高效晶體硅太陽能電池背場(chǎng)鈍化技術(shù)

1、局效晶體硅太陽能電池作者：S.W. Glunz , Fraunhofer Institute of Solar Energy System如今的晶體硅光伏組件的成本分布主要是材料成本，特別是硅片成本。因此，采用更薄的硅片以及增加電 池的轉(zhuǎn)換效率引起了光伏業(yè)界的廣泛興趣。表面鈍化電介質(zhì)鈍化與背表面場(chǎng)所有轉(zhuǎn)換效率大于20%的電池結(jié)構(gòu)都具有電介質(zhì)層的鈍化表面。然而，目前業(yè)界的晶體硅太陽能電池的表 面結(jié)構(gòu)多采用的是絲網(wǎng)印刷和熱場(chǎng)Al背表面場(chǎng)（Al-BSF ） o它有兩個(gè)主要的限制：由燒結(jié)工藝帶來的硅片彎曲；更低的電學(xué)和光學(xué)特性。特別是，Sback、背表面再復(fù)合速率是關(guān)鍵的參數(shù)，但是在文獻(xiàn)中卻有著大量的

2、數(shù)值。這使得衡量 Al-BSF的潛力與電介質(zhì)鈍化變得很困難。我們對(duì)不同的背表面結(jié)構(gòu)并結(jié)合高效前表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。這將有可能準(zhǔn)確的確定表面的再復(fù)合速率、Sback以及內(nèi)部反射率 Rback。圖1表示了不同背表面結(jié)構(gòu)的內(nèi)部量子效率，從低質(zhì)量的歐姆Al接觸開始一直到PERL/LBSF背表面。有效的Sback和Rback已經(jīng)從IQE和反射率測(cè)量中去除。5<> t，由 7 -M*4 yoo1 tl> I M研*HcfMiti rttm)一 - l jv f- U-L Rtl- nor-H AJ- ftSF- Ai i-hti，虹具有高效前表面結(jié)構(gòu)的1 Ccm 250M m厚的FZ-S

3、i的不同背表面結(jié)構(gòu)的內(nèi)部量子效率StrtKtUKS l%lCHVSLBSF (kxialfiddl 4|94.560LFC；5|955110PCRC(Rindnm pyramids, png抽d emitter, jnd rear cell) |2M也 i Hii i boron ditfuicd h次k surhcei7143UStTit Ji-prinlcd AbUSTAlsajfxe lh)d)65750Eviphrjted olmk .Al contjc：107表1從可中獲宿的弘和偵數(shù)據(jù)2） o電介質(zhì)鈍化甚至比高質(zhì)量采用這些參數(shù)就有可能確定不同背表面結(jié)構(gòu)對(duì)太陽能電池性能的影響（圖 的發(fā)

4、射極和更薄的硅片帶來的好處更多。1000UB> 4040*0 t<K>Imcrnji nu EtEM 。l2,Sback和Rback變化帶來的效率變 化.0%的單線表示220pm厚的太陽能電池.發(fā)射極為60Q/sq. IQcm單是硅電 池上的AI-BSF 擴(kuò)敵長(zhǎng)度為400m.笫 二個(gè)點(diǎn)表示的是LFC參數(shù)電介質(zhì)層的鈍化機(jī)理良好的表面鈍化有兩種不同的機(jī)理：交界面狀態(tài)Dit的降低；場(chǎng)效應(yīng)鈍化，即鈍化層中一種載子類型與固定電荷Qf結(jié)合時(shí)的顯著降低。盡管這些機(jī)理或兩種機(jī)理的結(jié)合會(huì)導(dǎo)致較低的表面再復(fù)合速率，Seff（ n惆線顯示了不同的特性（圖 3）。熱生長(zhǎng)的SiO2層更容易獲得交界面狀

5、態(tài)的降低，而對(duì)于 PECVD沉積的薄膜，如SiNx，場(chǎng)效應(yīng)鈍化和中等程度的Dit降低則更為常見。SiO2的Dit=1010cm2eV-1 , Qf=1010cm2 。而 SiNx 的 Dit=1011cm2eV-1 , Qf=1011cm2圖3,兩種鈍化機(jī)理的示竟圖沉積溫度形成電介質(zhì)鈍化層的一個(gè)關(guān)鍵問題是沉積溫度。目前為止，最好的電池鈍化是熱生長(zhǎng)的氧化層。熱氧化物 在過去的幾十年里，已經(jīng)為 MOS技術(shù)進(jìn)行了大量的優(yōu)化。因此，已經(jīng)可以獲得極低的界面狀態(tài)密度和表 面再復(fù)合速率。最終，典型的熱氧化物溫度是 1050 C左右。對(duì)于高質(zhì)量的FZ-Si來說，溫度范圍沒有問題， 甚至增加了 Czochral

