第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会优秀论文选登(十) PECVD法非晶硅薄膜对太阳能级n型直拉单晶硅片钝化效果的研究

研究了优等化离子体化气相学沉积法(PECVD)在太阳能级n型直拉单晶(Cz)硅衬底上沉积i-a-Si:H薄膜工艺,得到较好的钝化效果。分析了气体流量和温度、气压等工艺参数对薄膜沉积和硅片钝化效果的影响。通过优化参数,钝化后在太阳能级n型Cz硅片(40×40mm)平均少子寿命值在800μs以上,局部在1500μs以上,得到了钝化后平均表面复合速率S<9.4cm/s的优良钝化效果;若硅片τbulk为2ms,则S<5.6cm/s。     

PECVD法非晶硅薄膜对太阳能级n型直拉单晶硅片钝化效果的研究

研究了优等化离子体化气相学沉积法(PECVD)在太阳能级n型直拉单晶(Cz)硅衬底上沉积i-a-Si:H薄膜工艺,得到较好的钝化效果.分析了气体流量和温度、气压等工艺参数对薄膜沉积和硅片钝化效果的影响.通过优化参数,钝化后在太阳能级n型Cz硅片(40×40mm)平均少子寿命值在800μs以上,局部在1500μs以上,得到了钝化后平均表面复合速率S＜9.4cm/s的优良钝化效果;若硅片τbulk为2ms,则S＜5.6cm/s.     

硅基异质结太阳电池钝化层的研究

研究硅基异质结太阳电池的表面钝化层对电池性能的影响,主要工作包括:1)对比非晶硅本征层a-Si:H(i)与非晶硅氧本征层a-Si Ox:H(i)对c-Si界面的钝化效果的作用,及其对电池性能的影响;2)研究不同a-Si:H(i)厚度对电池性能的影响;3)不同沉积速率a-Si:H(i)对c-Si界面的钝化效果和电池性能的影响,并对不同沉积速率的a-Si:H(i)膜层做了H原子含量等分析。通过该征钝化层工艺的优化,最终在156 mm×156 mm厚度200μm的n型硅片上获得效率为20.90%的硅基异质结太阳电池,和在100μm厚度的硅片上得到转化效率为20.44%的可弯曲电池。     

PECVD对硅材料的钝化作用

该文通过实验 ,发现对硅片采用双层钝化体系SiO2 /SiNx 可降低表面复合速度到S <1cm/s;而在采用PECVD钝化的过程中 ,最重要的影响因素是FGA的温度 ,退火温度越低越好 ;最后分析了H原子对硅片钝化的微观机理。     

薄膜太阳电池系列讲座(11) 硅基薄膜太阳电池(三)

4非晶硅中氢(H)的作用(1)钝化悬挂键实际上早期采用蒸发方法制备的非晶硅材料并不含有氢(H),所以写成a-Si。缺陷态密度很高,很难制备出性能优良的器件。自从1969年Chitick等人发明了用辉光放电法(GD)制备氢化非晶硅(a-Si:H)[15],以非晶硅作有源层的器件才成为可能。     

本征氢化非晶硅薄膜厚度对其钝化性能和HIT太阳电池电性能的影响

以异质结(HIT)太阳电池的本征氢化非晶硅薄膜为研究对象，该HIT太阳电池采用n型硅片作为晶硅衬底，其n型电子传输层(下文简称为“n面”)为入光侧，p型空穴传输层(下文简称为“p面”)为背光侧。首先研究了n面和p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度对膜层钝化性能和光透过率的影响，然后进一步研究了n面和p面本征氢化非晶硅薄膜不同厚度匹配设计对HIT太阳电池电性能的影响，并选出了最优厚度匹配方案。研究结果表明：1) n面本征氢化非晶硅薄膜的厚度越薄，n面非晶硅膜层的光透过率越高，但钝化效果会变差；当厚度达到5 nm时，硅片的少子寿命趋于稳定。2)在n面本征氢化非晶硅薄膜厚度一定的情况下，随着p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度变厚，硅片的少子寿命先快速增加，当厚度达到9 nm时，硅片的少子寿命趋于稳定；当厚度大于9 nm时，制备的HIT太阳电池的短路电流和填充因子均下降，表明其串联电阻增大，导致光电转换效率降低。3)当n面和p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度分别为5、9 nm时，n面的钝化效果和光透过率匹配较好，p面的钝化效果和电阻率匹配最优，即为最优厚度匹配方案；此方案制备得到的HIT太阳电池的光电转换效率达到...     

