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。     

量产效率>22.3%的高阻密栅PERC太阳电池及性能研究

采用低压三步法通磷源扩散制备低掺杂浓度的p-n结,并应用于高阻密栅p型单晶硅钝化发射极局域背接触(PERC)太阳电池。通过增加第二步小氮的流量以改变扩散后硅片的方阻。随着方阻的增大,发射极表面掺杂浓度降低、俄歇复合降低、平均少子寿命增加。通过ECV测试,研究不同方块电阻对发射极掺杂浓度及结深的影响,结合发射极光电损耗机理的理论分析,确定优化的扩散后方块电阻180Ω/□及激光选择性掺杂区域方阻为80Ω/□,并对应细栅的数目为114。研究表明,随着发射极方块电阻的提高,太阳电池的短波响应显著提高,短路电流稳定提升80 mA,而通过对细栅线设计的优化,可抑制方阻提高对串联电阻及填充因子的影响,高方阻密栅PERC太阳电池的光电性能显著提升,电池效率稳定提升0.28%,转化效率达到22.3%,体现出高方阻密栅技术应用于PERC太阳电池的巨大潜力。     

“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。     

激光掺杂选择性发射极技术在PERC单晶硅太阳电池中的应用

以激光掺杂选择性发射极(LDSE)技术在PERC单晶硅太阳电池中的应用为研究对象,使用太阳电池单二极管模型模拟了反向饱和电流密度与开路电压、比接触电阻与填充因子之间的关系;测试了不同激光功率和激光划线速度对扩散后方块电阻变化值的影响,并通过扫描电镜(SEM)对硅片表面形貌和电化学电容-电压(ECV)法对发射极表面浓度和结深进行了表征;采用5主栅金属化图形设计PERC单晶硅太阳电池,通过LDSE工艺参数优化,制备了平均转换效率达到21.92%的PERC单晶硅太阳电池。研究结果表明,LDSE技术可提高PERC单晶硅太阳电池的外量子效率(EQE)短波蓝光响应和转换效率。     

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。     

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能谱分析、四探针方阻测试仪、电化学电容法等测试分析方法表征了样品的表面形貌、方阻变化、掺杂浓度曲线和电学性能。本文结合光斑重叠率将不同激光功率和激光划线速度采用公式统一转化为激光能量密度,从而得出制备选择性发射极的最佳激光能量密度。研究结果表明,当激光能量密度为0.97 J/cm2时,电池效率可以稳定提升0.25%以上,体现了整形激光SE技术应用于PERC电池的应用潜力。     

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%。     

电注入退火对P型直拉PERC单晶硅太阳电池电性能和抗LID效应的影响

以p型直拉PERC单晶硅太阳电池为研究对象,研究了电注入退火在不同的电流、时间和温度条件下,电注入退火前、后太阳电池的各项电性能参数的变化,以及经过5 kWh光致衰减(LID)实验后电池电性能参数的变化,实验均采用Halm电学性能测试仪进行测试和分析。结果表明,在目前的电注入设备条件下,以6.0A的电流在180℃温度下处理35min,最有利于p型直拉PERC单晶硅太阳电池由衰减态向再生态转变;电注入退火后,电池转换效率提升了0.8%;在经过5 kWh LID后,电池的转换效率相对于初始值仅降低了0.71%,证明电注入退火可有效降低p型直拉PERC单晶硅太阳电池的LID效应。     

硅片表面织构对“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池电性能影响的研究

在硅片制绒过程,研究了制绒添加剂体积分数、反应时间和反应温度对单晶硅片表面织构的微观形貌、反射率,以及制备的“选择性发射极(SE)+PERC”双面单晶硅太阳电池电性能的影响。结果表明：在目前单晶硅片制绒设备和工艺条件下,当碱液(KOH)体积分数为2%、制绒添加剂体积分数为0.7%、反应温度为84℃、反应时间为440 s时,制备的单晶硅片表面的金字塔尺寸较小,均匀性强,硅片表面的反射率最低,仅为9.914%,而得到的“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池的光电转换效率高达22.714%;调整制绒参数,可以有效提高单晶硅片表面织构中金字塔的均匀性,降低硅片表面的反射率,从而提高“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池的光电转换效率。     

多晶PERC太阳电池的背面与正面结构性能优化

多晶硅太阳电池以其价格低廉的优势成为低成本太阳电池的首选,但其光电转换效率提升空间有限。钝化发射极和背面电池（PERC）技术是当前晶硅太阳电池提效的主要途径。多晶PERC电池结合了多晶硅电池的低成本和PERC电池的高效,是当前多晶硅电池的研究热点。本文研究了多晶PERC电池的背面和正面结构优化与设计,提出了提高多晶PERC电池效率的产业化技术方法。通过在硅片背面用三层SiN_x:H薄膜来代替常规双层SiN_x:H薄膜,在保证优良的背面钝化的同时,使电池长波响应得到改善,电池光电转换效率由20.19% 提升至20.26%。优化多晶PERC电池的背面激光开窗工艺,使多晶电池效率较常规工艺提升0.11%。而在多晶PERC电池的正面叠加选择性发射极技术,可较常规工艺提升电池效率0.10%。综合运用多种提效手段有利于保持多晶PERC电池的竞争力。     