6、ski法生長(zhǎng)的氧化物的少子壽命，但對(duì)于鑄錠多晶硅卻是有害的。對(duì)于這樣的材料， 少子壽命將會(huì)以因子為10的速度減少。因此，需要找到能夠在更低的溫度沉積鈍化層的方法。熱氧化物可以在潮濕的氛圍內(nèi)在 850 C左右生長(zhǎng)。潮濕的環(huán)境顯著的增加了氧化速度，可以在合理的時(shí)間內(nèi)獲得典型 的厚度為105nm的氧化層。這種方法已被應(yīng)用于多晶硅，并實(shí)際測(cè)得轉(zhuǎn)換效率 20.3%。這些電池的平均效率高于18%，表明低質(zhì)量的區(qū)域經(jīng)過該種處理并沒有情況惡化。另一種有意思的方法是在850 C在干燥氛圍內(nèi)沉積一層薄的氧化層。該較薄的氧化層上必須再沉積一層薄膜。沉積PECVD SiNx是第二種最佳方案。最佳的沉積溫度范圍是 35

7、0°到400 C。實(shí)現(xiàn)了低于10cm/s的最佳 表面再復(fù)合速度。SiNx的另一優(yōu)勢(shì)是它和氫結(jié)合在一起可以起到多晶硅鈍化層的作用。取代 PECVD的最 快的方案是濺射，采用該方案可以會(huì)的低于 30cm/s的最佳表面再復(fù)合速度。如果非晶硅被用作背面鈍化層，那么最低的沉積溫度范圍是200 C到250 C。這種鈍化結(jié)構(gòu)已經(jīng)成功的應(yīng)用在HIT上，并獲得了 21%的轉(zhuǎn)換效率。最近的研究結(jié)果表明，非晶硅也可以用于具有擴(kuò)散發(fā)射極的標(biāo)準(zhǔn) 電池結(jié)構(gòu)上，轉(zhuǎn)換效率可以超過20%。預(yù)處理 另一個(gè)技術(shù)問題是制造節(jié)點(diǎn)值層之前的表面處理。潔凈的表面對(duì)于氧化工藝非常重要，否則污染物會(huì)擴(kuò)散 進(jìn)入電池。對(duì)于沉積的鈍化層來

8、說，由于工藝溫度較低，這個(gè)問題不是非常嚴(yán)重。然而，在先前的刻蝕步 驟后會(huì)留下一層淺的晶體損傷層，它將顯著降低鈍化層的質(zhì)量。這個(gè)問題對(duì)于氧化表面來說不是非常明顯，因?yàn)樵谘趸^程中，上層的硅已被去除。另一個(gè)課題是表面幾何形狀。與微電子相比，太陽能電池的表面更加粗糙，這是由于刻蝕或是濕法腐蝕制 絨工藝帶來的各向異性的損傷。評(píng)價(jià)粗糙的表面是否會(huì)導(dǎo)致較低的光學(xué)和電學(xué)性能是非常重要的。為此，我們準(zhǔn)備了一系列具有不同表面形貌的電池，材料均為 FZ-Si （圖4）。電池結(jié)構(gòu)是：正面為任意金字塔結(jié)構(gòu)，熱氧化物厚度為105nm ,120Q /sq的磷發(fā)射極；背面是105nm厚的熱氧化物，2頃 鋁和LFC接觸。圖4

9、. （a）堿性刻性后的壽面形貌W制絨的任意金字塔培構(gòu)背表面被損傷刻蝕和光滑刻蝕的電池幾乎表現(xiàn)出了相同的性能（表2）。但是背表面制絨的電池的效率較低，這是由于制絨表面特性較差而引起的電流的損失。圖5是較差的長(zhǎng)波長(zhǎng)響應(yīng)。Ren MirlJCt topography命mVFF們徇Shiny etched677.1 +/-0.63BJ4 +/-0J5804 /-0J2(X8 +/j)L 1Damage etched678.90.33821 +/-0.0680.9*/一 0.12L0 +0.04Rnd“m pyramids673237.25 0.28804+/0.420 J"-心表2.不同表面

