Status of Selective Emitters for p-Type c-Si Solar Cells

Crystalline silicon (c-Si) solar cells have the lion share in world PV market. Solar cells made from crystalline silicon have lower conversion efficiency, hence optimization of each process steps are very important. Achieving low-cost photovoltaic energy in the coming years will depend on the development of third-generation solar cells. Given the trend towards these Si materials, the most promising selective emitter methods are identified to date. Current industrial monocrystalline Cz Si solar cells based on screen-printing technology for contact formation and homogeneous emitter have an efficiency potential of around 18.4%. Limitations at the rear side by the fully covering Al-BSF can be changed by selective emitter designs allowing a decoupling and separate optimization of the metallised and non-metallised areas. Several selective emitter concepts that are already in industrial mass production or close to it are presented, and their specialties and status concerning cell performance are demonstrated. Key issues that are considered here are the cost-effectiveness, added complexity, additional benefits, reliability and efficiency potential of each selective emitter tech- niques.

TOPCon太阳能电池选择性发射极工艺研究

为提升隧穿氧化钝化接触(TOPCon)太阳能电池的光电转换效率,采用硼扩散和激光掺杂的方式形成选择性发射极结构,研究了硼扩散方阻、激光功率输出比、氧化时间等对电池发射极钝化性能的影响。实验结果表明,当扩散方阻为140Ω/□,氧化温度为1 020℃,氧化时间为30 min时,发射极轻掺杂区域(p+)的方块电阻为320Ω/□,隐开路电压值达到729 mV,暗饱和电流密度为12 fA/cm^(2)。发射极重掺杂区域(p++)的方块电阻为113Ω/□,隐开路电压值为710 mV,暗饱和电流密度为26 fA/cm^(2)。基于该工艺方案制备的TOPCon电池最高光电转换效率达到24.75%,电池开路电压高达720 mV,短路电流提升30 mA,相比现有TOPCon电池光电转换效率提升了0.26个百分点。

SE-PERC高效电池碱抛前氧化工艺研究

近年来,PERC工艺叠加激光SE选择性发射极技术和碱背面抛光技术已然成为新增PERC产线的标准配置。但激光的高频脉冲会使SE重掺杂区的PSG(磷硅玻璃)层遭到一定程度的破坏,造成后续碱抛工艺中使用的化学药液会腐蚀没有保护的重掺杂区,最终导致电池片效率降低。通过对比两种不同的碱抛前氧化方式在激光光斑宽度、方阻以及电池性能方面的差异,选取更适合产线的前氧化工艺方式,从而实现碱抛和SE两种工艺对电池效率的正向叠加提升。

基于激光掺杂的SE+PERC单晶硅太阳电池关键工艺的研究

在现阶段主流太阳电池生产设备的水平条件下,研究了激光频率、初始方块电阻和烧结峰值温度对基于激光掺杂的选择性发射极(SE)+PERC单晶硅太阳电池电性能的影响。分别采用奥林巴斯显微镜和Halm电学性能测试仪,分析了不同频率的激光在硅片表面形成的光斑形貌,以及不同实验条件时电池的电性能变化趋势。结果表明,激光频率为220 kHz时有利于在硅片表面形成连续性且不重叠的光斑,形成最佳重掺杂区,从而提升电池转换效率;基于现有的常压扩散设备的掺杂水平,在确保硅片表面方块电阻均匀性的情况下,初始方块电阻选择120Ω/□更有利于提升电池的转换效率;烧结峰值温度为790℃时,更有利于在电池电极位置形成良好的欧姆接触,从而获得最佳的电池转换效率。

基于Si_3N_4掩模的太阳电池选择性掺杂工艺研究

设计了基于Si3N4掩模的太阳电池选择性掺杂工艺,并对其工艺参数进行了仿真优化。选择性掺杂电池的一次掺杂条件为仿真所得最佳非选择性掺杂电池的工艺参数。运用SILVACO软件分别对选择性掺杂的时间、预淀积浓度和温度进行了仿真研究。仿真结果表明,随着选择性掺杂的预淀积浓度的增加,光谱响应率先增加后降低;随着扩散温度和扩散时间的增加,电池的光谱响应率逐渐减小。所得最佳选择性掺杂工艺参数为预淀积磷硅玻璃杂质浓度1×1019 cm-3、扩散温度800℃、扩散时间5min。