硅片切割线痕对太阳电池电性能影响的研究

金刚线切割是目前光伏行业主要的单晶硅片切割方式,但硅片被切割后其表面会留有线痕。首先对切割线痕在硅片表面的分布状态及线痕形貌在硅片碱制绒前后的变化进行了量化分析,然后针对硅片表面不同线痕深度对太阳电池电性能及良率的影响进行了研究,最后在硅片线痕深度小于等于15μm的基础上,分析了硅片线痕对细栅的影响机理。得到以下结论：1)金刚线切割的硅片存在多种状态的线痕,碱制绒只是在微观层面形成了金字塔结构,但并不能改变线痕宏观层面的轮廓曲线。2)切割线痕会造成硅片表面形成V形沟壑,且当细栅与沟壑垂直时,会对丝网印刷时栅线的连续性造成一定影响。3)对于线痕深度为10～15μm的硅片,采用细栅垂直于线痕的丝网印刷方式时,太阳电池出现了严重的EL断栅及发黑现象,并且影响到其电性能;而采用细栅平行于线痕的丝网印刷方式时,降低了EL断栅概率,并且太阳电池电性能基本不受影响,但存在一定概率的局部印刷粗细不均的情况。该研究对提升太阳电池光电转换效率和良率有积极的参考价值。     

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。     

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%。     

激光掺杂形成硼背场PERL硅太阳电池的研究

研究两种激光器(绿光纳秒调Q激光器和准连续紫外高频锁模激光器)对PERL太阳电池的背面掺硼的效果。通过分析扫描电子显微镜(SEM)、电化学ECV曲线和少子寿命的数据,确定合适的激光器及激光参数。继而研究烧结温度对太阳电池性能的影响。综合分析电池的反射率、内量子效率、电性能参数及烧结后铝硅接触的SEM剖面图,得到最优烧结温度。研究发现用准连续紫外高频锁模激光器(7 W,250 mm/s)进行激光掺硼、以630℃烧结,所得电池效率最高可达19.90%。     

选区发射在硅基纳米线阵列太阳电池中的应用

创新地提出了采用“二次选区发射法”在纳米线阵列的顶部形成高掺杂区,提高了半导体一侧的掺杂浓度,实验结果表明：“二次选区发射法”能有效提高纳米线太阳电池的串联电阻,使最终电池的转换效率提高。此外,还通过测试从电池内部机理角度着重讨论了选区发射法对于提高电池光伏特性的原因,为纳米线阵列太阳电池转换效率的提高打下基础。     

金刚线切割多晶硅片预处理对太阳电池电性能的影响研究

目前,在太阳电池生产过程中多采用酸性混合溶液HF-HNO3-H2O对硅片表面进行织构化处理,即进行制绒处理,以降低硅片表面的反射率,进而提高太阳电池的光电转换效率.对基于金刚线切割的多晶硅片进行预处理,并研究预处理对太阳电池电性能的影响.首先在硅片制绒前先对其表面进行喷砂处理(即预处理),使其表面形貌的微观结构发生变化...     

硅纳米线阵列太阳电池的性能分析

采用金属催化腐蚀法分别在(100)和(111)硅片表面制备出大面积垂直排列和倾斜排列的单晶硅纳米线阵列,垂直阵列在300～1000nm波段的平均反射率约为2.5%,倾斜阵列在该波段的平均反射率约为5%。基于垂直阵列和倾斜阵列制作的硅纳米线阵列太阳电池的最高转换效率分别为9.31%和11.37%。倾斜阵列电池的串联电阻比垂直阵列电池有所减小,使电池填充因子增大,性能有所提升。载流子复合是硅纳米线阵列太阳电池中电学损失的主导,使电池性能明显低于常规单晶硅电池。     

多步扩散制备太阳电池pn结工艺的研究

在制备晶体硅太阳电池pn结的扩散工序中,工艺设计对硅片中磷浓度的分布起重要作用进而会影响电池电性能,通过实验研究,优化得出多步扩散工艺。结果显示,采用多步扩散方法可减少死层、增加电活性磷掺杂量,并能通过适当调整第二次恒定源扩散工艺参数实现对填充因子的独立控制。与常规的两步扩散工艺相比,新工艺制备的太阳电池开路电压Voc升高6 m V,填充因子FF得到明显改善,光电转换效率Eff有0.4%的绝对提升,使组件输出效率CTM相应提高0.97%。     

TOPCon太阳电池中多晶硅层磷掺杂工艺的优化及其对电性能的影响

随着光伏行业的飞速发展，PERC太阳电池技术已无法满足太阳电池光电转换效率的进一步提升，TOPCon太阳电池因具有高光电转换效率，被认为是下一代太阳电池技术的可选方案。针对TOPCon太阳电池的多晶硅层的磷掺杂量、推进温度及推进时间对多晶硅层、硅衬底中磷掺杂特性及电性能参数的影响进行了研究。研究结果显示：在隧穿氧化层及多晶硅层厚度分别设定为1.5和130.0 nm的条件下，磷掺杂参数设置为通源流量为1400 sccm、通源时间为25 min、推进温度为880℃、推进时间为30 min时，既保证了钝化效果，也保证了欧姆接触和寄生吸收在合理的区间，TOPCon太阳电池的光电转换效率达到了最大值，为24.48%。