10、形貌的0.50cm FZ-Si物鈍化電池結(jié)果d nniFiunl find 4I)wlAllihl*Rr 卜JTT'F *巾Zk dioir MrhTa rondm prnm-Jt圖5. 0.5ncm FZ-Si氧化物鈍化電池的 內(nèi)部量子效率內(nèi)部反射緊接著鈍化質(zhì)量，下一個(gè)非常重要的研究室分析背表面鈍化層的光學(xué)效應(yīng)。傳統(tǒng)的Si/SiO2/Al具有較高的內(nèi)部反射率，這是由于SiO2較低的反射系數(shù)(n=1.46)。正面的金字塔制絨導(dǎo)致了不透明的光學(xué)路徑和背面 的全反射。因此對(duì)于太陽能電池背面的內(nèi)部光學(xué)反射，可得到95%到89%的數(shù)值。但由于大多數(shù)沉積層都具有較好的鈍化特性，如富 Si的SiN

11、x就具有較高的反射系數(shù)，Rback并不會(huì)很高。圖6是具有制絨正表面和不同鈍化層背表面的太陽能電池的反射率測(cè)量結(jié)果。如果是具有較高的折射系數(shù)(SiNx=2.9, SiCx>3)富Si介質(zhì)層，Rback仍然比工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要好，但是低于厚熱SiO2層。由于這些層通常都具有較低的表面再復(fù)合速度，所以最好將它們直接沉積在硅表面。為了改善光學(xué)特性，需要再沉積一層具有更低反射系數(shù)的介質(zhì)層。事實(shí)上，如果在富Si的SiNx上沉積一層PECVD SiO2 (n=1.46),將會(huì)觀察到極大的改善。同樣的情況也在富Si的SiCx層(n-2比沉積富C的SiC上觀察到(圖6)。15nm厚的薄熱氧化層的光學(xué)性能也可以通過

12、沉積一層低溫PECVD SiO2得以改善。因此，鈍化”和反射'兩大任務(wù)可以通過不同的層得以實(shí)現(xiàn)。ti*M> tnn 1 ift) ，ISdKiui iuiL jc pinnUui IjocjUMnw fiQr (Q$ im i Si-ridi S (St , Pf-LAD-yOj* Thin thttnvd SiQ( 15 am ： PfiTVTJ Si<h Thin A* SiDi (tSBuySiriLh fiNiPECVD iOi 9 ridlV 4Orich SICiq lid)S*NtD Si nd) SH. t- SCTM-pflMcd Al B5F圖&

13、具有制絨正表面和不同鈍化層背表 面的太陽能電池的反射率測(cè)屋結(jié)果太陽能電池應(yīng)用盡管看似可以通過壽命和光學(xué)測(cè)量設(shè)計(jì)完美的層堆疊結(jié)構(gòu)，但最終的決定仍然需要將這些方案應(yīng)用于電池 上。好的表面鈍化質(zhì)量只是必要條件而非充分條件。盡管SiNx層在壽命測(cè)試硅片上表現(xiàn)出了最好的表面鈍化質(zhì)量，甚至優(yōu)于熱氧化物，但沒有一種能夠獲得經(jīng)典熱氧化物帶來的轉(zhuǎn)換效率。特別是短路電流明顯更低。這可能是由于背面接觸點(diǎn)的SiNx層中的固定電荷引發(fā)的反型層的短路造成的。由于反型層是SiNx表面鈍化機(jī)理中關(guān)鍵的一部分，當(dāng)應(yīng)用于真實(shí)電池片上時(shí)，壽命測(cè)試硅片上SiNx層的質(zhì)量會(huì)明顯消失。目前 報(bào)導(dǎo)的采用SiN背表面鈍化的最佳效率是 21.

14、5%和20.6% o在第一個(gè)案例中，采用了很敏感的等離子刻蝕 來打開SiNx層的接觸孔，這樣反型層就不會(huì)分路。在第二個(gè)案例中，硼 BSF減少了反型層的分路。然而， 如果采用激光燒結(jié)或機(jī)械化切割，那么轉(zhuǎn)換效率將不會(huì)超過20%。這個(gè)問題可以通過兩種辦法解決：(i)采用SiNx層，它的鈍化質(zhì)量將更取決于界面狀態(tài)的減少而不是場(chǎng)效應(yīng)鈍化；(ii)在SiNx層下沉積薄的熱氧化層(10-15nm)，這層氧化物可以用 RTO在相對(duì)較低的溫度下(850 C) 快速生長(zhǎng)。另外，這層薄氧化物也再正面的較輕擴(kuò)散的發(fā)射極部分起到了正面鈍化的作用。當(dāng)采用了這樣 的堆疊時(shí)，轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到 20.5%。另一種優(yōu)良的鈍化層是

