硅片背面粗糙度對N型鋁背發射極太陽電池性能的影響

高峰

【摘 要】現今的大規模太陽電池生產領域，P型襯底占了絕大部分的市場份額，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注。本論文以N型的鋁背發射極電池為基礎，分析了在絲網印刷前硅片背面粗糙程度對電池性能的影響。經過研究發現，當硅片背面仍然保持絨面狀態時，即粗糙度比較大的情況下，對于鋁背結的均勻性影響非常大。對于鋁背發射極N型太陽電池而言，鋁硅合金層厚度越均勻器件性能越好。因此背面絨面狀態不利于器件性能的提高。另外如果背面采用“鏡面”狀態，也不利于器件性能的提高。原因是背面光線反射嚴重。故在鋁背發射極N型太陽電池中，硅片背面應該采用比較平整的狀態，但并非“鏡面”狀態。

【關鍵詞】太陽電池；N型；鋁背發射極；背面粗糙度

引言

在太陽電池領域，目前基于P型硅基底的器件占據了絕大部分的市場份額。然而，由于具有更高的少數載流子壽命以及沒有“硼-氧”復合體構成的缺陷，基于N型硅基底的太陽電池應該更具有優勢[1-3]。為了在N型基底上形成PN結，硼擴散一般是首先考慮到的。但是不同于磷的擴散，硼擴散需要極高的溫度和較長的工藝時間。另外，對于硼發射極的鈍化問題也是需要進行仔細考慮的。目前對于硼發射極較好的鈍化方式是高溫熱氧化，但是其穩定性還是值得研究的[4]。至于氮化硅已經研究證明了對硼發射極沒有實際的鈍化作用[5，6]。還有，在使用硼發射極后，對于正反兩面的邊緣隔離問題還是要進行詳細的摸索與優化。但是這些問題都可以通過制備鋁背發射極的N型太陽電池所解決，并且這種具有磷擴散形成的前面場合鋁摻雜構成的背結太陽電池與現有的P型硅太陽電池的制備工藝完全相同。由于在N型鋁背發射極太陽電池中鋁背結的質量對于整個器件的性能有非常大的影響[7]，因此本論文將重點對這方面開展研究。

一、實驗

本論文的實驗是基于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。整個制備工藝以堿制絨開始，經過清洗后進行磷擴散。擴散溫度為850 ℃，時間20 min。擴散后硅片方塊電阻為50 ?/□。之后進行濕法刻蝕，然后進入高溫氧化鈍化。氧化后方塊電阻均控制在120 ?/□左右。通過控制刻蝕時的溫度、時間以及刻蝕液的配比等進行背面平整度的條件，主要關注背面平整度對器件性能的影響。氧化過后，硅片正面使用PECVD進行氮化硅減反膜的沉積，以及背面絲網印刷全鋁背場。最后進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的方法實現了磷的重擴以保證器件的性能。器件的制備流程如圖1所示。

二、 結果與討論

由以上結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，同時鋁硅合金層的厚度及合金層的起伏也是最優。同時背面的平整度是隨著減重的增加而逐漸變得“鏡面”狀態，所以，效率的變化不是理論推算的達到“鏡面”的才是最好的。我們應該尋找適合不同工藝路線條件的工藝狀態來匹配，及達到我們所實際需要的硅背面的粗糙度。

三、總結

現今的大規模太陽電池生產領域，P型襯底占了絕大部分的市場份額，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注。本論文以N型的鋁背發射極電池為基礎，分析了在絲網印刷前硅片背面粗糙程度對電池性能的影響。經過研究發現，當硅片背面仍然保持絨面狀態時，即粗糙度比較大的情況下，對于鋁背結的均勻性影響非常大。對于鋁背發射極N型太陽電池而言，鋁硅合金層厚度越均勻器件性能越好。因此背面絨面狀態不利于器件性能的提高。另外如果背面采用“鏡面”狀態，也不利于器件性能的提高。原因是背面光線反射嚴重。故在鋁背發射極N型太陽電池中，硅片背面應該采用比較平整的狀態，但并非“鏡面”狀態。

參考文獻 ：

[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. 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition / 5th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion， （2010） 1386.

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[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. 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition /5th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion， （2010） 2381.endprint