單晶硅太陽(yáng)電池高阻密柵工藝的研究

文/王靜 張東升

單晶硅太陽(yáng)電池高阻密柵工藝的研究

文/王靜 張東升

擴(kuò)散高方阻匹配密柵絲網(wǎng)印刷工藝是提升單晶硅太陽(yáng)電池效率的主要方向之一，高方阻，即淺結(jié)擴(kuò)散能夠減少“死層”，密柵網(wǎng)版縮窄了金屬柵線的間距以減少發(fā)射區(qū)電池橫向移動(dòng)的復(fù)合，同時(shí)，增加了副柵線總面積，提高填充因子FF，最終達(dá)到提升電池效率的目的，本文通過(guò)對(duì)比三種不同擴(kuò)散工藝的方塊電阻和ECV濃度。分析高方阻對(duì)太陽(yáng)電池電性能參數(shù)的影響。結(jié)果表明：方阻為85Ω/□的發(fā)射區(qū)電池轉(zhuǎn)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(chǎng)上所使用的半導(dǎo)體材料來(lái)看，晶體硅太陽(yáng)電池依舊是市場(chǎng)的主角。晶體硅太陽(yáng)電池主要是單晶硅太陽(yáng)電池和多晶太陽(yáng)電池，一直保持著80%以上的市場(chǎng)占有率，牢牢統(tǒng)治著整個(gè)太陽(yáng)能市場(chǎng)。隨著硅材料價(jià)格的持續(xù)快速下降，以及單晶電池效率與多晶的進(jìn)一步拉開(kāi)，使單晶電池的性價(jià)比越來(lái)越高，而且單晶更適合做薄片化來(lái)降低硅料成本。因此單晶硅電池將成為當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的主流。

在電池的生產(chǎn)工藝中，高方阻可以降低發(fā)射區(qū)內(nèi)少子復(fù)合、提高太陽(yáng)電池的藍(lán)紫光響應(yīng)，進(jìn)而提高開(kāi)路電壓(Uoc)和短路電流(Isc)；密柵絲網(wǎng)印刷縮窄了金屬柵線的間距以減少發(fā)射區(qū)電子橫向移動(dòng)的復(fù)合，同時(shí)增加了副柵線總面積以降低串聯(lián)電阻，提高填充因子FF。本文在P型單晶硅材料基礎(chǔ)上，采用三種不同的擴(kuò)散方阻配合密柵絲網(wǎng)設(shè)計(jì)，探究高方阻工藝配合密柵印刷對(duì)太陽(yáng)能電池電性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)采用隆基生產(chǎn)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(shí)驗(yàn)過(guò)程：選用同一硅錠生長(zhǎng)的硅片，均分為三批，每批500片。首先通過(guò)堿制絨在硅片兩面形成隨機(jī)的金字塔結(jié)構(gòu)；然后利用HF-HNO3混合溶液采用RENA Inoxide設(shè)備將背面腐蝕拋光；之后以液態(tài)POCL3作為擴(kuò)散源，對(duì)三組實(shí)驗(yàn)片改變擴(kuò)散工藝得到不同結(jié)深的發(fā)射極，分別為75Ω/□、80Ω/□、85Ω/□。再用混合酸溶液進(jìn)行邊緣絕緣和去除磷硅玻璃層(PSG)，用板式等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)鍍SiNx鈍化和減反射膜，配合密柵絲網(wǎng)印刷金屬化過(guò)程，最后用遠(yuǎn)紅外加熱爐帶共燒結(jié)形成發(fā)射極和鋁背場(chǎng)界面的歐姆接觸。在25℃、AM1.5、1000 W/cm2的標(biāo)準(zhǔn)條件下用Halm測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試電池片IV特性。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用四探針測(cè)量擴(kuò)散后硅片的方塊電阻；用電化學(xué)C-V（ECV）法測(cè)量擴(kuò)散結(jié)深；燒結(jié)后的電池用激光共聚焦顯微鏡測(cè)量金屬柵線高度、寬度。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)射區(qū)的磷雜質(zhì)濃度分析

電化學(xué)C-V法（ECV）是利用半導(dǎo)體材料與電解溶液接觸形成的Schottky勢(shì)壘代替?zhèn)鹘y(tǒng)C-V測(cè)量的金屬-半導(dǎo)體接觸，并對(duì)半導(dǎo)體加以正向偏壓進(jìn)行腐蝕，采用恒定的腐蝕電流得到更精確的測(cè)量結(jié)果。85Ω/□發(fā)射區(qū)的表面活性磷雜質(zhì)濃度低于80Ω/□和75Ω/□發(fā)射區(qū)，硅片雜質(zhì)濃度梯度大，“死層”較少。p-n結(jié)深度也逐漸減小。

2.2 高方阻對(duì)電池電性能的影響

將三組實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)相同工藝處理，在線寬為40μm的四柵電極網(wǎng)版上進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，副柵根數(shù)為95根，燒結(jié)后用激光共聚焦顯微鏡分別測(cè)試相同轉(zhuǎn)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(cè)試儀測(cè)試印刷后電性能如表1所示，淺結(jié)擴(kuò)散能提高電池的短波響應(yīng)，使得短路電流密度有所升高。表面復(fù)合的降低，提升了電池的開(kāi)路電壓。由于提升方阻后，Rs略為增加，導(dǎo)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(kāi)路電壓，Isc為短路電流，Rs為串聯(lián)電阻，Rsh為并聯(lián)電阻，F(xiàn)F為填充因子，Eff為轉(zhuǎn)換效率。

表1：不同方塊電阻對(duì)應(yīng)電池電性能

3 結(jié)論

發(fā)射極的發(fā)射區(qū)域采用淺結(jié)磷擴(kuò)散，提高發(fā)射區(qū)方塊電阻，配合密柵線絲網(wǎng)印刷工藝可以制備出性能優(yōu)良的單晶硅太陽(yáng)電池。85Ω/□發(fā)射區(qū)的表面活性磷雜質(zhì)濃度和擴(kuò)散結(jié)深分別比80Ω/□和75Ω/□發(fā)射區(qū)的降低了12%和22%。輕摻雜發(fā)射區(qū)有效的減少了發(fā)射區(qū)表面淺層區(qū)內(nèi)“死層”的厚度，降低了發(fā)射區(qū)內(nèi)少子復(fù)合，提高了電池的短波響應(yīng)，進(jìn)而增加了開(kāi)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(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率。最后對(duì)比不同發(fā)射區(qū)方塊電阻，隨著方塊電阻的升高，電池轉(zhuǎn)換效率也逐漸升高，85 Ω/□發(fā)射區(qū)配合密柵絲網(wǎng)印刷，電池轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到19.93%。

[1]狄大衛(wèi),譯.Wenham S R,應(yīng)用光伏學(xué)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社,2008：20-42.

[2]胡偉民,洪刯,周斌.n+/p常規(guī)硅太陽(yáng)電池表面“死層”的減少方法[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),1995,23：65-68.

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作者單位 英利能源（中國(guó)）有限公司 河北省保定市071051