15、非晶硅。對(duì)于HIT電池結(jié)構(gòu)，由于發(fā)射極是由非晶硅層組成的，因此很自然的選擇21.7% (Voc=677mV)非晶硅作為背表面鈍化層。這種鈍化層也應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)電池上，得到的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到近來有研究表明，PECVD沉積的SiCx層也展現(xiàn)了良好的鈍化特性 （S<30cm/s）。我們是將SiCx層作為低 成本襯底上的硅薄膜的再結(jié)晶的擴(kuò)散阻擋層，這是由于他的良好的熱穩(wěn)定性。PECVD設(shè)備可以在沉積前提供原位等離子清洗步驟，這就使優(yōu)化工藝步驟成為可能。為了優(yōu)化SiCx的表面鈍化質(zhì)量，采用了 1Qcm p型高壽命FZ硅片。隨后沉積SiCx，并未采用任何濕法化學(xué)工藝。 實(shí)現(xiàn)了 An在Ixi014cm3和Ix

16、i015cm3 之間，表面再復(fù)合速率低于 5cm/s。成功研究了高鈍化的 SiCx層后，在具有高效正表面結(jié)構(gòu)和背面鈍化的 電池上采用了不同組成的堆疊。同樣，在 PECVD反應(yīng)腔中進(jìn)行了沉積和表面處理。采用 E-gun蒸發(fā)的方 法沉積了 2卬仇厚的Al層，并進(jìn)行了接觸部分的激光燒結(jié)。盡管在E-gun蒸發(fā)后和LFC形成后沒有進(jìn)行退火，還是得到了大于 20%的轉(zhuǎn)換效率（表3）。熱穩(wěn)定性如果背面鈍化介質(zhì)層必須與標(biāo)準(zhǔn)的正面絲網(wǎng)印刷金屬化相結(jié)合，一個(gè)關(guān)鍵的因素就是在工藝流程中沉積這一層的位置（圖7）。在燒結(jié)步驟后在背表面沉積一層介質(zhì)層（圖 8選擇1）要求表面條件足夠好，包括 背面發(fā)射極的刻蝕和重度的清洗，

17、因?yàn)樵谶@一步硅片已經(jīng)經(jīng)過了幾步比較臟”的工藝步驟。因此，盡管介質(zhì)層在后面不會(huì)再經(jīng)過任何高溫步驟，但是獲得較好的表面鈍化仍然是一項(xiàng)困難的任務(wù)。圖7.標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池工藝中介質(zhì)層的形成另一種方法是，在正面 SiN沉積的同時(shí)在發(fā)射極擴(kuò)散后沉積背面介質(zhì)層（圖 8選擇2）。在背面介質(zhì)層沉 積之前，背面發(fā)射極層仍然需要被刻蝕去除， 并且介質(zhì)層必須能夠承受高溫步驟， 也就是隨后的燒結(jié)步驟。另一種方法是再發(fā)射極擴(kuò)散之前沉積背表面介質(zhì)層（選擇3） o在此時(shí)，硅片已經(jīng)絕對(duì)干凈，背面介質(zhì)層將遮蓋住背面的發(fā)射極擴(kuò)散，去除掉背面刻蝕步驟。如果制絨條件很好的得到控制，背面介質(zhì)層也能夠遮蓋住背表面制絨部分。這樣的工藝步驟看來

18、就完美了，但是鈍化層必須能夠承受后面兩個(gè)高溫步驟而不失 去鈍化的能力。因此，除了較好的電學(xué)和光學(xué)性能，良好的熱穩(wěn)定性對(duì)于鈍化層來說也是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的具有良好熱穩(wěn)定性的鈍化層選擇方案是在800 C至ij 1050 C之間熱生長(zhǎng)的SiO2。這層薄膜在我們的第一個(gè)試驗(yàn)中得以應(yīng)用，將 LFC技術(shù)轉(zhuǎn)移到工業(yè)生產(chǎn)的工藝步驟。然而，由于工藝步驟的較高溫度，在工 業(yè)環(huán)境中應(yīng)用此工藝將比較苦難，盡管在對(duì)比溫度下氧化并不會(huì)降低材料的質(zhì)量。接近當(dāng)前工業(yè)實(shí)際的工藝是采用PECVD沉積SiN。然而，這并不能達(dá)到與熱氧化物相同的鈍化效果，因?yàn)镾iNx層引發(fā)的反型層會(huì)帶來有害的分路。熱穩(wěn)定性也是一大問題，盡管最近的研究