硅基薄膜太阳电池(三)

4 非晶硅中氢(H)的作用(1)钝化悬挂键实际上早期采用蒸发方法制备的非晶硅材料并不含有氢(H),所以写成a-Si.缺陷态密度很高,很难制备出性能优良的器件.自从1969年Chitick等人发明了用辉光放电法(GD)制备氢化非晶硅(a-Si:H)[15],以非晶硅作有源层的器件才成为可能.硅烷的辉光放电是硅烷(SiH4)在一定氢气(H2)稀释下通过射频(RF)激发产生等离子体的辉光放电,将硅烷分解制备成非晶硅.它有以下最简单的反应表达式:     

硼镓共掺多晶硅背钝化太阳电池的光衰研究

研究同一小硅锭中不同部位的硼镓共掺多晶硅片制备成背钝化太阳电池后,不同的电池效率和光衰情况,并研究经过同样的抗光衰处理后这些电池的光衰情况。测试结果显示,硅锭尾部位置的硅片具有最高的电阻率、最高的氧含量、最低的硼、镓含量及最高的杂质含量。将硅锭不同位置的硅片经过量产产线制成背钝化电池后,头部硅片得到的电池片的平均转换效率为19.08%,中部硅片得到的电池片的平均转换效率平均效率为19.15%,尾部硅片得到的电池片的平均转换效率为19.06%。光衰结果显示,对于未经过抗光衰处理的电池片,头部和中部位置具有较低的光衰比例,而尾部位置具有较高的光衰比例;电池片经过抗光衰处理后,不同位置对应的电池片都有效率提升,继续经过光衰测试后,尾部位置出现较明显的抗光衰效果。该研究对硼镓共掺多晶硅片生产和多晶背钝化电池抗光衰工艺具有指导意义。     

UMG多晶硅片的少子寿命

利用微波光电导衰减方法,研究磷吸杂、热氧化以及氮化硅钝化后快速热退火等工艺对物理冶金法制备的UMG硅片少子寿命的影响。实验发现:磷吸杂可有效改善冶金法硅片的少子寿命,其优化的条件是950℃处理4h;经热氧化处理后,少子寿命有所下降;氮化硅钝化后快速热退火处理可提高少子寿命,其优化的条件为800℃退火30s。     

VHF-PECVD法高速率沉积氢化微晶硅薄膜

采用光发射谱(OES)技术对氢化微晶硅(μc-Si：H)薄膜的甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)生长过程进行了原位监测,并对不同沉积条件下VHF等离子体中SiH和H的发光峰强度与薄膜沉积速率之间的关系进行了分析与讨论。通过Raman光谱、X射线衍射与扫描电子显微镜(SEM)测量,研究了μc-Si：H薄膜的结构特征与表面形貌。基于当前的沉积系统,对μc—Si：H薄膜沉积条件进行了初步优化,使μc—Si：H薄膜的沉积速率提高到2．0nm／s。     

