晶体硅太阳能电池PECVD SiNx:H薄膜工艺研究

通过在工业化生产线上研究了PECVD法沉积Si Nx:H薄膜过程中工艺温度和气体流量对其厚度和折射率的影响、工艺气体流量和射频功率对晶体硅太阳能电池光电转换效率、开路电压以及短路电流的影响,最后研究了PECVD对不同类型晶体硅电池的钝化效果。结果表明,随着气体Si H4流量增加,Si Nx:H膜的厚度和折射率上升;随着温度上升,Si Nx:H膜的厚度先上升后下降,折射率无明显变化规律;对于多晶硅太阳能电池,工艺气体NH3与Si H4流量比为11时,光电转换效率最高,随着射频功率从2800W增至4200W,光电转换效率先上升后下降,3700W时达到峰值;Direct Plasma PECVD对多晶硅太阳能电池的钝化效果好于对单晶硅太阳能电池。

沉积温度对等离子增强化学气相沉积法制备的SiN_x：H薄膜特性的影响

利用Centrotherm公司生产的管式等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备在p型抛光硅片表面沉积SiNx:H薄膜,研究沉积温度对SiNx:H薄膜的组成及光学特性、结构及表面钝化特性的影响.然后采用工业化的单晶硅太阳电池制作设备和工艺制作太阳电池,研究不同温度制备的薄膜对电池电性能的影响.测试结果表明:SiNx:H薄膜的折射率随着沉积温度的升高而变大,分布在1.926-2.231之间,这表明Si/N摩尔比随着沉积温度的增加而增加;当沉积温度增加时,薄膜中Si-H键和N-H键浓度呈现减小趋势,而Si-N键浓度逐渐升高,薄膜致密度增加;随着沉积温度的升高,SiNx:H薄膜中的氢析出导致了钝化硅片的有效少子寿命先升高后降低,并且有效少子寿命出现明显的时间衰减特性.当沉积温度为450°C时,薄膜具有最优的减反射和表面钝化效果.采用不同温度PECVD制备的5组电池的电性能测试结果也验证了这一结果.

a-SiN_x:H薄膜的热丝化学气相沉积及微结构研究

为了研究热丝温度对a－SiNx：H薄膜性能的影响，采用热丝化学气相沉积法，以SiH4，NH3，H2为反应气源，改变热丝温度沉积薄膜。通过紫外－可见光吸收谱、傅里叶红外透射光谱、光致发光光谱等测试手段对薄膜发光特性、微观结构及键合情况进行表征与分析。从测试情况可知，当热丝温度为1645℃时，H含量最大，N含量最小，同时其折射率最高，薄膜材料的有序度增大；当热丝温度为1713℃时，H含量减少，N含量达到最大，且随着热丝温度增大，薄膜中N含量又开始下降，内部缺陷态密度增加。结果表明，热丝法制备a－SiNx ：H薄膜的热丝温度最佳值在1596℃～1680℃之间，此时所制备的薄膜折射率为2．0，适合应用于硅基太阳能电池减反射膜层，且具有较充分的氮、氢含量，薄膜结构、性能稳定。

PECVD法SiN_x:H薄膜减反钝化特性研究

利用射频等离子体增强化学气相沉积法制备了在太阳电池中用作表面钝化和减反层的SiN_x:H薄膜。制备的折射系数分布在1.72～2.55范围内的一系列薄膜对电阻率为10Ω·cm的p型衬底硅片具有较好的钝化效果。研究给出了SiH_4/NH_3流量比和衬底温度对薄膜折射系数和钝化效果的影响规律,当衬底温度为300℃,SiH_4/NH_3流量比低于50/15时,制备的SiN_x:H薄膜具有优良的减反钝化效果。

