2.1晶體硅太陽(yáng)電池背面鈍化研究ppt課件

1、- 1 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-1晶體硅太陽(yáng)電池背面鈍化研究晶體硅太陽(yáng)電池背面鈍化研究中山大學(xué)太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所報(bào)告人：朱彥斌2019.11.19第十一屆中國(guó)光伏大會(huì)- 2 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-1主要內(nèi)容主要內(nèi)容u研究背景u晶體硅太陽(yáng)電池背面鈍化方法介紹u實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析u結(jié)論及展望- 3 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-1

2、1、研究背景、研究背景硅片厚度不斷降低硅片厚度不斷降低近來(lái)，為了降低太陽(yáng)電池的成本，硅片的厚度不斷降低，從最初近來(lái)，為了降低太陽(yáng)電池的成本，硅片的厚度不斷降低，從最初的的350m350m到到270270、240240、220220、180m180m，將來(lái)甚至?xí)蚋》较虬l(fā)展。，將來(lái)甚至?xí)蚋》较虬l(fā)展。帶來(lái)的影響帶來(lái)的影響1 1背面復(fù)合背面復(fù)合隨著硅片厚度的減薄，少數(shù)載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度可能接近或大于硅片的厚度，部隨著硅片厚度的減薄，少數(shù)載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度可能接近或大于硅片的厚度，部分少數(shù)載流子將擴(kuò)散到電池背面而產(chǎn)生復(fù)合，這將對(duì)電池效率產(chǎn)生重要影響。分少數(shù)載流子將擴(kuò)散到電池背面而產(chǎn)生復(fù)合，這將對(duì)電池

3、效率產(chǎn)生重要影響。2)內(nèi)表面背反射性能當(dāng)硅片厚度降低到200m以下時(shí)，長(zhǎng)波長(zhǎng)的光吸收減少，需要電池有良好的背反射性能。- 4 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-1背面復(fù)合速率對(duì)電池性能的影響Armin G.Aberle. Surface passivation of crystalline silicon solar cells: A review. Prog.Photovolt:Res.Appl,2000;8:473-487.- 5 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar

4、Energy Systems2022-5-1背反射率對(duì)電池性能的影響Technische Universiteit Eindhoven TU/e- 6 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-1怎樣降低背面復(fù)合速率，提高背反射率？作為背反射器，增加長(zhǎng)波光的吸收；介于硅基體和鋁背場(chǎng)間，可以有效地減少電池片的翹曲；原子態(tài)的氫飽和基體表面懸掛鍵大量的固定電荷的場(chǎng)鈍化效應(yīng)鈍化層鈍化層背面鈍化是一個(gè)很好的途徑背面鈍化是一個(gè)很好的途徑降低背面復(fù)合- 7 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar

5、Energy Systems2022-5-12、晶體硅太陽(yáng)電池背面鈍化方法介紹、晶體硅太陽(yáng)電池背面鈍化方法介紹 SiNx：H 沉積溫度低（沉積溫度低（450 ），良好的體和表面鈍化效果，沉積速率高適），良好的體和表面鈍化效果，沉積速率高適合工業(yè)化生產(chǎn)。合工業(yè)化生產(chǎn)。 a-Si：H 沉積溫度低沉積溫度低200250 ）良好的鈍化及陷光效果，可用于制備高）良好的鈍化及陷光效果，可用于制備高效電池，如效電池，如Sanyo公司的公司的HIT電池。電池。 采用a-Si鈍化，Sanyo公司得到轉(zhuǎn)換效率為22.3%的HIT太陽(yáng)電池，厚度可降到70 m- 8 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institu

6、te for Solar Energy Systems2022-5-1 熱氧化熱氧化SiO2 鈍化性能高，常用于制備高效電池，如鈍化性能高，常用于制備高效電池，如UNSW的的PERC、PERL電池。電池。 原子層沉積原子層沉積ALDAl2O3 沉積溫度低沉積溫度低 （200400 ）；薄膜厚度易控制，精確度高；鈍化性能）；薄膜厚度易控制，精確度高；鈍化性能 良好；可滿足工業(yè)化生產(chǎn)良好；可滿足工業(yè)化生產(chǎn)3000片片/h）。）。UNSW 轉(zhuǎn)換效率為24.7%的PERL太陽(yáng)電池- 9 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5