氢注入在硅异质结太阳电池a-Si:H窗口层中的研究

基于热丝化学气相沉积(Cat-CVD)系统开展氢注入对超薄(<10 nm)氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜特性改善的研究,发现适当的氢注入可提高薄膜内的氢含量、降低其微结构因子并展宽其光学带隙。将该方法用于处理硅异质结(SHJ)太阳电池入光侧的本征非晶硅(i-a-Si:H)及N型非晶硅(n-a-Si:H)薄膜钝化层,可显著提升晶体硅的表面钝化质量。通过使用AFORSHET软件模拟SHJ太阳电池入光面的界面缺陷及n-a-Si:H体缺陷对电池性能的影响,分析得到:将氢注入用于处理a-Si:H窗口层,SHJ太阳电池性能的提升源于电池入光侧界面及a-Si:H体材料的结构改善。电池的开路电压(Voc,728.4～736.1 mV)、短路电流密度(Jsc,37.99～38.20 mA/cm²)、填充因子(FF,79.67%～81.07%)及转换效率(Eff,22.04%～22.79%)均得到明显提升。     

PECVD法SiNx:H薄膜减反钝化特性研究

利用射频等离子体增强化学气相沉积法制备了在太阳电池中用作表面钝化和减反层的SiNx:H薄膜.制备的折射系数分布在1.72 ～2.55范围内的一系列薄膜对电阻率为10Ω·cm的p型衬底硅片具有较好的钝化效果.研究给出了SiH4/NH3流量比和衬底温度对薄膜折射系数和钝化效果的影响规律,当衬底温度为300℃,SiH4/NH...     

多晶硅太阳电池低温变温扩散工艺的优化

采用少子寿命测试仪对扩散前后的硅片少子寿命进行了分析,当扩散后的方块电阻控制在55～65Ω时,低温变温扩散工艺处理的硅片少子寿命最高达到12.18μs,低温恒温扩散工艺处理的硅片少子寿命为10.67μs,高温恒温扩散工艺处理的硅片少子寿命为8.20μs。低温变温扩散工艺处理的太阳电池分别比传统的低温恒温扩散工艺处理和高温恒温扩散工艺处理的太阳电池转换效率提高0.79%和0.42%。     

薄膜太阳电池系列讲座(14) 硅基薄膜太阳电池(六)

下面分别对a-SiC:H、a-SiO:H和a-SiGe:H三种合金材料进行介绍。(1)非晶硅碳(a-SiC:H)合金硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)和甲烷(CH4)或乙烯(C2H4)等气源在等离子放电环境中,将发生化学反应生成非晶硅碳合金(a-SiC:H)。它主要通过掺杂获得p型的a-SiC:H,用作硅基薄膜叠层太阳电池的顶电池窗口层。根据使用气源性质的不同,在相同沉积条件下获得膜中的C含量与在气体中的含C气源流量比并不相同,反映了含C气源分解反应的     

表面处理与p层电导率对HIT电池性能的影响

考虑到氢氟酸溶液对晶体硅表面具有去氧化和氢离子钝化表面悬键的双重作用,通过优化清洗工艺使得a-Si∶H(i)/c-Si/a-Si∶H(i)异质结构有效少子寿命达到2 ms。研究不同沉积温度对p型非晶硅薄膜电导率的影响,结合后退火发现中温(150℃)生长高温后退火的方式优于直接高温(200℃)沉积,电导率和钝化效果都有明显改善。采用优化后的p层,a-Si∶H(p~+)/a-Si∶H(i)/c-Si/a-Si∶H(i)/a-Si∶H(n~+)(inip)结构少子寿命可达3.70 ms。制备的HIT电池具有优良的性能:开路电压V_(oc)=700 mV,潜在的填充因子pFF=82%,短路电流密度Jsc=32.10 mA/m~2,填充因子FF=72.35%,转换效率η=16.26%,对比Suns-V_(oc)I-V曲线和标准条件下测试的I-V曲线计算得串联电阻,分析FF与pFF差异的原因。     

