高 峰/青海聚能電力有限公司

硅片背面粗糙度對(duì)N型鋁背發(fā)射極太陽電池性能的影響

高 峰/青海聚能電力有限公司

現(xiàn)今的大規(guī)模太陽電池生產(chǎn)領(lǐng)域，P型襯底占了絕大部分的市場(chǎng)份額，而N型硅襯底由于其高少子壽命和無光致衰減越來越受關(guān)注。本論文以N型的鋁背發(fā)射極電池為基礎(chǔ)，分析了在絲網(wǎng)印刷前硅片背面粗糙程度對(duì)電池性能的影響。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硅片背面仍然保持絨面狀態(tài)時(shí)，即粗糙度比較大的情況下，對(duì)于鋁背結(jié)的均勻性影響非常大。對(duì)于鋁背發(fā)射極N型太陽電池而言，鋁硅合金層厚度越均勻器件性能越好。因此背面絨面狀態(tài)不利于器件性能的提高。另外如果背面采用“鏡面”狀態(tài)，也不利于器件性能的提高。原因是背面光線反射嚴(yán)重。故在鋁背發(fā)射極N型太陽電池中，硅片背面應(yīng)該采用比較平整的狀態(tài)，但并非“鏡面”狀態(tài)。

太陽電池；N型；鋁背發(fā)射極；背面粗糙度

引言

在太陽電池領(lǐng)域，目前基于P型硅基底的器件占據(jù)了絕大部分的市場(chǎng)份額。然而，由于具有更高的少數(shù)載流子壽命以及沒有“硼-氧”復(fù)合體構(gòu)成的缺陷，基于N型硅基底的太陽電池應(yīng)該更具有優(yōu)勢(shì)[1-3]。為了在N型基底上形成PN結(jié)，硼擴(kuò)散一般是首先考慮到的。但是不同于磷的擴(kuò)散，硼擴(kuò)散需要極高的溫度和較長(zhǎng)的工藝時(shí)間。另外，對(duì)于硼發(fā)射極的鈍化問題也是需要進(jìn)行仔細(xì)考慮的。目前對(duì)于硼發(fā)射極較好的鈍化方式是高溫?zé)嵫趸?，但是其穩(wěn)定性還是值得研究的[4]。至于氮化硅已經(jīng)研究證明了對(duì)硼發(fā)射極沒有實(shí)際的鈍化作用[5,6]。還有，在使用硼發(fā)射極后，對(duì)于正反兩面的邊緣隔離問題還是要進(jìn)行詳細(xì)的摸索與優(yōu)化。但是這些問題都可以通過制備鋁背發(fā)射極的N型太陽電池所解決，并且這種具有磷擴(kuò)散形成的前面場(chǎng)合鋁摻雜構(gòu)成的背結(jié)太陽電池與現(xiàn)有的P型硅太陽電池的制備工藝完全相同。由于在N型鋁背發(fā)射極太陽電池中鋁背結(jié)的質(zhì)量對(duì)于整個(gè)器件的性能有非常大的影響[7]，因此本論文將重點(diǎn)對(duì)這方面開展研究。

一、實(shí)驗(yàn)

本論文的實(shí)驗(yàn)是基于5英寸（148.58 cm2）的單晶Cz N型硅片的。硅片的電阻率大約是7 ?·cm。整個(gè)制備工藝以堿制絨開始，經(jīng)過清洗后進(jìn)行磷擴(kuò)散。擴(kuò)散溫度為850 ℃，時(shí)間20 min。擴(kuò)散后硅片方塊電阻為50 ?/□。之后進(jìn)行濕法刻蝕，然后進(jìn)入高溫氧化鈍化。氧化后方塊電阻均控制在120 ?/□左右。通過控制刻蝕時(shí)的溫度、時(shí)間以及刻蝕液的配比等進(jìn)行背面平整度的條件，主要關(guān)注背面平整度對(duì)器件性能的影響。氧化過后，硅片正面使用PECVD進(jìn)行氮化硅減反膜的沉積，以及背面絲網(wǎng)印刷全鋁背場(chǎng)。最后進(jìn)行前面表面電極的制備。在制備過程中正面電極下方使用適當(dāng)?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)了磷的重?cái)U(kuò)以保證器件的性能。器件的制備流程如圖1所示。

圖1 器件的制備流程

二、結(jié)果與討論

減薄量g Voc V Isc A FF η%0.1 0.654 5.401 0.798 18.97 0.15 0.652 5.336 0.812 19.01 0.2 0.648 5.328 0.816 18.96 0.25 0.641 5.298 0.825 18.86

由以上結(jié)果可以看出背面的額刻蝕減重隨著量的增加，效率的變化不是線性正向變化，在0.15～0.2g之間是最佳的選擇，同時(shí)鋁硅合金層的厚度及合金層的起伏也是最優(yōu)。同時(shí)背面的平整度是隨著減重的增加而逐漸變得“鏡面”狀態(tài)，所以，效率的變化不是理論推算的達(dá)到“鏡面”的才是最好的。我們應(yīng)該尋找適合不同工藝路線條件的工藝狀態(tài)來匹配，及達(dá)到我們所實(shí)際需要的硅背面的粗糙度。

三、總結(jié)

現(xiàn)今的大規(guī)模太陽電池生產(chǎn)領(lǐng)域，P型襯底占了絕大部分的市場(chǎng)份額，而N型硅襯底由于其高少子壽命和無光致衰減越來越受關(guān)注。本論文以N型的鋁背發(fā)射極電池為基礎(chǔ)，分析了在絲網(wǎng)印刷前硅片背面粗糙程度對(duì)電池性能的影響。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硅片背面仍然保持絨面狀態(tài)時(shí)，即粗糙度比較大的情況下，對(duì)于鋁背結(jié)的均勻性影響非常大。對(duì)于鋁背發(fā)射極N型太陽電池而言，鋁硅合金層厚度越均勻器件性能越好。因此背面絨面狀態(tài)不利于器件性能的提高。另外如果背面采用“鏡面”狀態(tài)，也不利于器件性能的提高。原因是背面光線反射嚴(yán)重。故在鋁背發(fā)射極N型太陽電池中，硅片背面應(yīng)該采用比較平整的狀態(tài)，但并非“鏡面”狀態(tài)。

[1]D.Macdonald,and L.J.Geerligs,Applied Physics Letters,85(2004) 4061.

[2]S.W.Glunz ,S.Rein ,J.Y Lee and W.Warta,Journal of Applied Physics,90(2001) 2397.

[3]Ulrich J?ger,Dominik Suwito,Jan Benick,et al.25thEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition / 5thWorld Conference on Photovoltaic Energy Conversion,(2010) 1386.

[4]J.Zhao et al.,3rd WCPEC,Osaka Japan (2003).

[5]F.W.Chen,T.A.P.Li and J.E.Cotter,Appl.Phys.Lett.,88(2006) 263514.

[6]P.P.Altermatt et al.,Proc.21st EU PVSEC,(2006),647.

[7]R.Kopecek,A.Halm,L.Popescu,et al.25thEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition /5thWorld Conference on Photovoltaic Energy Conversion,(2010) 2381.