硅片厚度对SE-PERC单晶硅太阳电池制备过程的影响分析

基于目前主流的选择性发射极-钝化发射极及背接触(SE-PERC)单晶硅太阳电池生产工艺,针对不同硅片厚度在太阳电池制备过程中的表现进行分析、验证及优化。研究结果表明,硅片厚度减薄对湿法刻蚀工艺后硅片的减重、硅片背面抛光效果均有显著的不良影响,而且采用管式PECVD工艺沉积的SiNx薄膜的厚度也出现变薄的现象。若太阳电池制备过程中采用薄硅片,则需对湿法刻蚀工艺和管式PECVD工艺进行预先调节,对自动化设备预先做出相应调整,从而可保证产线的顺利运作。

p型“SE+PERC”双面太阳电池背面工艺对光伏组件PID效应的影响研究

基于p型“SE+PERC”双面太阳电池的背面工艺,针对背表面抛光状态、背面氧化铝薄膜厚度、背面膜层结构、背面氮化硅薄膜折射率几个因素对光伏组件电势诱导衰减(PID)效应的影响进行了研究。研究结果表明:1)背表面抛光状态越光滑,对应制备的光伏组件在PID测试后的输出功率损失率越小;2)背面氧化铝薄膜厚度为10 nm及以上时对应制备的光伏组件在PID测试后的输出功率损失率差异不大;3)背面膜层结构对PID效应存在影响,合理设计背面膜层结构可以有效抑制光伏组件PID效应;4)背面氮化硅薄膜折射率大于等于2.10时,对应制备的光伏组件在PID测试后的输出功率损失率降至2.00%以内且可以稳定保持在较低水平。研究结果可为p型“SE+PERC”双面太阳电池背面工艺优化提供指导方向。

管式PECVD工艺对“SE+PERC”晶体硅太阳电池镀膜均匀性的影响及改善研究

针对在“SE+PERC”晶体硅太阳电池制备过程中,采用管式等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺沉积正面钝化介质膜后,硅片正面会出现角部发红色差,即镀膜均匀性异常的问题,通过实验,对硅片厚度、工器具状态、背面膜层结构、正面钝化介质膜沉积工艺等影响因素对硅片正面角部发红色差的影响分别进行分析和讨论,并提出解决方案。研究结果表明:硅片正面角部发红色差的产生与硅片自身厚度、工器具状态、背面膜层结构、正面钝化介质膜沉积工艺均存在一定关系。通过采用最具优势的管式PECVD工艺条件,即优化自动化装片技术、控制石墨舟形变量、采用合适的背面膜层结构,以及正面钝化介质膜沉积工艺采用高射频功率叠加高腔体压力,可将正面角部发红色差硅片的占比降低至0%,从而可有效提升“SE+PERC”晶体硅太阳电池的成品率,提升生产线的经济效益。

氧化太阳电池硫化原因及改善措施分析

针对p型SE-PERC单晶硅太阳电池的氧化现象,通过扫描电子显微镜扫描太阳电池氧化位置和正常位置来分析氧化现象产生原因,然后分析太阳电池氧化区域微观图像上存在的黑点的元素成分,最后给出了预防太阳电池氧化的措施。分析结果显示:太阳电池氧化区域黑点的成分主要为硫元素,而太阳电池氧化实际上是银栅线位置发生硫化导致的。因此减少生产过程中硫元素的引入,可有效预防太阳电池发生氧化。

“SE+PERC”单晶硅太阳电池发射极方阻均匀性提升工艺的研究

针对“SE+PERC”单晶硅太阳电池制备过程中,管式扩散炉扩散后硅片发射极方阻均匀性差的问题,在扩散工艺的“预沉积”步骤设计小氮气(N_(2))流量、氧气(O_(2))流量、炉内压强参数变化实验,研究小N_(2)流量、O_(2)流量和炉内压强变化对发射极方阻、方阻均匀性及太阳电池电性能的影响。研究结果表明:通过调整小N_(2)流量、O_(2)流量及扩散过程中的炉内压强可以有效提高发射极方阻均匀性,并提高太阳电池的光电转换效率。在小N_(2)流量为1000 sccm、O_(2)流量为600 sccm、炉内压强为80 kPa的工艺条件下可实现发射极的方阻均匀性最佳,均值为4.94%;此时“SE+PERC”单晶硅太阳电池的光电转换效率为23.11%。