19、表明中等程度的鈍化 在燒結(jié)步驟之后能夠保持。研究表明在105卬田、具有i-PERC結(jié)構(gòu)的薄Cz-Si上可以得到17.3%的轉(zhuǎn)換效率，這是基于燒結(jié)穩(wěn)定的介 質(zhì)層。Al-BSF電池只有15.1%的轉(zhuǎn)換效率。這樣的改善證明了背表面鈍化介質(zhì)層的極佳的性能，以及將其 應(yīng)用于工業(yè)太陽能電池制造的可行性。如上所述，PECVD非晶硅沉積的電池鈍化層可以達(dá)到較好的轉(zhuǎn)換水平，但是這一層薄只能穩(wěn)定在400 C oSiCx在熱處理過程中非常穩(wěn)定。研究表面，在730 C燒結(jié)步驟之后，鈍化能力也沒有減弱。為了證明SiCx 的熱穩(wěn)定性，我們?cè)趬勖鼫y(cè)試樣品上進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)。在燒結(jié)步驟前后，采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的光導(dǎo)電測(cè)試(QSSPC)

20、對(duì)SiCx鈍化的1Qcm Fz -Si硅片進(jìn)行了壽命測(cè)試。燒結(jié)步驟是在標(biāo)準(zhǔn)帶式爐中在峰值溫度為800 C時(shí)進(jìn)行的。(注意，選擇800 C比標(biāo)準(zhǔn)的燒結(jié)步驟低，因?yàn)榉墙饘倩臉悠帆@得溫度比金屬化的電池高50 C到80 °C)。表4是幾種具有代表性的薄膜的測(cè)量結(jié)果。沉積后的壽命與燒結(jié)穩(wěn)定性并無關(guān)聯(lián)。LS-66層堆疊表現(xiàn)出了較好但并非最好的鈍化質(zhì)量?；谶@些發(fā)現(xiàn)，在 0.5 Qcm FZ-Si太陽能電池上進(jìn)行了第二個(gè)實(shí)驗(yàn)，該電池 具有氧化物鈍化的120Q/sq發(fā)射極和不同的SiCx背面鈍化層。在這個(gè)例子中，測(cè)量的壽命可以被直接轉(zhuǎn) 換成開路電壓。同樣的，這些結(jié)構(gòu)是在800 C燒結(jié)步驟的前后測(cè)量

21、的。jyer system1 itetimebtiore firingUreHmeafier firingLS-oa112617.85330.8541250表4 一 EOCTC燒結(jié)步驟前后cr的樣品上的載子壽命表5的兩種薄膜層在燒結(jié)步驟后依然有較好的背表面鈍化性能。特別的是，B薄膜層更佳，因?yàn)樗軌颢@得很高的開路電壓 679mV。Layer asternmix. % mV| be Core tiring tk ;max. mV|jiki Hr mg WAresult625Bresult635679B (average676+/-14汞5一燒姑步驟前后的開路電壓在第三個(gè)試驗(yàn)中，更詳細(xì)的評(píng)價(jià)了這些

22、薄膜層的潛力。未制絨的太陽能電池?zé)Y(jié)步驟后的電壓可以達(dá)到682mV。在這些樣品的正反面上采用了金屬接觸，也測(cè)量了它們的電池特性（表6）。得到的674mV開路電壓表明了 SiCx層的較高的潛力。simctureVocImVjL : m.Vcin-FF|%ISiC!-layer + 2Al + LFC67433 J80.618.0表6未制緩的燒結(jié)SiC菁背表白倡化匚電池的結(jié)果金屆化由于絲網(wǎng)印刷技術(shù)的成熟性和較高的生產(chǎn)率，它已經(jīng)成為今天工業(yè)化制造的太陽能電池金屬化中常用的技術(shù)。然而，網(wǎng)格線的較差的深寬比，較高的線電阻，下面發(fā)射極的較高的雜質(zhì)濃度都是不盡如人意的特性。這些特點(diǎn)驅(qū)使人們尋找可替代的金屬化

