一種關(guān)于晶硅電池背面鈍化和表面局域接觸的新技術(shù)

1、浙江貝盛光伏股份有限公司 部門：研發(fā)部 姓名：張杰一種關(guān)于晶硅電池背面鈍化和表面局域接觸的新技術(shù)2011-7-21 Confidential Staff Only 報(bào)告摘要報(bào)告摘要主要參考文獻(xiàn)：主要參考文獻(xiàn)：一種關(guān)于晶硅電池背面鈍化和表面局域接觸的新技術(shù)。文獻(xiàn)作者文獻(xiàn)作者: :李大勇等，LG電子太陽(yáng)能研究小組。引言：引言：在晶硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)中，使用薄的wafer(150m)可降低硅原料的消耗。當(dāng)硅片厚度減薄時(shí)在燒結(jié)過程中容易造成翹曲問題。而且硅片厚度降低意味著光程縮短，相應(yīng)的造成有更多的光未能被硅片吸收轉(zhuǎn)化為光生電子-空穴對(duì)，而是從硅片中逸出。直接結(jié)果是短路電流密度隨著電池的減薄而降低。對(duì)

2、此，也提出了一些解決方案，例如鈍化發(fā)射極和背表面局域接觸電池(PERC)，其優(yōu)點(diǎn)是背面采用介質(zhì)膜鈍化，大大降低了表面復(fù)合速率；介質(zhì)鈍化層位于金屬層和硅基之間，避免了兩者直接接觸，可有效降低電池翹曲；介質(zhì)鈍化層的背發(fā)射作用，增加了長(zhǎng)波長(zhǎng)光子吸收。制備高效PERC電池的關(guān)鍵技術(shù)是提高表面的鈍化程度的同時(shí)保證后表面電池。 Confidential Staff Only PERCPERC電池技術(shù)概述電池技術(shù)概述一、背面鈍化背表面鈍化需求一種可應(yīng)用于P型硅表面的介電層來大幅降低硅表面的復(fù) 合速率(SRV)。現(xiàn)在的技術(shù)主要有：(1). 通過熱效應(yīng)在硅片面生長(zhǎng)一層SiO2薄膜。(2).采用PECVD技術(shù)制備

3、SiNx:H和a-Si:H 疊層來達(dá)到降低SRV。(3). PECVD技術(shù)沉積一系列的氧化物和SiNx疊層作為鈍化層。由于介電層和Al的相互影響，在700C 高溫?zé)Y(jié)下會(huì)導(dǎo)致鈍化作用的減弱。近來Agostinelli等研究出一系列的氧化物和SiNx 作為鈍化層，與印刷后的Al具有很好的匹配性。運(yùn)用這種工藝制備的厚度為130m 面積為100cm2的Cz-Si效率達(dá)到17.6%；156cm2 mc-Si電池片效率達(dá)到16.7%。 Confidential Staff Only PERCPERC電池技術(shù)概述電池技術(shù)概述二、背面局域接觸電極Fig.1 Scheme of PERC solar cell

4、s背面局域接觸太陽(yáng)電池的 制 備 方 法 包 括 光 刻(Photolithography Process)，機(jī)械法(Mechanical scribing )，噴墨打印(Inkjet printing)，激光燒蝕法(Laser ablation)以及激光燒結(jié)電極法(Laser-fired contacts；LFC)。 Confidential Staff Only PERCPERC電池技術(shù)概述電池技術(shù)概述三、激光燒蝕法激光燒蝕介質(zhì)膜是指利用激光有選擇性地將電池背面的鈍化層燒蝕掉，在鈍化層上形成局域接觸點(diǎn)。一是激光器類型的選擇，不同的激光光源，激光脈沖時(shí)間都會(huì)對(duì)鈍化膜的燒蝕產(chǎn)生不同的效果，最終

5、影響制備的太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。二是，對(duì)于不同的鈍化薄層，激光燒蝕的機(jī)理也不同。對(duì)于SiNx 鈍化層，激光可以將其直接燒蝕而得到局域接觸開孔。對(duì)于熱氧化SiO2 鈍化層，激光首先是被鈍化層下面的硅基體吸收，基體硅受到激光作用氣化使上面的SiO2 鈍化層爆裂，從而得到局域接觸開孔。Fig.2 Microscope image of SiO2 passivation layer locally ablated by laser with different pulse timea)三倍頻Nd：YO4 激光器，脈沖時(shí)間30ns。b)二倍頻Nd：YO4 激光器，脈沖時(shí)間10ps Confidential

