(-2)时,氧化硅的钝化效果变差且与厚度无关;多晶硅层的重掺杂是获得高效率TOPCon电池的前提,而且重掺杂降低了电池性能对氧化硅厚度的敏感性.

TOPCon太阳电池中多晶硅层磷掺杂工艺的优化及其对电性能的影响

随着光伏行业的飞速发展,PERC太阳电池技术已无法满足太阳电池光电转换效率的进一步提升,TOPCon太阳电池因具有高光电转换效率,被认为是下一代太阳电池技术的可选方案。针对TOPCon太阳电池的多晶硅层的磷掺杂量、推进温度及推进时间对多晶硅层、硅衬底中磷掺杂特性及电性能参数的影响进行了研究。研究结果显示:在隧穿氧化层及多晶硅层厚度分别设定为1.5和130.0 nm的条件下,磷掺杂参数设置为通源流量为1400sccm、通源时间为25min、推进温度为880℃、推进时间为30min时,既保证了钝化效果,也保证了欧姆接触和寄生吸收在合理的区间,TOPCon太阳电池的光电转换效率达到了最大值,为24.48%。

n型双面TOPCon太阳电池钝化技术

隧穿氧化物钝化接触(TOPCon)技术已成为当前产业化高效太阳电池的重点研究方向之一。报道了可应用于规模化生产的n型双面TOPCon太阳电池技术,对前表面SiO_2/多晶硅钝化层进行了优化设计。为了有效降低接触电阻,太阳电池的背表面采用了全面积SiO_2/多晶硅钝化层结构;为避免多晶硅层对太阳光的寄生吸收,仅将SiO_2/多晶硅钝化层应用于前表面金属接触的底部。J-V特性和少子寿命等分析显示,双面TOPCon结构设计显著提升了太阳电池的表面钝化接触性能,其开路电压和短路电流密度显著增加。所制备的面积为239 cm^2的双面TOPCon太阳电池的平均正面转换效率可达20.33%,相对正面无SiO_2/多晶硅钝化层的常规钝化发射极及背表面全扩散(PERT)结构的太阳电池转换效率提升了0.29%。

PEALD制备的Al_(2)O_(3)薄膜在n-TOPCon太阳电池上的钝化性能

对采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)法制备的Al_(2)O_(3)薄膜在n型单晶硅隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)太阳电池正表面的钝化性能进行了研究。采用少数载流子寿命、X射线电子能谱(XPS)及J-V特性的测试分析,重点研究了Al_(2)O_(3)沉积温度、薄膜厚度及薄膜形成后不同退火条件对钝化性能的影响,实现了低表面复合速率、良好钝化效果的产业化制备的Al_(2)O_(3)薄膜工艺。研究结果表明,在沉积温度为150℃、膜厚为5 nm、退火温度为450℃时,测试计算得出薄膜中O和Al的原子数之比为2.08,电池发射极正表面复合速率较低,达到了Al_(2)O_(3)钝化的最优效果,并且分析了Al_(2)O_(3)薄膜的化学态和形成机理。利用其Al_(2)O_(3)薄膜工艺制备的n型单晶硅TOPCon太阳电池开路电压提升了8 mV,电池的平均光电转换效率达到了23.30%。

p型TOPCon技术及其在高效晶体硅太阳电池应用的研究进展

隧穿氧化硅钝化接触(TOPCon)晶体硅太阳电池被广泛认可为下一代高效太阳电池技术,n型TOPCon技术已成为当前新上生产线的主流方案。p型TOPCon技术虽然更加适合p型晶体硅太阳电池产业生态,却因其关键钝化接触性能提升困难、已有技术方案不适合量产等因素而发展缓慢。基于p型TOPCon技术的重要性,详细介绍了p型TOPCon技术的研究进展,并探讨了制约该技术钝化性能提升的关键科学问题。从国内外的研究结果来看,分别基于LPCVD技术及PECVD技术的p型TOPCon技术在钝化性能上均取得了进步,获得最高隐含开路电压(对应的最低单面饱和电流密度)分别达到737 mV(2 fA/cm^(2))和732 mV(约5 fA/cm^(2))的p型TOPCon结构,已初步显示出产业应用潜力。开发具有产业应用价值的p型TOPCon技术对晶体硅太阳电池产业的发展具有重要意义,值得全行业进一步深入研究。

n型TOPCon太阳电池PECVD路线磷活性掺杂技术的改善研究

针对n型TOPCon太阳电池采用PECVD技术时存在的磷烷耗量偏高、多晶硅磷活性掺杂浓度偏低和多晶硅层场钝化效果偏差的问题,通过进行不同的原位掺杂非晶硅沉积工艺实验和磷沉积退火实验来寻找合适的解决方式。实验结果显示:1)采用变磷烷流量原位掺杂工艺的实验片的多晶硅磷活性掺杂浓度平均值比采用恒磷烷流量原位掺杂工艺的实验片的高2.19×10^(20)/cm^(3);2)钝化效果方面,相较于采用恒磷烷流量原位掺杂工艺的实验片,采用变磷烷流量原位掺杂工艺的实验片的隐性开路电压和隐性填充因子分别高5 mV和0.42%;3)在采用变磷烷流量原位掺杂工艺的前提下,相较于采用常规退火工艺制成的太阳电池,采用磷沉积退火工艺制成的太阳电池的开路电压提高了3 mV,短路电流提高了0.02 mA,填充因子提高了0.54%,并联电阻增加了10Ω,光电转换效率提升了0.14%。采用PECVD技术路线制备TOPCon太阳电池时,变磷烷流量原位掺杂工艺搭配磷沉积退火工艺有明显的提升太阳电池光电转换效率的效果。

