單晶硅太陽電池高阻密柵工藝的研究

文/王靜 張東升

單晶硅太陽電池高阻密柵工藝的研究

文/王靜 張東升

擴散高方阻匹配密柵絲網印刷工藝是提升單晶硅太陽電池效率的主要方向之一，高方阻，即淺結擴散能夠減少“死層”，密柵網版縮窄了金屬柵線的間距以減少發射區電池橫向移動的復合，同時，增加了副柵線總面積，提高填充因子FF，最終達到提升電池效率的目的，本文通過對比三種不同擴散工藝的方塊電阻和ECV濃度。分析高方阻對太陽電池電性能參數的影響。結果表明：方阻為85Ω/□的發射區電池轉換效率提高了0.1%。

單晶硅 電池效率 高方阻 金屬柵線

從市場上所使用的半導體材料來看，晶體硅太陽電池依舊是市場的主角。晶體硅太陽電池主要是單晶硅太陽電池和多晶太陽電池，一直保持著80%以上的市場占有率，牢牢統治著整個太陽能市場。隨著硅材料價格的持續快速下降，以及單晶電池效率與多晶的進一步拉開，使單晶電池的性價比越來越高，而且單晶更適合做薄片化來降低硅料成本。因此單晶硅電池將成為當前行業發展的主流。

在電池的生產工藝中，高方阻可以降低發射區內少子復合、提高太陽電池的藍紫光響應，進而提高開路電壓(Uoc)和短路電流(Isc)；密柵絲網印刷縮窄了金屬柵線的間距以減少發射區電子橫向移動的復合，同時增加了副柵線總面積以降低串聯電阻，提高填充因子FF。本文在P型單晶硅材料基礎上，采用三種不同的擴散方阻配合密柵絲網設計，探究高方阻工藝配合密柵印刷對太陽能電池電性能的影響。

1 實驗

本實驗采用隆基生產的156.75 mm×156.75 mm 直拉P型單晶硅片，厚度約為190μm，電阻率為1-5 Ω·cm。實驗過程：選用同一硅錠生長的硅片，均分為三批，每批500片。首先通過堿制絨在硅片兩面形成隨機的金字塔結構；然后利用HF-HNO3混合溶液采用RENA Inoxide設備將背面腐蝕拋光；之后以液態POCL3作為擴散源，對三組實驗片改變擴散工藝得到不同結深的發射極，分別為75Ω/□、80Ω/□、85Ω/□。再用混合酸溶液進行邊緣絕緣和去除磷硅玻璃層(PSG)，用板式等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)鍍SiNx鈍化和減反射膜，配合密柵絲網印刷金屬化過程，最后用遠紅外加熱爐帶共燒結形成發射極和鋁背場界面的歐姆接觸。在25℃、AM1.5、1000 W/cm2的標準條件下用Halm測試系統測試電池片IV特性。

實驗過程采用四探針測量擴散后硅片的方塊電阻；用電化學C-V（ECV）法測量擴散結深；燒結后的電池用激光共聚焦顯微鏡測量金屬柵線高度、寬度。

2 結果與討論

2.1 發射區的磷雜質濃度分析

電化學C-V法（ECV）是利用半導體材料與電解溶液接觸形成的Schottky勢壘代替傳統C-V測量的金屬-半導體接觸，并對半導體加以正向偏壓進行腐蝕，采用恒定的腐蝕電流得到更精確的測量結果。85Ω/□發射區的表面活性磷雜質濃度低于80Ω/□和75Ω/□發射區，硅片雜質濃度梯度大，“死層”較少。p-n結深度也逐漸減小。

2.2 高方阻對電池電性能的影響

將三組實驗經過相同工藝處理，在線寬為40μm的四柵電極網版上進行絲網印刷，副柵根數為95根，燒結后用激光共聚焦顯微鏡分別測試相同轉換效率電池的柵線高度和寬度，方阻75Ω/□，柵線高寬比0.25；方阻80Ω/□，柵線高寬比0.26；方阻85Ω/□，柵線高寬比0.25；相差不大。

用halm測試儀測試印刷后電性能如表1所示，淺結擴散能提高電池的短波響應，使得短路電流密度有所升高。表面復合的降低，提升了電池的開路電壓。由于提升方阻后，Rs略為增加，導致FF有所降低，但是整體的電池效率提升了0.1%。

表1中，Voc為開路電壓，Isc為短路電流，Rs為串聯電阻，Rsh為并聯電阻，FF為填充因子，Eff為轉換效率。

表1：不同方塊電阻對應電池電性能

3 結論

發射極的發射區域采用淺結磷擴散，提高發射區方塊電阻，配合密柵線絲網印刷工藝可以制備出性能優良的單晶硅太陽電池。85Ω/□發射區的表面活性磷雜質濃度和擴散結深分別比80Ω/□和75Ω/□發射區的降低了12%和22%。輕摻雜發射區有效的減少了發射區表面淺層區內“死層”的厚度，降低了發射區內少子復合，提高了電池的短波響應，進而增加了開路電壓和短路電流密度，而且填充因子也未受到明顯的影響，最終提高了太陽電池轉換效率。最后對比不同發射區方塊電阻，隨著方塊電阻的升高，電池轉換效率也逐漸升高，85 Ω/□發射區配合密柵絲網印刷，電池轉換效率可達到19.93%。

[1]狄大衛,譯.Wenham S R,應用光伏學[M].上海：上海交通大學出版社,2008：20-42.

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[3]Hilali M M,Rohatgi A,Asher S. Development of screen-printed silicon solar cells with high fill factors on 100 ohm/sq emitters[J]. IEEE Trans.On Electron.

作者單位 英利能源（中國）有限公司 河北省保定市071051