6、 Staff Only PERCPERC電池技術(shù)概述電池技術(shù)概述四、激光燒結(jié)電極(LFC)該方法首先是在鈍化膜上沉積金屬鋁層，然后利用激光的高溫將金屬熔融，熔融的金屬穿透鈍化膜而與基體硅形成合金，從而形成背面局域電極。圖3給出了不同激光參數(shù)下獲得的LFC金相，從圖中可以看出，左圖由于激光功率較小，導(dǎo)致有部分鋁沒有穿透鈍化層，而加大功率后，右圖中電極區(qū)鋁全部穿透鈍化層。Fig.3 Microscope image of LFC contacts with different laser parameters不同激光參數(shù)得到的LFC局域電極金相 (激光功率：左圖右圖) Confidential S

7、taff Only 實(shí)驗(yàn)原理和方案實(shí)驗(yàn)原理和方案本文主要介紹一種高效PERC 電池的制備技術(shù)，主要包括絲網(wǎng)印刷技術(shù)、SiOx/SiNx/SiOxNy 背電池鈍化方法和LFC技術(shù)。一、PERC電池的制備制備電池所用FZ-Si和mc-Si wafer的厚度為130m。1. wafer經(jīng)過酸溶液制絨(HF:HNO3:H2O)2. POCl3 擴(kuò)散(50/sq)、刻蝕(四甲基氫氧化銨)。3.PECVD技術(shù)在wafer表面沉積一層75nm厚的SiNx和100nm厚的SiOxNy薄膜。4. 在電池的背面沉積SiOx/SiNx/SiOxNy作為鈍化層。5. 印制Al背場(chǎng)6.正面Ag電極印制完畢后，利用激光技

8、術(shù)完成Al與p型硅的局部接觸。 Confidential Staff Only 結(jié)果與討論結(jié)果與討論Fig.4 Effective lifetime of SiOx/SiNx and SiOx/SixN/SiOxNy stack passivated sample 700C熱處理后兩者壽命均大于150s左右。通過測(cè)得的壽命計(jì)算出SiOx/SiNx 層的SRV為70cm/s。與SiO2 鈍化層測(cè)得的SRV基本相同。SiOx/SixN/SiOxNy的壽命為200s，對(duì)應(yīng)的SRV為60cm/s。此外增加SiOx/SixN/SiOxNy層可以在印刷Al電極做熱處理時(shí)保護(hù)SiOx/SiNx 層。一、鈍化

9、層的研究選用厚度為 250m 的p型 FZ-Si wafer, 鈍化工藝為PECVD技術(shù)(Rath&Rau) 。 Confidential Staff Only 結(jié)果與討論結(jié)果與討論Fig.5 Comparison of mesured reflectance of evaluation samples as the thinkness variation in SiOxNy layer based on the same SiOx/SiNx.當(dāng)膜厚小于100nm時(shí)，對(duì)長(zhǎng)波段光的反射率極低。當(dāng)大于200nm時(shí)，對(duì)長(zhǎng)波段光反射率較高。因此，SiOxNy膜的最佳厚度應(yīng)該在200nm以上。一

10、、鈍化層的研究 Confidential Staff Only 結(jié)果與討論結(jié)果與討論Fig.6 Scanning electron microscopy (SEM) images of Si/passivation stack/screen-printed Al after laser treatment采用FLC技術(shù)制備背面局域電極，所用激光源為YAG:Nd 三倍頻激光器，工作波長(zhǎng)為355nm。通過優(yōu)化激光功率和重復(fù)頻率使印刷的Al與P型硅形成接觸，并避免激光對(duì)wafer表面造成損傷。圖3(a)可以看出采用激光燒結(jié)技術(shù)背面形成了5050m 的電極接觸區(qū)域。(b)圖可以看出激光燒結(jié)后形成了深度

11、為20m的接觸 區(qū)域。FLC技術(shù)制備的局域電極的接觸面積比光刻和激光燒蝕法要大。因此可減低接觸點(diǎn)的電阻率。二、背面局域電極的研究 Confidential Staff Only 結(jié)果與討論結(jié)果與討論Table 1 I-V characteristics of solar cells on 130m thick FZ single crystalline Si and mc-Si (AM 1.5G, 100mW/cm2, 25C) and the Pseudo-Fill factors measured by the Suns-Voc method.三、PERC電池與Al背場(chǎng)(Al-BSF)電池的電性能比較 通過比較可以看出相比Al-BSF 電池，PERC電池的Jsc和Voc 分別提高2mA/cm2和20mV，效率提高1.4%。 Confidential Staff Only 結(jié)果與討論結(jié)果與討論Fig.8 Spectra respones of a 130m thick mc-Si PERC cells compared to a reference cell with