多晶硅太阳电池少子寿命的数值模拟

主要引入载流子的有效迁移率和有效扩散长度两个物理量,对多晶硅的少子寿命进行数值模拟.在此基础上建立了多晶硅太阳电池的一维物理模型,采用数值模拟方法对其在AM1.5太阳光入射下的电池输出特性Lsc、Voc、FF和η进行模拟计算,着重分析了晶粒尺寸和基区少子寿命对多晶硅太阳电池性能的影响.模拟结果表明,晶粒尺寸和少子寿命是影响多晶硅太阳电池性能的两个关键因素.当少子寿命较低时,晶粒尺寸对电池效率的影响不大,此时电池效率的提高受限于少子寿命;当少子寿命增大时,电池效率随晶粒尺寸的增大显著提高.同时,从模拟结果可得到电池效率与少子寿命和晶粒尺寸之间的定量关系.     

快速热处理工艺下金属杂质对铸造多晶硅少子寿命的影响

利用离子注入技术在铸造多晶硅中分别引入铜、铁、镍杂质玷污,用微波光电导衰减(μ-PCD)仪测试技术研究了铜、铁、镍杂质对硅片少子寿命的影响.研究发现:原生铸造多晶硅片和离子注入铜、铁、镍杂质的多晶硅片经1000℃常规热处理2h后少子寿命值都会降低,下降幅度基本一致.原生硅片在低中温条件下,少子寿命值呈现先下降后上升的趋势;当硅片经高温RIP后,其少子寿命值得到明显改善.低中温RTP条件下,经铜、镍杂质玷污的硅片随着退火温度的升高,少子寿命变化不大.高温RTP条件下,经铜、铁、镍杂质玷污后硅片的少子寿命迅速下降.实验结果表明高温RTP能够提高杂质含量较低硅片的少子寿命,而对杂质含量较高硅片的少子寿命有负面影响.     

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%。     

Si N~+/P/P~+太阳电池的数值模拟与分析

提出了单晶硅N /P/P 太阳电池的物理模型,采用数值模拟方法对其在AM1.5太阳光入射下的电池特性进行了模拟计算,分析了基区少子扩散长度和基区厚度对短路电流密度和转换效率的影响,着重分析了基区少子寿命对转换效率等电池特性的影响.模拟结果表明,在综合考虑了各种损耗机制的前提下,转换效率等电池特性都随基区少子寿命和少子扩散长度的增加而增大,并且从电池输出特性与基区少子寿命的关系曲线上可以方便地获得少子寿命所对应的短路电流密度、开路电压、填充因子和转换效率的值,为实验提供有力的理论依据和参考.     

单晶硅PERC高效太阳电池量产工艺研究

以Al_2O_3/Si_xN_y为钝化层,制备了PERC单晶硅太阳电池,研究Al_2O_3钝化层厚度对钝化效果的影响,分析硅片少子寿命变化、烧结曲线对PERC电池电性能参数的影响。     

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。     

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。:     

直拉硅片中间隙氧和硼对太阳电池光衰减影响的研究

为研究间隙氧和硼对于硅片少子寿命和光衰减的影响，实验中采用不同氧碳含量、不同掺杂浓度的p型(100)的直拉硅(Cz-Si)片制作太阳电池，设计了不同温度、气氛的热处理工艺。发现：太阳能级直拉单晶硅片中间隙氧含量和硼的掺杂浓度的不同对于硅片少子寿命的影响有一定的规律；硅片少子寿命值在650℃热处理时有轻微下降，而在后续650℃和950℃的热处理中有着显著的提高。当电阻率一定时，低氧的样片有利于少子寿命的提高；而在氧含量相同的情况下，掺杂硼的浓度越低，对于少子寿命的提高越有利。     

掺镓硅片电阻率对太阳电池性能的研究

本文将电阻率为0.2~4Ω·cm的掺镓硅片分别制备成常规铝背场电池和PERC电池,并对电池的少子寿命、电性能参数和光致衰减进行测量,研究了电池性能的差别,为掺镓硅片投入工业化生产提供了参考。实验结果表明:常规铝背场电池的转换效率随着电阻率的增加而增加,电阻率为3~4Ω·cm的电池转换效率最高为20.30%;PERC电池的转换效率随着电阻率的增加而减小,电阻率为0.2~1Ω·cm的电池转换效率最高为21.38%。     

太阳电池EL漏电分析及可靠性评估

通过采用外量子测试、成分测试、可靠性测试等方法对太阳电池电致发光(EL)漏电原因及漏电电池的可靠性进行了简要分析,结果显示,产生漏电的原因主要是由于硅片切割时引入了金属杂质,导致少子寿命低,漏电电池片衰减率及组成组件后工作温度均大于正常电池片。     

氮化硅薄膜对晶体硅材料和电池的钝化效果研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术,在P型直拉单晶硅硅片和铸造多晶硅片以及太阳电池的表面上 沉积了非晶氮化硅(a-SiNx:H)薄膜,并研究了氮化硅薄膜对材料少子寿命和太阳电池性能的影响。研究发现: 氮化硅薄膜显著地提高了晶体硅材料中少子寿命,同时多晶硅太阳电池的开路电压有少量提高,短路电流普遍 提高了1mA/cm2,电池效率提高了2％。实验结果表明:氮化硅薄膜不仅具有表面钝化作用,也有良好的体钝化 作用。     

少子寿命值对太阳电池生产的监控作用

研究了太阳电池工艺过程中少子寿命值的变化,揭示了少子寿命值在太阳电池生产过程中的应用.通过比较工艺前后少子寿命值的变化,可以优化生产工艺,提高电池转换效率,改善电池的性能.经过工艺优化后,多晶硅太阳电池(非绒面)的平均转换效率达到14.75%.     