激光掺杂设备在PERC太阳电池生产中的应用

首先介绍了在太阳电池生产过程中激光设备的类型,阐述了激光掺杂工艺在PERC太阳电池生产过程中的重要作用,然后介绍了激光掺杂设备的原理和结构,以及其光斑聚焦原理,提出了光斑异常解决方案,并分析了光路维护要求,提出了可保证了激光掺杂设备高效稳定运行的维护方法。随着对激光设备的深度了解及太阳电池技术的进一步升级,对激光设备的要求会更高,通过不断的优化,激光技术将在太阳电池产业化制造领域得到较好的应用和提升,激光设备也将更快地普及到更多领域。

石墨舟印EL发黑异常原因及解决措施

本文基于目前晶硅SE-PERC电池生产工艺,针对管式PECVD石墨舟印EL发黑产生的原因验证分析及提出解决措施。研究结果表明,石墨舟清洗机、烘干机杂质尤其是金属杂质污染石墨舟,石墨舟长时间呆滞暴露在环境中吸附杂质和水分,石墨舟工艺过程中出现真空泵突然停止粉尘喷舟,均会导致电池片石墨舟印EL发黑异常的产生;识别这些因素并制订相应管控措施,可以避免产生石墨舟印EL发黑,提升产品良率。

硅片表面织构对“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池电性能影响的研究

在硅片制绒过程,研究了制绒添加剂体积分数、反应时间和反应温度对单晶硅片表面织构的微观形貌、反射率,以及制备的“选择性发射极(SE)+PERC”双面单晶硅太阳电池电性能的影响。结果表明:在目前单晶硅片制绒设备和工艺条件下,当碱液(KOH)体积分数为2%、制绒添加剂体积分数为0.7%、反应温度为84℃、反应时间为440 s时,制备的单晶硅片表面的金字塔尺寸较小,均匀性强,硅片表面的反射率最低,仅为9.914%,而得到的“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池的光电转换效率高达22.714%;调整制绒参数,可以有效提高单晶硅片表面织构中金字塔的均匀性,降低硅片表面的反射率,从而提高“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池的光电转换效率。

低损伤选择性发射极太阳电池激光工艺

钝化发射极及背面接触(PERC)太阳电池技术叠加激光选择性发射极(SE)制备工艺是近年发展起来的提升PERC太阳电池效率的有效方法之一,但是在SE的制备过程中易发生磷硅玻璃(PSG)层被激光烧蚀的现象,导致电池性能下降。通过研究激光波长、脉冲频率、激光功率和扫描速度对硅片表面形貌、表面方块电阻、电池性能的影响,探索高效率、低损伤SE太阳电池的制备方法。实验结果表明,在激光波长为1 064 nm、激光功率为2 W、脉冲频率为30 Hz条件下可获得最佳电池性能,SE太阳电池光电转换效率最高达到22.01%,与传统工艺制备的太阳电池相比提升约0.51%。

“SE+PERC”单晶硅太阳电池激光掺杂区域的漏电现象研究

在选择性发射极(SE)技术与钝化发射极背接触(PERC)技术相结合(即“SE+PERC”)的单晶硅太阳电池技术路线中,通常采用激光技术进行局部重掺杂,即利用激光的高温特性将硅片表面磷硅玻璃(PSG)层内的磷原子推入硅片内部,形成高低结,从而提高太阳电池的光电转换效率。但是经过激光扫描后的掺杂区域表面的PSG层会被激光损伤,损伤区域在进行碱抛光时常因掩膜的保护性差而被碱溶液腐蚀,导致p-n结被破坏,造成局部严重漏电,从而影响太阳电池的整体电性能。针对“SE+PERC”单晶硅太阳电池制备过程中激光掺杂区域出现的漏电现象,分析了漏电原因,并给出了采用SE激光掺杂工艺及碱抛光工艺时的优化建议。

SE+PERC太阳电池扩散工艺的研究

近年来晶体硅太阳电池PERC技术已经全面推广,在此基础上的选择性发射极(selective emiter,SE)激光掺杂技术也逐渐趋于成熟,已实现工业化量产,且以产线升级简单、兼容性好等优势逐渐成为新一代主流产品。论述了一种匹配SE+PERC技术的新型太阳电池扩散工艺,即通过改善磷硅玻璃(PSG)层的厚度、表面掺杂浓度来降低激光掺杂过程对硅片绒面的损伤,从而减少开路电压的损失;同时重掺区得到更高的掺杂浓度,可以明显改善欧姆接触,使SE激光掺杂技术的优势体现得更明显。