23、方案。第一個(gè)未采用絲網(wǎng)印刷作為正表面金屬化的電池片由BPSolar制造（圖8）。這里，接觸層被埋在凹槽下，由激光加工，并展現(xiàn)了較強(qiáng)的磷擴(kuò)散。接觸結(jié)構(gòu)是 Ni與Si接觸的多金屬層。 表面的其余部分被擴(kuò)散發(fā)射極所覆蓋，它由SiNx鈍化。由于發(fā)射極較低的色差損失和較好的電學(xué)性能，該電池結(jié)構(gòu)的總體性能很好。兩層金屬化工藝，如LGBG工藝相信可與絲網(wǎng)印刷相媲美。工藝的第一步，在硅表面形成一條窄的金屬線。 這個(gè)種子層需要有好的機(jī)械性能，以及與硅表面較好的電學(xué)接觸。在隨后的生長(zhǎng)步驟，這條線由電鍍工藝 加厚，以增加線傳導(dǎo)率。采用這兩層工藝，有可能在金屬和工藝參數(shù)方面優(yōu)化兩個(gè)步驟，改善前表面金屬 化的性能。光致

24、電鍍對(duì)于增厚的種子層，采用了光致電鍍工藝。該工藝?yán)昧穗姵氐墓夥?yīng)，在電鍍中只與全部金屬化的背 表面接觸（見圖9） o另外，該工藝與化學(xué)鍍層相比具有更高的沉積速率。H9.光致電鎮(zhèn)工藝示意圖該工藝應(yīng)用于高效太陽能電池已超過十年，并得到了很高傳導(dǎo)性能的前接觸，高寬比為1:2。如今，采用了該工藝增加了絲網(wǎng)印刷的窄線的導(dǎo)電性。15.6 X15.6cm2多晶硅電池上的轉(zhuǎn)換效率顯著的增加了0.3至V0.5%,并節(jié)省了絲網(wǎng)印刷中的銀漿使用量。當(dāng)然，光致電鍍工藝的全部潛力必須在種子層具有更好的電學(xué) 和幾個(gè)性能前提下才能獲得。移印法 由于可制造小于50 的結(jié)構(gòu)，移印法成為了絲網(wǎng)印刷的可替代技術(shù)。盡管可以印刷很

25、窄的接觸線條，印 刷的接觸層的高度同時(shí)降低了，導(dǎo)致了線條傳導(dǎo)性的降低。然而，與隨后的光致電鍍技術(shù)相結(jié)合，移印法 是形成種子層的好選擇。為了進(jìn)一步增加線條的分辨率，我們采用了熱熔漿料，并獲得了很有希望的結(jié)果。 為了采用熱熔漿料，有必要改變移印法，即加熱印刷圖案。優(yōu)化了工藝溫度、印刷圖案和其它工藝參數(shù)以 獲得窄的和連續(xù)的線條。我們?cè)?00xi00mm2 Czochralski硅上采用了該工藝，主要的步驟有：1、化學(xué)制絨2、發(fā)射極擴(kuò)散 60 Q /sq+PSG刻蝕3、前表面SiNx:H濺射4、背面Al絲網(wǎng)印刷5、前柵條移印法6、共燒結(jié)7、邊緣隔離8、光致電鍍印刷線條的寬度為50gm。表7是電池參數(shù)。

26、實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換效率為17.9%。采用傳統(tǒng)的銀漿絲網(wǎng)印刷方法獲得了類似的結(jié)果。PasteV a 1E YFF%|r) %lHot meli62436.179,717.962736J76.917,4表7 100 x 100miri2 Czochralski電池的結(jié)果激光燒結(jié)/金屬粉末熔融第二層種子層技術(shù)包括將金屬顆粒粉末沉積到電池表面上。金屬粉末有掃描激光燒結(jié)或熔融以形成接觸線（圖10） O剩余的金屬粉末很容易的從表面去除，并留下激光燒結(jié)線條。盡管可以通過反復(fù)進(jìn)行此工藝而 增加接觸線條的高度，但我們只形成了較小的種子層，由光致銀電鍍方法使它增厚。圖10.太陽能電池正表面金屬粉末激光 微燒結(jié)圖11是光致