热退火对太阳电池用多晶硅特性的影响

对多晶硅片进行三步退火处理,用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和准稳态光电导衰减法(QSSPCD)测硅片退火前后氧碳含量及少子寿命,并对单晶硅片做同样处理进行比较。实验发现:经三步退火后,多晶硅比单晶硅氧碳含量下降的幅度大,这表明多晶硅内部形成的氧沉淀多,其体内的高密度缺陷如晶界、位错等对氧沉淀的形成有促进作用。多晶硅与单晶硅少子寿命大大提高,可能是由于高温退火后晶体内部形成氧沉淀及缺陷的络和物可以作为电活性杂质的吸除中心,从而减少了分散的载流子复合中心,提高了硅片的少子寿命。变化趋势的不同与晶体内部结构有关。     

反应离子刻蚀法制绒在单晶硅太阳电池上的应用

研究了在预制绒基片上进行RIE织构化处理,得到的硅片表面具有很好的陷光效果,平均反射率仅为6%左右。通过热氧化法改善表面损伤,发现在温度900℃下,氧化膜厚度为40nm时,可得到较高的有效少子寿命,由此制得电池的内量子效率(IQE)、短路电流密度均有提高。     

利用太阳电池I-V特性测量其基区少数载流子寿命

提出了一种新的测量成品太阳电池基区少子寿命的方法,这种方法在电池制备完成后进行测量。此方法还可对印刷电极后烧结这步工艺流程进行少子寿命的监控,以提供改进电极制作工艺信息。     

利用太阳电池Ⅰ-Ⅴ特性测量其基区少数载流子寿命

提出了一种新的测量成品太阳电池基区少子寿命的方法,这种方法在电池制备完成后进行测量.此方法还可对印刷电极后烧结这步工艺流程进行少子寿命的监控,以提供改进电极制作工艺信息.     

热处理对氮化硅薄膜光学和电学性能的影响

使用PECVD在单晶硅硅片表面沉积了非晶氮化硅(a-SiNx∶H)薄膜,采用传统的退火炉和快速热退火炉进行了不同时间和温度下的退火比较,并研究了退火对薄膜光学性能以及材料少子寿命的影响。研究发现:氮化硅薄膜经热处理后厚度降低,折射率先升高后降低;沉积氮化硅薄膜后400℃退火可以促进氢扩散,提高少子寿命,超过400℃后氢开始逸失,衬底少子寿命急剧下降。另外,还发现RTP处理过程中氢的逸失比常规热处理快。     

硅中热施主在热过程中的消长研究

研究退火消除直拉单晶硅中热施主的效果以及在后续热过程中热施主的再形成规律。实验结果显示,采用650℃保温40min的退火可有效消除直拉单晶硅锭肩下部形成的热施主,并使其少子寿命恢复到实际值。消除了热施主的硅锭肩下部硅片在后续的900℃/40min加热后以小于11℃/min的速率冷却,硅片的热施主会再次生成,热施主的再生成量随冷却速率增加而减少,当冷却速率达100℃/min时可避免热施主的再次生成。实验结果还显示,采用3℃/min速率慢冷至550℃再以100℃/min的速率快冷至室温的两步冷却也可避免该硅片热施主的再次生成。实验还发现,消除了热施主的硅锭肩下部硅片经900℃/40min加热后的少子寿命随冷却速率的增加而降低;经上述两步冷却与3℃/min速率一步慢冷得到的少子寿命基本相等。     

背抛光高效PERL硅太阳电池的研究

研究两种背面平坦化方法(碱抛光和酸抛光)对PERL太阳电池的影响。通过分析激光扫描显微镜(LSM)、扫描电子显微镜(SEM)、少子寿命及电池的电性能参数、反射率和内量子效率(IQE),对比碱抛光条件下不同厚度的SiN_x背钝化膜对电池的影响,并确定合适的SiN_x厚度为180 nm。继而研究酸抛光的减薄量对电池的影响。综合分析少子寿命、LSM图像及电池的反射率、IQE和电性能参数,得到最优减薄量为0.24 g。此条件下制备出的单晶PERL电池效率为20.31%。     

氮化硅薄膜对硅片背表面的钝化作用

采用等离子体增强化学沉积的方法(PECVD),在低衬体温度下制备不同厚度的双面氮化硅薄膜,通过准稳态电导法(QSSPCD)测试non-diffused和diffused硅片沉积不同厚度双面氮化硅薄膜烧结前后的少子寿命,研究发现,氮化硅薄膜厚度在17 nm左右的时候,背面钝化效果有所下降,超过26 nm的时候,效果基本一致.non-diffused烧结后的少子寿命下降很大,而diffused与之相反.结果表明,采用氮化硅作为背面钝化介质膜,可以改善材料的少子寿命,背面钝化膜可以选择在26～75 nm之间.