“PERC+SE”单晶硅太阳电池氧化工艺研究

“PERC+SE”单晶硅太阳电池制备过程中,相较于传统的酸抛工艺,在碱抛光工艺之前(即氧化环节)先要制备氧化层SiO_(2)膜作为掩膜,以保护硅片正面。目前,行业内主要有2种制备SiO_(2)膜的方式,一种是采用管式扩散炉,另一种是采用链式氧化炉。从实际应用来看,相较于管式扩散炉,链式氧化炉的生产线兼容性更好,产能也更高;而从理论上来看,管式扩散炉比链式氧化炉制备的SiO_(2)膜更加致密,膜层对掺杂区域的保护也更好。对于这2种设备,从制备的SiO_(2)膜厚度,硅片氧化前、后和碱抛光后的方块电阻变化,以及制得的“PERC+选择性发射极(SE)”单晶硅太阳电池的电性能3个方面进行详细对比。结果显示:管式扩散炉与链式氧化炉制备的SiO_(2)膜对SE激光重掺杂区域的保护效果略有差别,但对太阳电池电性能的影响较小,可忽略。因此,结合生产线兼容性及产能情况,链式氧化炉比管式扩散炉更具有推广优势。

网版参数对“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池电性能影响的研究

针对“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池制备过程中丝网印刷环节的网版参数,通过设计不同的网纱厚度、聚酰亚胺(PI)膜厚度及网版开口宽度匹配实验,研究了不同匹配方案对单片“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池正面栅线银浆耗量及电性能的影响。研究结果表明:单片太阳电池正面栅线的银浆耗量随着网纱厚度、PI膜厚度及网版开口宽度的增加而升高;当网纱厚度为17μm、PI膜厚度为8μm、网版开口宽度为17μm时,单片太阳电池正面栅线的银浆耗量最低,仅为0.0584 g,光电转换效率为22.808%,该匹配方案可最大限度地降低太阳电池的生产成本;当网纱厚度为17μm、PI膜厚度为10μm、网版开口宽度为18μm时,单片太阳电池正面栅线的银浆耗量为0.0646 g,光电转换效率为22.898%;当网纱厚度为19μm、PI膜厚度为10μm、网版开口宽度为20μm时,单片太阳电池正面栅线的银浆耗量为0.0699 g,光电转换效率最高,为22.961%,该匹配方案可最大限度地提升太阳电池的光电转换效率。

应用于高空飞行器的薄硅“SE+PERC”太阳电池的研发

综述了采用薄硅片的太阳电池在航天领域的发展历程,结合临近空间的环境特点,针对飞行器对太阳电池光电转换效率、功率质量比和环境适应性的特殊要求,阐述了采用薄单晶硅片的“SE+PERC”太阳电池(下文简称为“薄硅‘SE+PERC’太阳电池”)的基本结构和制备工艺控制要点。首先采用金刚线切割方式制备厚度为100μm的单晶硅片;然后在PERC太阳电池生产线的基础上,通过对制备工艺进行控制,制备出薄硅“SE+PERC”太阳电池;最后通过I-V测试仪测试该太阳电池的电性能。结果显示:批量生产的薄硅“SE+PERC”太阳电池的平均光电转换效率可达到21.1%。

激光参数对“SE+PERC”单晶硅太阳电池电性能的影响

以添加了选择性发射极(SE)工艺的“SE+PERC”单晶硅太阳电池为研究对象,通过改变SE激光掺杂处理时的激光功率、激光频率和激光扫描速度这3个参数,研究了不同激光参数对硅片的方阻差值、激光光斑形貌、硅片绒面微观结构,以及“SE+PERC”单晶硅太阳电池电性能等方面的影响。研究结果表明:激光光斑重叠率随着激光频率的增大而增大,随着激光扫描速度的增大而减小,与激光功率无关;激光功率越大、激光频率越小或激光扫描速度越小,硅片的方阻差值越大,对硅片绒面金字塔结构的损伤越大。因此,“SE+PERC”单晶硅太阳电池生产线需结合自身情况,在SE激光掺杂处理时匹配合适的激光功率、激光频率和激光扫描速度等激光参数。研究结果对今后“SE+PERC”单晶硅太阳电池生产线选择合适的SE激光参数具有一定的参考价值。