TOPCon电池的关键工艺及钝化技术浅析

TOPCon技术优势在于实现全背面钝化,有效减少了硅表面和体内的缺陷悬挂键,降低了缺陷态密度,显著降低了载流子复合的速率,提高了少数载流子的寿命。本文主要写了n型双面TOPCon硅太阳电池的生产工艺,并重点分析TOPCon工艺中LPCVD和ALD这两个工艺步骤。

n型TOPCon-PERT双面太阳电池发电特性分析

随着将隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)技术应用在n型钝化发射极背表面全扩散(PERT)太阳电池上,电池效率得到了进一步提升,n型TOPCon-PERT太阳电池因具有少子寿命高、无光致衰减及功率温度系数小等优点,已成为当前太阳电池技术研究的热点之一。通过对比叠加TOPCon技术前、后n型PERT双面太阳电池的量子效率,并根据p型PERC双面光伏组件、n型PERT双面光伏组件及n型TOPCon-PERT双面光伏组件的户外发电特性及衰减率等实测数据,验证了n型TOPCon-PERT双面太阳电池的发电量增益。

面向TOPCon晶体硅太阳电池产业应用的管式PECVD装备及其配套技术分析

隧穿氧化硅钝化接触(TOPCon)晶体硅太阳电池(下文简称为“TOPCon太阳电池”)被广泛认为是产业用下一代主流高效晶体硅太阳电池技术,目前仍处于产业化应用开发阶段,在技术路线选择、核心材料制备等方面仍存在不少难题有待解决,尚未实现大规模量产推广。首先介绍了TOPCon太阳电池技术的研究进展,并分析了现有产业技术的不足,这种不足主要体现在现阶段该产业采用的主流的低压化学气相沉积(LPCVD)技术存在不足;然后详细分析了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术的优、缺点及产业的应用现状,重点介绍了管式PECVD装备及其配套技术(下文简称为“管式PECVD装备技术”)的特点及发展进程,并分析了该装备技术在TOPCon太阳电池量产推广方面的应用潜力。研究结果表明:管式PECVD装备技术在制备低成本、高性能的TOPCon太阳电池用重掺杂多晶硅层和超薄氧化硅层等方面具有综合优势,其在非晶硅层沉积和原位掺杂等关键步骤的实现方面效率更高,可集成超薄氧化硅层的原位制备,又兼具装备价格低、维护简易、可靠性高、占地面积小等优点,因此,管式PECVD装备技术有望成为TOPCon太阳电池生产的一种重要的产业化技术路线。

具有选择性前表面场的p型背结太阳电池

隧穿氧化物钝化接触(TOPCon)结构由掺杂多晶硅及隧穿氧化层构成,具有出色的钝化及接触特性。将n型TOPCon太阳电池制备理念应用到p型硅片中,利用背面原位掺杂磷多晶硅层充当pn结,并利用印刷纳米硼浆的方法完成选择性前表面场(FSF)的制备。这种具有选择性前表面场的p型背结电池的优势是背面TOPCon发射极的全面积金属接触避免了发射极内的横向电流传输损耗,有助于空穴(主要载流子)向前端的局部前表面场传输,另外正面选择性前表面场的设计形成高低结,极大地减小了表面复合及金属栅线接触电阻。结果表明,相比同结构的n型TOPCon太阳电池,此种结构的p型背结太阳电池光电转换效率高0.34%,填充因子约高1%,说明该结构的背结太阳电池具有一定的电性能优越性和发展潜力。

TOPCon光伏电池技术研究进展综述

发展光伏电池是我国在“双碳”政策下能源转型的主要方向。隧穿氧化层钝化接触电池凭借其高效率和较低的转型成本优势,成为光伏电池领域的研究重点。文章梳理了目前光伏行业内隧穿氧化层钝化接触电池技术的发展情况,并介绍了其结构和发电机理。同时,阐述了隧穿氧化层钝化接触电池的生产工艺,分析了该项技术的优缺点以及目前面临的技术难题。最后,对隧穿氧化层钝化接触电池的未来发展趋势进行了展望。

TOPCon电池低压硼扩散设备的发展趋势分析

随着太阳能光伏发电对晶体硅电池高转化效率需求的不断增加,对晶体硅电池技术关键设备投资性价比和发电性能的要求更高。对晶硅电池发展工艺技术进行了阐述,分析讨论了国内外隧穿氧化层钝化接触电池(简称“TOPCon”)低压硼扩散炉的发展现状,探讨了硼扩散设备技术难点和未来研究方向。

21.5%以上效率Panda-TOPCon双面电池技术研究

主要研究可应用于规模化生产的TOPCon(tunnel oxide passivated contact)电池技术,该技术既可改善电池表面钝化又可促进多数载流子传输,进而提升电池的开路电压和填充因子。Panda-TOPCon电池是在英利熊猫(Panda)电池基础上引入TOPCon技术,在研究中对氧化硅/多晶硅叠层(SiO_2/polySi)的表面钝化效果在n型硅片上进行验证,通过优化该结构中SiO_2/polySi掺杂、SiO_2成膜方式以及polySi厚度等,最终制备的Panda-TOPCon电池的开路电压达到676 mV,填充因子达到80%,实现了21.54%的光电转换效率。

新型石墨舟等离子体清洗设备的工艺效果与优势

新型石墨舟等离子体清洗设备能有效减少清洗时间,减少了非晶硅沉积工艺中磷烷的用量,提高了隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池转换效率,具有很大的竞争优势。研究了等离子体清洗工艺参数对电池转换效率的影响,得到了最佳的石墨舟等离子体清洗工艺参数,即:石墨舟温度300℃、清洗时间150 min,将非晶硅沉积工艺中磷烷的流量减半,制备的TOPCon电池转换效率达24.154%,比湿法设备高0.033%。