7、-1疊層鈍化疊層鈍化 SiNx/SiO2，SiNx/a-Si，SiO2/Al2O3等，鈍化性能良好，也常用于制等，鈍化性能良好，也常用于制備高效電池。備高效電池。ISFH&TU/e Al2O3/SiOx背面鈍化電池效率20.4%Fraunhofer ISE a-Si/SiOx背面鈍化電池效率21.7%- 10 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-13.實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析SiNx、SiO2及SiO2/SiNx背面鈍化工藝流程- 11 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for

8、Solar Energy Systems2022-5-1少子壽命測(cè)試樣品結(jié)構(gòu)示意圖背面沒有鈍化處理背面SiNx鈍化背面SiO2鈍化背面SiNx/SiO2鈍化- 12 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-14.3610.6214.3313.120246810121416背面無(wú)鈍化處理背面SiNx鈍化背面熱氧化SiO2鈍化背面SiNx/SiO2鈍化不同鈍化法少子壽命測(cè)試結(jié)果s，5片平均值）不同鈍化法少子壽命測(cè)試結(jié)果單片）- 13 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy

9、 Systems2022-5-1ALD-Al2O3鈍化工藝流程及少子壽命測(cè)試樣品結(jié)構(gòu)示意圖- 14 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-1ALD不同厚度Al2O3前后及退火前后少子壽命測(cè)試結(jié)果少子壽命測(cè)試結(jié)果s，6片平均值）- 15 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-1利用Glunz等人提出的俄歇復(fù)合模型，背面復(fù)合速率可由如下公式計(jì)算獲得：eff測(cè)量到的有效少子壽命；b硅片體壽命；W硅片厚度；Seff表面復(fù)合速率；Dn電子擴(kuò)散常數(shù)

10、。通過(guò)上式，計(jì)算得到在ALD-Al2O3鈍化層前，硅片的背面復(fù)合速率為2.34103/s，ALD-Al2O3鈍化層100nm后背面復(fù)合速率降低為3.09102/s，背面復(fù)合速率降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。ALD 100nm Al2O3前后少子壽命測(cè)試結(jié)果- 16 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-1SiNx背面鈍化前后背反射率測(cè)試結(jié)果- 17 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-1實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1.鈍化后少子壽命增加，背面復(fù)合速率降低：化學(xué)鈍化

11、作用：鈍化層中原子態(tài)的氫飽和硅片表面懸掛鍵，從而起到化學(xué)鈍化作用，包括SiNx鈍化層和ALD-Al2O3鈍化層。場(chǎng)鈍化效應(yīng)：鈍化層中含有一些固定電荷，這些固定電荷會(huì)產(chǎn)生場(chǎng)鈍化效應(yīng)，排斥一種載流子，使電子和空穴不能同時(shí)到達(dá)背面而產(chǎn)生復(fù)合。包括SiNx、SiO2固定正電荷和Al2O3固定負(fù)電荷）- 18 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-12.ALD-Al2O3需要退火原因分析：退火增加了Al2O3鈍化層中固定負(fù)電荷密度，從而增強(qiáng)場(chǎng)效應(yīng)鈍化作用。退火過(guò)程中Si- Al2O3界面生成SiOx薄層，從而使Si- Al2

12、O3界面缺陷密度降低。High resolution TEM image showing a 20 nm thick Al2O3 film on c-Si after a 30 min annealing at 425 in a N2 environment.B. Hoexet al. Ultralow surface recombination of c-Si substrates passivated by plasma-assisted atomic layer deposited Al2O3.- 19 -太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems2022-5-13 3、結(jié)論及展望、結(jié)論及展望PECVD SiNx，PECVD a-Si，熱氧化SiO2、ALD-Al2O3都具有良好鈍化性能， 特別是ALD-Al2O3，可使硅片背面的復(fù)合速率由鈍