整形激光掺杂制备PERC电池选择性发射极研究

研究整形激光掺杂制备选择性发射极(SE)对p型单晶硅钝化发射极局域背接触(PERC)太阳电池的表面金字塔形貌、掺杂分布及电池性能的影响.整形激光具有能量分布均匀、对硅片损伤小等优点.通过改变激光的功率以及激光划线速度在p型单晶硅PERC太阳电池制备了不同掺杂分布的发射极.结合3D激光显微镜、扫描电子显微镜、EDS能谱分...     

激光掺杂设备在PERC太阳电池生产中的应用

首先介绍了在太阳电池生产过程中激光设备的类型,阐述了激光掺杂工艺在PERC太阳电池生产过程中的重要作用,然后介绍了激光掺杂设备的原理和结构,以及其光斑聚焦原理,提出了光斑异常解决方案,并分析了光路维护要求,提出了可保证了激光掺杂设备高效稳定运行的维护方法。随着对激光设备的深度了解及太阳电池技术的进一步升级,对激光设备的要求会更高,通过不断的优化,激光技术将在太阳电池产业化制造领域得到较好的应用和提升,激光设备也将更快地普及到更多领域。     

基于激光掺杂的SE+PERC单晶硅太阳电池关键工艺的研究

在现阶段主流太阳电池生产设备的水平条件下,研究了激光频率、初始方块电阻和烧结峰值温度对基于激光掺杂的选择性发射极(SE)+PERC单晶硅太阳电池电性能的影响。分别采用奥林巴斯显微镜和Halm电学性能测试仪,分析了不同频率的激光在硅片表面形成的光斑形貌,以及不同实验条件时电池的电性能变化趋势。结果表明,激光频率为220 kHz时有利于在硅片表面形成连续性且不重叠的光斑,形成最佳重掺杂区,从而提升电池转换效率;基于现有的常压扩散设备的掺杂水平,在确保硅片表面方块电阻均匀性的情况下,初始方块电阻选择120Ω/□更有利于提升电池的转换效率;烧结峰值温度为790℃时,更有利于在电池电极位置形成良好的欧姆接触,从而获得最佳的电池转换效率。     

“SE+PERC”单晶硅太阳电池激光掺杂区域的漏电现象研究

在选择性发射极(SE)技术与钝化发射极背接触(PERC)技术相结合(即“SE+PERC”)的单晶硅太阳电池技术路线中,通常采用激光技术进行局部重掺杂,即利用激光的高温特性将硅片表面磷硅玻璃(PSG)层内的磷原子推入硅片内部,形成高低结,从而提高太阳电池的光电转换效率。但是经过激光扫描后的掺杂区域表面的PSG层会被激光损伤,损伤区域在进行碱抛光时常因掩膜的保护性差而被碱溶液腐蚀,导致p-n结被破坏,造成局部严重漏电,从而影响太阳电池的整体电性能。针对“SE+PERC”单晶硅太阳电池制备过程中激光掺杂区域出现的漏电现象,分析了漏电原因,并给出了采用SE激光掺杂工艺及碱抛光工艺时的优化建议。     

双面PERC单晶硅太阳电池工艺研究

从背面反射率及铝栅线设计两方面对双面PERC单晶硅太阳电池工艺进行了优化,并分析了各因素对其性能的影响,最终得到最优工艺参数。测试结果显示,最优组的双面PERC太阳电池平均正面效率为21.74%,平均背面效率为16.22%,双面因子大于74%。     

PERC太阳电池发射极表面优化设计与模拟

通过模型计算,分析了发射极表面对PERC太阳电池转换效率的影响;然后设计了不同条件下的扩散和热氧化工艺实验,得到了最高转换效率达22.30%的PERC太阳电池;并对实验结果进行拟合,优化后的扩散和热氧化工艺降低了发射极表面复合速率,提高了电池的转换效率。     

单晶硅太阳电池发射极的模拟优化

针对传统p型衬底晶硅太阳电池,通过PCID数值计算,模拟了发射极扩散峰值浓度、方块电阻、结深等对电池性能的影响规律以及该规律与硅衬底电阻率之间的依赖关系,分析了其中所蕴含的作用机理.对于磷原子浓度梯度符合余误差分布的发射极,得到扩散制结的标准为:扩散峰值浓度介于1×10~(19)～5×10~(19)cm~(-3)之间,方块电阻在100Ω/□以上.尽管电池效率在衬底电阻率为1Ω·cm时最高,并随衬底电阻率的增大而明显下降,但上述发射极扩散标准基本保持不变.     

