用于高效硅太阳电池的原子层沉积Al2O3表面钝化特性研究

系统研究了采用热-原子层沉积技术生长的Al2O3对p型晶体硅的表面钝化特性.Al2O3膜层的钝化质量通过采用微波光电导衰减的方法证明Al2O3介质层可提供优异的表面钝化效果.此外,通过采用C-V技术和椭圆偏振光谱测试技术对Al2O3介质层的表征证明,除了薄膜层中的负固定电荷,Al2O3介质层的H的含量在钝化效果中起着关键作用.     

原子层沉积Al_2O_3钝化膜在太阳电池上的应用研究

通过原子层沉积(ALD)法制备晶体硅钝化发射极背面接触(PERC)太阳电池中的Al_2O_3钝化膜,研究ALD工艺三甲基铝(TMA)流量、H_2O流量对Al_2O_3沉积速率的影响。采用不同厚度的Al_2O_3钝化膜制备晶体硅PERC太阳电池,结果显示电池效率随Al_2O_3膜厚的增加呈先升后降趋势,Al_2O_3厚度为7 nm时电池效率最高,达到了19.15%。     

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。     

非晶硅对MoO_x/c-Si异质结太阳电池器件的影响

室温下电子束蒸发沉积氧化钼(MoO_x)薄膜呈非晶态,光学带隙约为3.6 eV,与单晶硅表面构成MoO_x/c-Si异质结并具有钝化作用,但明显低于i∶α-Si∶H钝化。ITO/MoO_x/i∶α-Si∶H/n∶c-Si/i∶α-Si∶H/n+∶α-Si∶H/Al太阳电池结构,既有晶硅前后表面钝化,又增加了背电场层,适当的MoO_x厚度可获得电池的最高效率(15.5%);若取消晶硅表面i∶a-Si∶H钝化,与HIT(heterojunction with intrinsic thinlayer)电池类似,硅的前表面复合增大,电池效率降为11.5%;若取消背表面i∶a-Si∶H钝化及背电场材料n~+∶a-Si∶H,电池效率急剧下降到8.3%,这表明背表面钝化及背电场,对MoO_x/c-Si异质结太阳电池特性具有更为重要的作用,对高效器件制备具有一定指导意义。     

基于溅射后腐蚀ZnO的单结微晶硅太阳电池中的陷光研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术,研究衬底表面形貌和电学特性的变化对微晶硅单结太阳电池性能的影响。通过对不同腐蚀时间溅射ZnO∶Al衬底及基于此的微晶硅单结电池进行研究发现:衬底表面横纵特征尺寸可通过腐蚀时间进行有效调控,光电性能的权衡使其存在最优化衬底腐蚀时间,从而使微晶硅单结电池达到最大光吸收和高电学性能。对衬底陷光结构和电池工艺进一步调整,获得初始效率达10.01%的单结微晶硅薄膜太阳电池,将其应用到非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结叠层电池中,电池效率可达14.51%。     

氢等离子体处理钝化层对高效晶硅异质结太阳电池性能的影响

研究不同时间氢等离子体处理（HPT）氢化非晶硅a-Si:H（i）钝化层对高效晶硅异质结太阳电池（效率>23％）性能的影响。发现适当时间的HPT可改善钝化效果提升电池性能,但过长时间的HPT可导致薄膜钝化效果变差,有效少数载流子寿命降低。分析认为HPT时间过长,H原子进入到a-Si:H（i）薄膜层中,导致薄膜内部SiH₂增多,微结构因子（R）增大,薄膜质量变差。并且,适当时间的HPT改善太阳电池性能的幅度有限,而过长时间的HPT导致电池性能下降却很明显。因此,针对高效率的晶硅异质结太阳电池,应对钝化层沉积之后的HPT工艺进行谨慎控制。     

H_2O和O_3对热原子层沉积Al_2O_3薄膜性能研究

采用热原子层沉积的方法,以三甲基铝(TMA)为铝源,配合H_2O、O_3及H_2O+O_3这3种不同的氧化剂制备Al_2O_3薄膜并研究Al_2O_3薄膜的生长、元素分布、薄膜结构和表面钝化质量随氧化剂种类和后退火工艺的变化规律。结果表明,H_2O基的Al_2O_3薄膜具有较高的沉积速率及薄膜折射率,同时具有较低的杂质元素浓度和界面态缺陷密度;O_3基的Al_2O_3薄膜则具有较高的固定负电荷密度和较好的热稳定性。通过在O_3工艺中加入H_2O,可有效降低Al_2O_3薄膜中杂质元素浓度和界面缺陷态密度,同时保留O_3基Al_2O_3薄膜中较高的固定负电荷密度,从而在钝化性能上兼具两者的优势。     

薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF—PECVD)技术制备非晶硅顶电池，采用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF—PECVD)技术制备微晶硅底电池，初步优化研究了薄膜非晶硅／微晶硅叠层太阳电池顶电池与底电池的本征吸收层厚度匹配与电池电流匹配，以及氧化锌／金属复合背反射电极对电池的作用。研制出了面积为1．0cm^2效率达9．83％的薄膜非晶硅／微晶硅叠层太阳电池。     

晶硅异质结太阳电池nc-Si:H/nc-SiOx:H叠层窗口层研究

该研究制备高电导、高透明的磷掺杂氢化纳米晶硅氧(nc-Si O_x:H)薄膜,应用于晶硅异质结(SHJ)太阳电池的窗口层以替代传统的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜。与以a-Si:H薄膜为窗口层的电池相比,短路电流密度提高0.5 m A/cm²,达到38.5 m A/cm²,填充因子为82.7%,光电转换效率为23.5%。实验发现,在nc-Si O_x:H薄膜沉积前对本征非晶硅层表面进行处理,沉积1 nm纳米晶硅(nc-Si:H)种子层,可改善nc-Si O_x:H薄膜的晶化率,降低薄膜中的非晶相含量。与单层nc-Si O_x:H窗口层的电池相比,nc-Si:H/nc-Si O_x:H叠层结构提高电池填充因子,达到83.4%,光电转换效率增加了0.3%,达到23.8%。     

Al_2O_3背钝化太阳电池量产工艺研究

通过在大规模工业生产线上进行Al2O3背钝化太阳电池试制,对最终结果进行分析研究,总结出对Al2O3背钝化太阳电池有着主要影响的工艺过程与工艺步骤,为Al2O3背钝化太阳电池的生产提供参考。     

非晶孵化层对高速生长微晶硅电池性能的影响

采用高压高功率的甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术,以不同的反应气体总流量制备出沉积速率大于1nm/s、次带吸收系数(α0.8eV)小于2.5cm-1且具有相同晶化率的本征微晶硅薄膜,然而将其应用在微晶硅电池中时,电池性能却有明显差异.通过对微晶硅电池的光、暗态J-V,量子效率(QE)和微区拉曼(Raman)测试发现,微晶硅薄膜中非晶孵化层厚度的不同是引起电池性能差异的主要原因.反应气体总流量较低时沉积的微晶硅薄膜具有较厚的非晶孵化层,阻碍了载流子的输运,使电池的长波光谱响应下降,从而降低了电池的短路电流密度与填充因子;而增加总气体流量,有效减小了微晶硅薄膜中的非晶孵化层的厚度,从而使电池性能得到改善.最后在总气体流量为500sccm时,制备得到沉积速率为1nm/s,效率为7.3%的单结微晶硅太阳电池.     

低温沉积硅薄膜电池及其在塑料衬底上的应用

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,保持衬底温度在125℃沉积硅薄膜材料及电池,研究了硅烷浓度、辉光功率等沉积参数对材料和电池性能的影响。在125℃的低温条件下,通过优化沉积工艺,在玻璃衬底和PET塑料衬底上分别制备出效率达到6.8%和3.9%的单结非晶硅电池。在PET衬底上,将低温沉积非晶硅电池的技术应用于的叠层电池的顶电池,制备出效率为4.6%的非晶/微晶硅叠层电池。     

开口隔离层上多晶硅薄膜制备

在SSP硅带衬底上制备开口SiO2隔离层,在隔离层上沉积多晶硅薄膜籽晶层;然后以ZMR将制备的多晶硅薄膜区融、进行再结晶,制备了SSP隔离层上多晶硅薄膜,并制备了多晶硅薄膜电池。研究结果表明:ZMR对籽晶层的区融、结晶效果比较理想,晶粒尺寸增大到厘米级长、毫米级宽;经过晶硅薄膜沉积后,开口隔离层的孔洞未完全被多晶硅薄膜层覆盖住;制备的电池的光特性参数Voc、Isc、FF都比较低,电池的最高转换效率为3.83%;指出了改进的工艺措施。     

磁控溅射四元靶材法制备17.5%效率CIGS电池研究

使用磁控溅射铜铟镓硒(CuIn_(1-x) Ga_xSe_2,CIGS)四元靶材制备沉积态预制膜,重点研究硒化时硒化氢(H_2Se)浓度对吸收层晶粒尺寸以及电池性能的影响。研究表明,当H_2Se浓度从1%提高到5%时,随着H_2Se浓度的升高,吸收层晶粒尺寸增大,减少作为载流子复合中心的晶界缺陷,有利于提高电池开路电压和短路电流,最终提高电池效率。H_2Se浓度从5%进一步提高到10%时,虽然晶粒尺寸进一步增加,但是表面镓含量下降导致表面禁带宽度降低,电池开路电压没有进一步提高。通过先硒化后硫化热处理工艺,可得到表面和底部禁带宽度高于吸收层内部的U型能带结构。硫化处理后,电池平均开路电压从539 mV提高至619 mV,电池平均效率从14.1%提高至15.9%。在制备减反层MgF_2后,获得最高效率为17.5%的电池。     