SiN_x∶H/Al复合膜层在背点接触太阳电池中的应用

尝试将SiNx∶H/Al复合膜层应用到晶体硅太阳电池的背部结构上。首先利用PECVD在硅片背面沉积一层SiNx∶H薄膜,然后在SiNx∶H薄膜上丝网印刷Al层,构成SiNx∶H/Al复合膜层。研究了具有SiNx∶H/Al复合膜层结构的硅片的光学内背反射性能,测得其内背反射率达88.9%。并从理论上设计出基于SiNx∶H/Al复合膜层的背点接触太阳电池最优结构,并从实验上制备出这种背点接触太阳电池,初期效率达12.36%。最后,提出了背点接触太阳电池工艺的改进方案。

α-Si：H/SiNx叠层薄膜对晶体硅太阳电池的钝化

利用等离子增强化学气相沉积法在硅衬底上制备了α-Si:H/SiNx叠层薄膜用来钝化晶体硅太阳电池.用有效少子寿命表征薄膜的钝化效果,通过模拟高频电容-电压测试结果分析薄膜钝化的机理.将α-Si:H/SiNx薄膜的钝化效果与使用相同方法制备的α-Si:H薄膜进行对比,发现α-Si:H/SiNx薄膜的钝化效果明显优于α-Si:H薄膜.不同温度下热处理后,α-Si:H/SiNx薄膜的钝化效果随着温度的上升先提高后降低.在最佳热处理温度300°C下进行热处理,α-Si:H/SiNx薄膜的钝化效果能在90 min内始终保持优于α-Si:H薄膜.模拟计算结果表明,α-Si:H/SiNx薄膜的钝化效果与α-Si:H/Si界面处的态密度有关.

晶体硅太阳电池减反射膜的研究

为了提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率,以及获得较佳的减反射膜的膜厚和折射率,根据计算得出的在波长为600 nm的太阳光下减反射膜的膜厚和折射率的最佳理论值,设计了三组等离子体增强化学气相沉积工艺(1#,2#和3#工艺),来制备不同膜厚和折射率的SiN_x:H(氮化硅)减反射膜。实验结果显示:1#工艺对应的膜厚为83 nm,折射率为2.01;2#工艺对应的膜厚为75 nm,折射率为2.01;3#工艺对应的膜厚为66 nm,折射率为2.02。1#工艺对应电池片的转换效率为18.00%,2#工艺对应电池片的转换效率为18.08%,3#工艺对应的转换效率为17.99%。因此在目前的生产条件下,2#镀膜工艺优于1#和3#工艺。

多晶PERC太阳电池的背面与正面结构性能优化

多晶硅太阳电池以其价格低廉的优势成为低成本太阳电池的首选,但其光电转换效率提升空间有限。钝化发射极和背面电池(PERC)技术是当前晶硅太阳电池提效的主要途径。多晶PERC电池结合了多晶硅电池的低成本和PERC电池的高效,是当前多晶硅电池的研究热点。本文研究了多晶PERC电池的背面和正面结构优化与设计,提出了提高多晶PERC电池效率的产业化技术方法。通过在硅片背面用三层SiNx:H薄膜来代替常规双层SiNx:H薄膜,在保证优良的背面钝化的同时,使电池长波响应得到改善,电池光电转换效率由20.19%提升至20.26%。优化多晶PERC电池的背面激光开窗工艺,使多晶电池效率较常规工艺提升0.11%。而在多晶PERC电池的正面叠加选择性发射极技术,可较常规工艺提升电池效率0.10%。综合运用多种提效手段有利于保持多晶PERC电池的竞争力。

氧化铝/氮化硅双层膜晶硅钝化的开尔文探针力显微镜研究

对晶体硅(c-Si)太阳能电池而言,氧化铝(AlO_(x))是一种广泛使用的钝化材料,因为它具有优异的沉积保形性和良好的钝化质量.为了确保AlO_(x)发挥其良好的钝化效果,在沉积后退火并氢化处理是必不可少的.通过在AlO_(x)薄膜上沉积氢化氮化硅(SiNx:H)来实现氢化,利用开尔文探针力显微镜研究了在不同热处理和氢化作用下,AlO_(x)/SiN_(x):H双层薄膜功函数的变化,并基于沉积薄膜所含氢与固定电荷展开了讨论.发现钝化质量和功函数之间有相关性,影响因素包括薄膜厚度、氢化与热处理顺序.