激光全掺杂制备太阳电池发射极的研究

采用波长532 nm的激光脉冲在n型单晶硅衬底上扫描预置的硼源,进行太阳电池发射极制备的研究。通过全激光掺杂获得方块电阻最低为30Ω/□的发射极,经过退火后少子寿命大幅度提升;在此基础上,初步制备的太阳电池的开路电压Uoc达到597 mV,转换效率为13.58%。研究表明,激光全掺杂是制备太阳电池发射极的有效方法。     

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。     

“SE+PERC”单晶硅太阳电池发射极方阻均匀性提升工艺的研究

针对“SE+PERC”单晶硅太阳电池制备过程中,管式扩散炉扩散后硅片发射极方阻均匀性差的问题,在扩散工艺的“预沉积”步骤设计小氮气(N₂)流量、氧气(O₂)流量、炉内压强参数变化实验,研究小N₂流量、O₂流量和炉内压强变化对发射极方阻、方阻均匀性及太阳电池电性能的影响。研究结果表明：通过调整小N₂流量、O₂流量及扩散过程中的炉内压强可以有效提高发射极方阻均匀性,并提高太阳电池的光电转换效率。在小N₂流量为1000 sccm、O₂流量为600 sccm、炉内压强为80 kPa的工艺条件下可实现发射极的方阻均匀性最佳,均值为4.94%;此时“SE+PERC”单晶硅太阳电池的光电转换效率为23.11%。     

激光开槽对MWT+PERC单晶硅太阳电池性能影响的研究

金属缠绕穿透(MWT)技术和钝化发射极及背接触(PERC)技术叠加应用可获得较高的硅太阳电池转换效率,且可以降低硅材料的损耗,但不同的背面激光开槽工艺会对电池的电性能产生不同影响。在保证同批次单晶硅片的背面开槽率(2.10%)不变时,针对MWT+PERC单晶硅太阳电池工艺中的背面激光开槽工艺进行了研究。通过调节激光功率的大小来改变开槽宽度与开槽线间距的大小,从而探究不同开槽图形对MWT+PERC单晶硅太阳电池电性能的影响;同时在3D显微镜下观察不同开槽宽度时硅片表面的激光光斑质量,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察不同开槽宽度时这类电池烧结后局部接触区域的形貌。结果表明,开槽宽度在33～35μm、开槽线间距为0.90±0.05 mm时,MWT+PERC单晶硅太阳电池的电性能及开槽形貌质量最佳。     

一种高抗机械荷载PERC单晶硅太阳电池的设计

通过将采用不同电池工艺的PERC单晶硅太阳电池分别进行四点弯曲法测试,选出最优电池工艺,并将采用最优工艺的电池制作成组件,与常规PERC单晶硅光伏组件进行测试对比。结果表明,改良后的PERC单晶硅光伏组件比常规PERC单晶硅光伏组件的抗机械荷载能力强。     

“PERC+SE”单晶硅太阳电池氧化工艺研究

“PERC+SE”单晶硅太阳电池制备过程中,相较于传统的酸抛工艺,在碱抛光工艺之前(即氧化环节)先要制备氧化层SiO₂膜作为掩膜,以保护硅片正面。目前,行业内主要有2种制备SiO₂膜的方式,一种是采用管式扩散炉,另一种是采用链式氧化炉。从实际应用来看,相较于管式扩散炉,链式氧化炉的生产线兼容性更好,产能也更高;而从理论上来看,管式扩散炉比链式氧化炉制备的SiO₂膜更加致密,膜层对掺杂区域的保护也更好。对于这2种设备,从制备的SiO₂膜厚度,硅片氧化前、后和碱抛光后的方块电阻变化,以及制得的“PERC+选择性发射极(SE)”单晶硅太阳电池的电性能3个方面进行详细对比。结果显示：管式扩散炉与链式氧化炉制备的SiO₂膜对SE激光重掺杂区域的保护效果略有差别,但对太阳电池电性能的影响较小,可忽略。因此,结合生产线兼容性及产能情况,链式氧化炉比管式扩散炉更具有推广优势。     