制备温度对(a-C∶Fe)/Al_2O_3/Si结构光电转换效应影响的研究

采用脉冲激光沉积法在n-Si(100)衬底上制备氧化铝膜(Al2O3)和不同温度下的铁掺杂非晶碳薄膜(a-C∶Fe)。I-V特性曲线表明:制备的a-C∶Fe/Al2O3/Si异质结结构具有明显的整流特性和光伏效应,碳膜的制备温度对a-C∶Fe/Al2O3/Si结构电池光伏性能有显著影响。合适的沉积温度能显著增大异质结的开路电压和短路电流,进而增大异质结的光电转换效率,在碳膜制备温度为350℃时,异质结获得最佳光电转换效率。当制备温度超过350℃时,电池的开路电压与短路电流大幅度减小。通过对a-C∶Fe膜的拉曼光谱分析显示,随着制备温度的升高,非晶碳膜的结构经历了从类金刚石向类石墨化的转变,从而对电池的光电转换特性造成显著影响。     

PERC电池背表面钝化的PC1D仿真分析

采用PC1D软件仿真分析钝化发射极及背接触(passivation emitter and rear contact,PERC)电池;模拟结果表明:降低电池的背表面复合速率有利于增强电池性能、提高电池长波响应。PERC电池由于背表面钝化可采用较低的背场厚度;背钝化层中的表面电荷对高背表面复合速率的电池性能的提升作用显著,但在背表面复合速率较低时影响不大;实测得到PERC电池比常规全铝背接触电池的开路电压和短路电流分别增大1.56%和2.56%。     

Al2O3/SiOxNy/SiNx叠层钝化膜对PERC太阳电池性能及LID效应的研究

由于等离子体增强化学的气相沉积（PECVD）法制备的SiO_xN_y薄膜中含有大量H原子,因而具有优异的表面钝化性能。通过在PERC太阳电池的Al₂O₃/SiN_x背钝化叠层中间插入一层SiO_xN_y薄膜,形成Al₂O₃/SiO_xN_y/SiN_x结构,可避免SiN_x所带的固定正电荷对Al₂O₃负电荷场钝化效应的负面影响。试验结果表明,硅片少子寿命从原来的130 μs提高至162 μs,电池转换效率增加0.09%。同时,基于Al₂O₃/SiO_xN_y/SiN_x背钝化的PERC太阳电池的LID也得到了改善,由对照组的1.83%下降到实验组的1.09%。     

SOI材料上硅薄膜电池的研究

用注氧隔离法在单晶硅衬底中形成SiO2隔离层,制备成SOI(SiliconOnInsulator)衬底,用快速化学汽相沉积(RTCVD)法在此衬底上制备硅薄膜,热扩散形成PN结,制备成薄膜太阳电池,电池表面钝化及减反膜采用的是等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法制备的SiN,薄膜电池的电极全部由正面引出,制成的23μm厚薄膜电池的光电转换效率为8 12%(1×1cm2,AM1 5,23℃)。扩展电阻的测量表明电池有良好的PN结特性;量子效率测量表明SiN比常规的热氧化SiO2有更好的减反射和钝化作用;电池的暗特性表明电池具有较高的串联电阻,并分析了正面引电极对串联电阻的影响。     

n型TOPCon太阳电池PECVD路线磷活性掺杂技术的改善研究

针对n型TOPCon太阳电池采用PECVD技术时存在的磷烷耗量偏高、多晶硅磷活性掺杂浓度偏低和多晶硅层场钝化效果偏差的问题，通过进行不同的原位掺杂非晶硅沉积工艺实验和磷沉积退火实验来寻找合适的解决方式。实验结果显示：1)采用变磷烷流量原位掺杂工艺的实验片的多晶硅磷活性掺杂浓度平均值比采用恒磷烷流量原位掺杂工艺的实验片的高2.19×1020/cm3;2)钝化效果方面，相较于采用恒磷烷流量原位掺杂工艺的实验片，采用变磷烷流量原位掺杂工艺的实验片的隐性开路电压和隐性填充因子分别高5 mV和0.42%;3)在采用变磷烷流量原位掺杂工艺的前提下，相较于采用常规退火工艺制成的太阳电池，采用磷沉积退火工艺制成的太阳电池的开路电压提高了3 mV，短路电流提高了0.02 mA，填充因子提高了0.54%，并联电阻增加了10Ω，光电转换效率提升了0.14%。采用PECVD技术路线制备TOPCon太阳电池时，变磷烷流量原位掺杂工艺搭配磷沉积退火工艺有明显的提升太阳电池光电转换效率的效果。     

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。