太阳电池选择性发射极结构的研究

指出了选择性发射极太阳电池结构的特征。在深入地分析其优点的同时论证了选择性发射极结构是提高太阳电池光电转换效率的有效途径。

激光掺杂选择性发射极太阳电池工艺研究

研究了激光掺杂选择性发射极太阳电池工艺中不同激光功率对磷原子掺杂浓度、硅片表面损伤程度的影响及发射极方阻与电池串联电阻随激光功率的变化情况。通过对磷原子浓度分布曲线的观察,阐明了磷原子浓度对选择性发射极电池性能的影响机理;通过对比不同激光功率掺杂条件下选择性发射极电池特性的变化,发现激光功率在40-50 W时电池的串联电阻达到最低,且串联电阻值随激光功率的增强而升高。通过实验确定了最优激光掺杂功率,并对生产线各工序参数进行整体优化,实现了使电池产业化效率稳定提升0.25%以上的激光掺杂选择性发射极太阳电池制备工艺。

低成本选择性发射区太阳电池的制备和特性

运用Matlab软件,在电池能量损耗最小前提下,对选择性发射极(Slective Emitter,SE)电池的栅线间距和宽度进行了模拟计算.在理论计算指导下,在国产化设备的太阳电池生产线上,采用印刷技术实现选择性磷源涂覆和扩散,并制成电池,通过电化学测试、伏安曲线、量子效率(Quantum Efficiency,QE)等检测分析,初步发现,印刷涂覆的SE太阳电池输出特性优于常规工艺制备的电池,转化效率提高约1%.

多晶硅太阳电池激光掺杂选择性发射极

研究了多晶硅片扩散工艺与激光掺杂工艺的匹配性．采用波长532nm的纳秒脉冲激光器对扩散后未去磷硅玻璃的多晶硅片表面进行激光扫描掺杂，激光扫描掺杂后硅片方块电阻降低为扩散后硅片方阻的50％左右，而且随着激光功率的增加，扩散到硅片表面的磷原子浓度增大，硅片方阻下降更明显．测试了激光掺杂后多晶硅太阳能电池的外量子效率，其外量子效率在340～480nm波段范围与常规多晶硅太阳能电池相比提高18％～5％．研究了激光掺杂后多晶硅电池的光电转换特性，分析了较高激光功率掺杂时多晶硅电池的失效特性，结果表明：优化工艺后多晶硅太阳电池平均光电转换效率达到17．11％，比普通工艺多晶硅太阳电池提高0．34％，最高转换效率达到17．47％．激光掺杂选择性发射极工艺流程简单，电池效率提升明显，易于实现产业化．

选择性发射极太阳电池结构及其实现方法

本文在总结选择性发射极结构的特征和优点的基础上,对实现选择性发射极结构的工艺方法进行综述,并提出几种可能的改进方法,为低成本实现选择性发射极结构提供新的思路。

选择性发射极太阳电池的制作(英文)

文章提供了一种一次扩散制作选择性发射极太阳电池的方法,并利用该方法制作了选择性发射极太阳电池。这种方法所制得的选择性发射极太阳电池比用同种硅材料制得的常规BSF太阳电池具有较大的优势:在氧化工艺后,其少子寿命比常规BSF太阳电池的高,其平均光电转换效率也高出0.6个百分点左右,而其短波段的光谱响应优于常规BSF太阳电池。最后指出了这种方法可以实现选择性发射极硅太阳电池的工业化生产。

磷浆法制备选择性发射极单晶硅太阳电池的研究

改变常规单晶硅太阳电池生产工艺,制备了选择性发射极太阳电池。主要方法是扩散之前,在电极区域印刷一层磷浆作为磷源对电极区域进行重扩散;与此同时,在非电极区域采用POCl3作为磷源轻扩散。以此方法制备了选择性发射极高效太阳电池,且与常规工艺电池片进行对比测试。经过测试,转换效率比常规工艺电池片高0.6%。

氮化硅掩膜法制备选择性发射极晶体硅太阳电池

本文采用等离子增强化学气相沉积的方法在硅片表面镀一层约80nm厚的氮化硅掩膜,然后使用传统的丝网印刷工艺将含有一定量磷酸的腐蚀浆料印刷在氮化硅掩膜表面,腐蚀出电极图形,经过三氯氧磷液态源扩散完成重扩,去除氮化硅掩膜后进行浅扩最终实现选择性发射极。丝网印刷腐蚀浆料开窗相对于激光熔融、等离子刻蚀和光刻等方法,具有高的产量、设备投资和运营成本低等优势,容易在现有生产线上实现。最后对比了选择性发射极晶体硅太阳电池和常规太阳电池的电性能和光谱响应,制备的选择性发射极晶体硅太阳电池的短波响应优于常规晶体硅太阳电池,效率提高了0.3%。