印刷氧化铝技术在黑硅PERC多晶太阳电池中的应用

黑硅PERC多晶太阳电池采用背抛光工艺,其背面刻蚀深度在4.0±0.2μm,在800～1050 nm的光学波长范围内,其反射率较常规刻蚀制备的黑硅多晶太阳电池提升了10%左右;采用氧化铝及氮化硅钝化制备的黑硅PERC多晶太阳电池,WT-2000测得其少子寿命达到33μs;开路电压提升了15.2 mV,短路电流提高了0.372 A,效率达到20.06%。     

n型单晶硅太阳电池中硼离子注入发射极特性研究

离子注入以其掺杂均匀可控、便于图形化掺杂及简化太阳电池生产工艺的特点在光伏界引起广泛的关注,但同时也存在着注入缺陷难以消除的缺点。该文通过对硼注入发射极退火特性进行研究,发现样品的J_(0e)(发射极饱和电流)、少子寿命t_(eff)、Imp_V_(oc)(理论开路电压)均随退火温度的升高得到显著改善。为进一步研究其机理,采用椭圆偏振光光谱对晶格损伤进行表征,并借助TCAD软件模拟分析注入后热处理所产生的硼硅团簇(BIC)等缺陷状态,从损伤修复和杂质激活两方面对硼(B)注入发射极J_(0e)随退火温度变化的机制做出解释。     

硅片表面织构对PERC单晶硅太阳电池电性能影响的研究

通过调整制绒腐蚀液添加剂中表面活性剂和成核剂的添加比例,制备出不同表面织构的硅片,研究了表面活性剂和成核剂的添加比例对硅片表面微观形貌和反射率,以及PERC单晶硅太阳电池电性能的影响规律。结果表明：随着表面活性剂添加比例的增加,腐蚀液对硅片的清洗效果逐渐增强,存在黑斑、麻点及脏污的太阳电池的占比逐渐减少;同时,单晶硅片表面形成的金字塔尺寸(宽度)逐渐减小,比表面积先增大后减小,从而导致太阳电池的光电转换效率呈现先升高再降低的规律;当表面活性剂的添加比例为0.6%时,太阳电池的光电转换效率达到最大值,为22.736%。随着成核剂添加比例的增加,单晶硅片绒面金字塔的均匀性逐渐提升,当成核剂的添加比例大于0.8%时,绒面金字塔的均匀性基本稳定,太阳电池的光电转换效率也达到最大值,为22.784%。     

高效PERC单晶硅太阳电池局部背表面场的工艺研究

钝化发射极和背面电池(PERC)的局部背表面场是指通过对电池背面的钝化层进行激光开槽形成局部接触。研究了激光参数设置和激光图形对电池背表面场局部接触的影响,根据电池转换效率来确定最佳的激光参数和激光图形。用奥林巴斯显微镜分析了在不同激光速度和不同激光实线比条件下,电池的背面铝浆填充率的变化;用Halm电学性能测试仪分析了在不同背面铝浆填充率和不同激光间距,以及背电极是否被激光覆盖这些条件下,电池电性能的变化趋势。结果表明,背面铝浆填充率为35%时,电池转换效率最佳。再根据不同激光速度和不同激光实线比的正交试验,反推出当激光速度为16000 m/s、激光实线比为50%时,更有利于提升电池转换效率;当激光开槽间距为1275μm时,电池转换效率最佳;背电极激光镂空与激光填满实验相比,背电极激光镂空的电池转换效率可增加约0.06%。     

背钝化膜特性对PERC单晶硅太阳电池的影响研究

研究了氧化铝膜与氮化硅膜厚度,以及氮化硅折射率对PERC单晶硅太阳电池电性能的影响,结果表明,氧化铝膜较薄、氮化硅膜较厚时,PERC单晶硅太阳电池的V_(oc)与I_(sc)明显提高,电池效率提升明显;并且结合不同工艺参数的少子寿命及量子效率,证明了背钝化膜钝化作用的优势。