27、電鍍步驟后的激光燒結(jié)結(jié)構(gòu)。激光燒結(jié)形成的接觸既細(xì)又薄，導(dǎo)電性是由種子層上的電鍍銀產(chǎn) 生的圖11光致電鍍?cè)龊竦募す馕Y(jié)種子 層的SEM照片小區(qū)域（1 X1cm2）的最初電池結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)換效率為14.0%，盡管選擇了重?fù)诫s（18 Q/sq）的發(fā)射極。實(shí)現(xiàn)的開路電壓為622mV。采用SunsVoc測(cè)量的偽FF為78%。盡管該值低于最佳值，但表明采用激光工藝有 可能避免發(fā)射極和空間電荷區(qū)域的嚴(yán)重?fù)p傷。Ni的化學(xué)電鍍Ni電鍍被BP Solar的高效太陽能電池制造中的激光埋入接觸工藝所采用。在該工藝流程中，需要在硅表面形成凹槽，然后進(jìn)行損傷刻蝕和磷的重?fù)诫s擴(kuò)散。采用一步工藝形成前表面結(jié)構(gòu)非常合適。這促使

28、了采用激光燒蝕工藝去除標(biāo)準(zhǔn)電池前表面SiNx層的線條。SunsVoc測(cè)量表明該工藝沒有損傷下層的硅，即PN結(jié)。在無凹槽表面和中度摻雜發(fā)射極上優(yōu)化了Ni電鍍工藝。圖12是制絨的硅表面的 Ni電鍍。在最初的實(shí)驗(yàn)中，我們采用了具有氧化物鈍化的發(fā)射極和背表面結(jié)構(gòu)的電池。由于氧化硅的不盡如人意的 吸收系數(shù)，不損傷下層的硅而燒蝕氧化物是不可能的。因此，在實(shí)驗(yàn)中使用了光掩膜來遮蓋化學(xué)刻蝕步驟，從而打開正面氧化物的柵條結(jié)構(gòu)。18.9%的轉(zhuǎn)換效率表明，電鍍工藝的質(zhì)量良好，盡管通過減少串聯(lián)電阻仍有改善的空間。由于可以通過無損傷激光工藝來打開SiNx前表面柵條，有理由相信即使沒有重?cái)U(kuò)散凹槽，Ni凹槽將會(huì)是形成種子層

29、的較好的方案。金屬氣霧噴射在太陽能電池表面沉積種子層的一種方法是金屬噴射。然而，標(biāo)準(zhǔn)的漿料無法使用，因?yàn)槠漭^大的顆粒尺 寸（5-10（m）,將會(huì)造成堵塞，這會(huì)成為噴射方法的一個(gè)嚴(yán)重問題。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，噴嘴的尺寸至少要是顆粒的 六倍，因此漿料不能直接印刷。采用了金屬氣霧以及特殊設(shè)計(jì)的印刷頭（見圖13） o在印刷頭中，氣霧被包裹于環(huán)狀的氣流中，以避免氣霧一開始就與尖頭相接觸。環(huán)狀的氣流對(duì)于實(shí)現(xiàn)印刷線條寬度小于尖頭直 徑非常重要。采用200卬仇直徑的噴頭可以獲得 50卬仇寬的線條。另外，印刷結(jié)果與噴頭和襯底之間的距離 無關(guān)，使得該技術(shù)適用于不平整的襯底。圖捋一金屬氣霧印刷技術(shù)的印刷頭示意試驗(yàn)了大量的漿料

30、和非顆粒墨水。盡管非顆粒墨水的印刷結(jié)果很好，電學(xué)（接觸電阻和導(dǎo)電性） 與機(jī)械（粘合性）性能卻不能令人滿意。因此采用了改良的標(biāo)準(zhǔn)銀漿，不管相對(duì)較大的顆粒尺寸，我們成功的獲得了50-60頃 的線條寬度。使用該工藝制造多晶硅電池的前柵條，并采用了以下步驟：1、多晶硅制絨2、發(fā)射極擴(kuò)散（55 Q /sq）+PSG刻蝕3、PECVD SiNx 沉積4、Al-BSF絲網(wǎng)印刷5、氣霧印刷（改良的銀漿）6、燒結(jié)7、邊緣隔離8、光致電鍍電鍍后獲得了兩種寬度：160頃 和70頃。表8是測(cè)得的太陽能電池的結(jié)果。160頃 寬的電池有較高的填 充系數(shù)，說明接觸結(jié)構(gòu)很好。盡管色差損失沒有減少，轉(zhuǎn)換效率與絲網(wǎng)印刷參考值類似