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%。

选择性发射极参数对太阳电池光电特性的影响

选择性发射极太阳电池具有独特的器件结构及优异的光电特性。基于M·Tucci等人实际制作的一款选择性发射极太阳电池,利用TCAD软件MEDICI建立了其器件结构模型,在比实验更大的参数范围内分析了发射区厚度、n+区和n区掺杂浓度等物理量对太阳电池光电转换效率的影响。结果表明,发射区的最佳厚度约为0·6μm,该厚度下n+区的最佳掺杂浓度约为6×1020cm-3,增加n区浓度则会导致转换效率下降。在优化发射区方块电阻的基础上考虑少子寿命的优化,可获得高达19·16%的光电转换效率,接近当前较大面积同类太阳电池的最佳水平,为实际制备大面积高效单晶硅太阳电池提供了有益的参考。

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。

整形激光掺杂制备PERC电池选择性发射极研究

研究整形激光掺杂制备选择性发射极(SE)对p型单晶硅钝化发射极局域背接触(PERC)太阳电池的表面金字塔形貌、掺杂分布及电池性能的影响。整形激光具有能量分布均匀、对硅片损伤小等优点。通过改变激光的功率以及激光划线速度在p型单晶硅PERC太阳电池制备了不同掺杂分布的发射极。结合3D激光显微镜、扫描电子显微镜、EDS能谱分析、四探针方阻测试仪、电化学电容法等测试分析方法表征了样品的表面形貌、方阻变化、掺杂浓度曲线和电学性能。本文结合光斑重叠率将不同激光功率和激光划线速度采用公式统一转化为激光能量密度,从而得出制备选择性发射极的最佳激光能量密度。研究结果表明,当激光能量密度为0.97 J/cm2时,电池效率可以稳定提升0.25%以上,体现了整形激光SE技术应用于PERC电池的应用潜力。

选择性扩散方式对硅基选择性发射极太阳电池性能的影响

研究了不同的选择性扩散方式对SE电池短路电流性能的影响。实验结果表明,采用预淀积PSG层的恒定表面杂质总量的扩散方式的SE电池可获得最佳的短路电流特性。通过对扩散工艺的研究发现,不论何种扩散方式,扩散时间的增加均会微弱降低电池短路电流特性;扩散温度的增加均会使电池的短路电流先增加后降低;在恒定表面浓度扩散过程中的氧化作用会导致电池性能的降低。

n型IBC太阳电池选择性发射极工艺研究

为提升n型叉指背接触(IBC)太阳电池的光电转换效率,采用丝网印刷硼浆和高温扩散的方式形成选择性发射极结构,研究了硼扩散和硼浆印刷工艺对电池发射极钝化性能和接触性能的影响。实验结果表明,在硼扩散沉积时间和退火时间一定的条件下,硼扩散通源(BBr_(3))流量为100 mL/min,沉积温度为830℃,退火温度为920℃时,发射极轻掺杂(p^(+))区域的隐开路电压达到710 mV,暗饱和电流密度为12.2 fA/cm^(2)。发射极局部印刷硼浆湿重为220 mg时,经过高温硼扩散退火,重掺杂(p^(++))区域的隐开路电压保持在683 mV左右,该区域方块电阻仅46Ω/□,金属接触电阻为2.3 mΩ·cm^(2).采用该工艺方案制备的IBC电池最高光电转换效率达到24.40%,平均光电转换效率达到24.32%,相比现有IBC电池转换效率提升了0.28个百分点。

化学腐蚀法多晶硅选择性发射极太阳电池特性研究

选择性发射极(SE)太阳电池是提高效率、降低成本的一种有效手段。采用酸性腐蚀液腐蚀发射层,对腐蚀特性和腐蚀后发射层的特性进行表征,并结合丝网印刷保护性浆料,在多晶硅上成功实现了选择性发射极太阳电池。研究结果表明,腐蚀速率基本不变,腐蚀后表面形貌无变化,腐蚀后发射层SiNx钝化效果先提高后降低,在表面浓度约为2.5×1020cm-3情况下表面复合速率最低。采用湿法化学腐蚀多晶SE电池,开路电压提高4mV,短路电流密度提高0.58mA/cm2,光电转换效率绝对值提高0.2%。化学腐蚀法工艺步骤中只有一次热处理过程,热耗小,对硅片无损害,化学腐蚀去除死层,蓝光波段响应高,钝化效果佳,特别适用于多晶SE电池。