隧穿氧化硅金屬鈧電子選擇收集鈍化接觸結(jié)構(gòu)在N型晶硅電池中的應(yīng)用

1、隧穿氧化硅 / 金屬鈧電子選擇收集鈍化接觸結(jié)構(gòu)在 N 型晶硅電池中的應(yīng)用由于 N 型硅片具有體壽命高、 幾乎無(wú)光致衰減效應(yīng)、 對(duì)常見(jiàn)雜質(zhì)元素容忍度 高等優(yōu)點(diǎn)，因此相比P型晶硅電池,N型晶硅電池有望獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率。 但是,N型晶硅電池存在電子收集困難、 擴(kuò)硼難等問(wèn)題，同時(shí)進(jìn)一步提高電池效率 必須降低表面復(fù)合速率。電子選擇收集接觸鈍化結(jié)構(gòu)的引入可以同時(shí)改善界面接觸并具有表面鈍化 作用,同時(shí)實(shí)現(xiàn)全表面的載流子收集結(jié)構(gòu)可以獲得更高的填充因子 ,其應(yīng)用有助 于制備更高效率的N型晶硅電池。本文主要研究了隧穿氧化硅/金屬鈧電子選擇 收集鈍化接觸結(jié)構(gòu)在N型晶硅電池中的應(yīng)用。隧穿氧化硅（SiOx）可以飽

2、和硅表面的懸掛鍵,帶來(lái)一定的化學(xué) 鈍化效果；低功函數(shù)金屬鈧（Sc）的引入可以改善界面接觸,同時(shí)具有場(chǎng)鈍化作用。 本文研究了熱硝酸法隧穿氧化硅、E型槍電子束（E-beam真空蒸發(fā)法Sc薄膜 的制備工藝、物相、化學(xué)元素分析以及隧穿氧化硅/低功函數(shù)金屬Sc薄膜結(jié)構(gòu)的 電學(xué)性能、在晶硅電池中的應(yīng)用,最后使用AFORS-HE軟件模擬了隧穿 SiOx/ 低功函數(shù)金屬作為電子選擇收集鈍化接觸結(jié)構(gòu)的性能。主要研究結(jié)果如下：（1）熱硝酸氧化法制備的SiOx厚度隨硝酸 溫度、浸入硝酸時(shí)間的增加而增加，其厚度在1-2 nm范圍內(nèi)；后續(xù)的退火處理會(huì) 導(dǎo)致SiOx厚度增加，溫度越高，厚度越高。同時(shí)退火還能改善 SiOx

3、的鈍化性能,經(jīng)X射線光電子能譜分析,這歸因于高溫處理會(huì)使 Si-O 鍵飽和程度提高 ,Si4+ 鍵比例增加。當(dāng)溫度為875C時(shí),氧化硅的鈍化性能最佳,當(dāng)溫度超過(guò)900C時(shí),SiOxv/sub鈍化性能下降。(2)臺(tái)階儀測(cè)量結(jié)果、透射電子顯微鏡(TEM 截面圖分析結(jié)果表明，E-beam真空蒸發(fā)法制備的Sc薄膜厚度均勻可控；掃描探針 顯微鏡(SPM的3D形貌圖表明Sc薄膜的表面粗糙度極小。TEM截面元素面掃表明:0元素進(jìn)入到Sc層中并和Sc發(fā)生反應(yīng)并生成ScOx。紫外光電子能譜測(cè)試出 n-Si/SiOx/Sc 的界面功函數(shù)約3.65 eV, 略高于理論值。(3) Sc代替鋁(AI)和1 Q .cm的

4、n-Si直接接觸可以將肖特基接觸改善為 歐姆接觸；同時(shí),在n-Si和Sc間插入500E -900 C退火的SiOx,界面 仍能保持為歐姆接觸 , 隨著氧化硅退火溫度增加 , 界面接觸電阻率增加。n-Si/SiOx/Sc 界面的歐姆特性在經(jīng)過(guò)短時(shí)退火或者長(zhǎng)期放置后仍 能保持。當(dāng)退火溫度超過(guò)920E ,界面接觸特性由于電子隧穿能力下降而重新變成肖 特基接觸。當(dāng)插入700E退火的氧化硅層時(shí),SiOx/Sc結(jié)構(gòu)的化學(xué)鈍 化和場(chǎng)鈍化達(dá)到最佳配合 ,i Voc 達(dá)到 623 mV。(4) 對(duì)于電池工藝來(lái)說(shuō),700 C是最佳的SiOx退火溫度。使用 全背SiOx/Sc鈍化接觸結(jié)構(gòu)代替全背 Al接觸的N型晶硅

5、電池,其電 池效率有約 4%的提升。金屬化后退火有助于改善前柵線電極與擴(kuò)散層之間的接觸 : 對(duì)于含全背SiOx/Sc結(jié)構(gòu)的電池樣品,250 C、5 min的快速退火可以提升 FF到 75%以上；當(dāng)溫度繼續(xù)升高 ,鈍化效果會(huì)急劇下降。 (5)數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn) :隧穿 SiOx/低功函數(shù)金屬結(jié)構(gòu)的鈍化受SiOx的厚度、質(zhì)量以及金屬的功函數(shù)的影響 , 如果想要獲得較好的鈍化效果 , 必須滿足以下要求:SiOx 厚度為 1.2-1.6 nm 界面缺陷態(tài)密度 Dit<1x 10100 cm- 2/eV、孔洞（pinhole ）密度Dph<1 x 10- 4 同時(shí)金屬功函數(shù)w 3.6 eV。當(dāng)金屬功函數(shù)w 3.6 eV,促進(jìn)