31、。70卬小寬的電池有小得多的色差損失，因此電流增加，轉(zhuǎn)換效率顯著增加到16.4% o填充因數(shù)令人滿意。在12.5cmx 12.5cm、3到6Q cm、硼摻雜的Cz-Si的硅片上進(jìn)行了另一批次的實(shí)驗(yàn)。這些電池的制絨表面 為濺射SiNx抗反射層覆蓋，發(fā)射極為45Q/sq。在傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷和背面干燥后，正面采用了金屬氣霧噴射法進(jìn)行印刷。在單片式燒結(jié)爐中快速燒結(jié)后，正面接觸經(jīng)過光致電鍍法增厚，并采用激光劃線將邊緣隔 離。與多晶硅電池相同的漿料中另外增加了磷。這是為了形成在接觸下直接形成更高的發(fā)射極摻雜，從而 實(shí)現(xiàn)更好的粘合性和較低的接觸電阻。Finr widthVqc |mV| 久mA/cm3 FFJ

32、% fj160網(wǎng)7061732J79416.061S342HA164表8, Al-BSF和（正面鈍化的50藥Omn?多晶硅電池的結(jié)果Finger widthV婦mVmAAE】|FF%| jy|%l90m62035.880.2】7占表9 在12.!5emx12,5em, 3到硼摻雜的Cz-Si的硅片 上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與最佳轉(zhuǎn)換效率17.2%相比，獲得了高達(dá)17.8%的轉(zhuǎn)換效率（表9） o再次表明金屬氣霧噴射印刷的電池 效率相比傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷電池有顯著的提高。綜合特性當(dāng)然，如果材料質(zhì)量較差，即使最好的電池結(jié)構(gòu)也無法獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。因此，研究電性活躍的缺陷 對(duì)于光伏材料將非常重要。特別對(duì)于多晶硅

33、來說，理解熱處理、除氣和氫氣鈍化非常重要，這是為了增加載子擴(kuò)散長(zhǎng)度。這些測(cè)量對(duì)于在多晶硅襯底的小區(qū)域（1cm2上為20.3%）和大區(qū)域（137.7cm2上為18.1%）上獲得較高的轉(zhuǎn)換效率來說極其重要。隨著光伏所用的硅片越來越薄，材料問題愈發(fā)不重要。因此，擴(kuò)散長(zhǎng)度與厚度的比例隨著厚度的減少而增 加。高質(zhì)量的表面結(jié)構(gòu)可以保證隨著電池厚度的減少而性能不變。比如說，厚度為99 的多晶硅硅片上采用全表面鈍化獲得的轉(zhuǎn)換效率記錄為20.3%，而218卬仇厚的硅片上獲得效率為 19.9%。采用高效電池結(jié)構(gòu)，在小于50卬仇厚度的硅片上獲得了超過 20%的轉(zhuǎn)換效率。大多數(shù)多晶硅電池制造商采用硼摻雜的Czochr

34、alski硅作為起始材料。這種材料顯示了由于光照和雜質(zhì)注入而導(dǎo)致的少子壽命的降低。亞穩(wěn)態(tài)的缺陷顯然是由于硼和氧的存在。有三種方法減少這種損失：（i）采用更薄的硅片來改善擴(kuò)散長(zhǎng)度和硅片厚度的比例；（ii）降低硼摻雜濃度以減少光致衰減；（iii）采用再生工藝。事實(shí)上，鐐摻雜的CZ硅片沒有衰減。這種材料的唯一問題是由于鐐的較低的偏析系數(shù)導(dǎo)致硅錠中的摻雜 濃度有較大波動(dòng)。然而，合適的電池結(jié)構(gòu)顯示了較寬的摻雜范圍內(nèi)的良好結(jié)果。氧濃度顯著降低至1ppma以下會(huì)帶來Magnetic Czochralski （MCz）硅的較好的光致衰減的抑制。另一種氧含量可以忽略不計(jì)的材料PV-FZ，在幾年前被引入了大規(guī)模的光伏制造中。這種材料具有高且穩(wěn)定的p型和n型摻雜的載子壽命，但目前如何獲得這種材料還不是非常明確。N型Czochralski生長(zhǎng)的材料在氧濃度很高的條件下仍沒有載子衰減。同樣對(duì)于多晶硅，測(cè)量得到了極佳的少子壽命。這是由于，對(duì)于大多數(shù)相關(guān)的缺陷來說，電子與空穴的俘獲截面的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一個(gè)單位。因 此，與P型硅相比，相同缺陷濃度的少子壽命大于N型材料。N型材料的唯一缺點(diǎn)是它與傳統(tǒng)的電池結(jié)構(gòu)無法相容。因此它主要用于先進(jìn)的電池中。電池結(jié)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率，只優(yōu)化電池的一個(gè)方面是