TiO_2/SiO_2双层减反膜在太阳电池上的应用

利用二氧化硅(SiO_2)对太阳电池表面的钝化作用,对传统的二氧化钛(TiO_2)单层减反膜进行了改良.基于理论模拟分析了光反射率随膜层(TiO_2/SiO_2)厚度变化规律,结合实验上SiO_2最佳厚度经验值,制备了晶体硅太阳电池(即TiO_2/SiO_2/Si),并和SiN_x/Si结构的晶体硅太阳电池相比较.分别测试了少子寿命、反射率、电性能参数等,结果表明这种改良后的TiO_2减反膜也可以取得很好的减反效果和钝化效果.镀有TiO_2,SiO_2双层膜与SiN_x减反膜绒面晶体硅片的积分反射率分别为4.9%和3.9%;使用以上两种不同减反膜制备的太阳电池的开路电压均可达到0.62V.可见这种TiO_2双层膜有望在将来的生产中得到具体应用.     

基于光学理论的PERC太阳电池背面AlO_x/SiN_x叠层膜的研究

AlO_x/SiN_x叠层膜广泛应用于PERC(钝化发射极和背面局部接触)太阳电池中,以达到增强背反射和提高背表面钝化效果的作用。在先前的研究中,光学理论分析仅应用于正面单层Si Nx或Si Ox/Si Nx双层膜厚度优化分析,极少应用于背面AlO_x/SiN_x双层膜优化分析。本文采用Matlab软件,基于光学导纳矩阵理论,同时将AM 1.5G标准太阳光谱,Al Ox、Si Nx、Al在整个光谱范围内(280~1200 nm)的折射率系数n(λ)考虑在内,系统分析了AlO_x/SiN_x双层膜的背反射效果。另外,依据背面AlO_x/SiN_x不同膜厚组合下透射光反射回硅片本体的反射率曲线分布和平均反射率作为评估指标进行理论分析,结果表明:AlO_x/SiN_x优化后最佳膜厚组合为15 nm/80 nm,为PERC太阳电池背面膜厚优化提供理论支持。     

针对少子寿命提升的扩散工艺优化

扩散后的方块电阻以70±21/2/为准,经实验发现去PSG后的硅片少子寿命要比扩散后的硅片少子寿命高,对比通源前通氧(A扩散工艺)和不通氧(B扩散工艺)两种扩散工艺扩散的硅片在去PSG后少寿命的涨幅及对最终制成电池片的转换效率的影响,结果表明,A扩散工艺的硅片比B扩散工艺的硅片在去PSG后的少子寿命增量更大,平均增量可达2.50μs,并且最终制成的电池片效率高出0.08%,短路电流增加0.012A,也更具稳定性。:     

PECVD SiO_2-SiN_X叠层钝化膜的研究

首先使用正交设计法对SiN_X和SiO_2膜的PECVD(等离子体增强化学气相沉积)特性进行了研究,分别得到了两种膜的最佳沉积条件。然后使用PECVD在P型多晶硅片发射极上沉积了SiO_2-SiN_X叠层钝化膜,并与SiN_X单层钝化膜进行比较。通过测试硅片在退火前后少子寿命的变化,考察了两种钝化膜对太阳电池发射极的钝化效果,结果表明SiO_2-SiN_X叠层膜具有更好的钝化效果。利用反射率测试仪测试了两种膜的反射率,其反射率曲线基本相同。最后,测量了采用该叠层膜制作的太阳电池的量子效率和电性能,其短路电流和开路电压均比采用SiN_X单层膜的电池要好,转换效率提高了0.25%。     

表面损伤对单晶硅太阳电池制绒的影响

研究了不同温度、不同浓度碱溶液去除单晶硅亚表面损伤对单晶硅太阳电池制绒的影响。结果显示,在对亚表面损伤的去除过程中,硅片在不同腐蚀条件下反应的开始阶段和后期表面形貌差异较大。在20%KOH溶液中反应40s后的硅片制绒5min后形成的小凸起远大于在20%KOH溶液中反应100s的硅片制绒5min后形成的小凸起。在20%KOH溶液中反应40s的硅片在制绒过程中金字塔结构的长大不是按照理想的(111)面进行的,而反应100s的硅片制绒过程中金字塔结构的长大则更加规则。