N型鋁背發(fā)射極太陽電池前面場摻雜分布的優(yōu)化研究

1、    n型鋁背發(fā)射極太陽電池前面場摻雜分布的優(yōu)化研究    賈積凱【摘 要】n型硅鋁背發(fā)射極太陽電池具有高轉(zhuǎn)換效率、無光致衰減、與現(xiàn)有常規(guī)電池生產(chǎn)線兼容的有點(diǎn)，從而降低的n型電池的制造成本。而前面場是這一結(jié)構(gòu)太陽電池的重要組成部分。前面場的作用類似于p型常規(guī)太陽電池鋁背場的作用。前面場可以增強(qiáng)載流子的收集能力，提高電池的開路電壓，以及電池的轉(zhuǎn)換效率。在本文中，前面場的摻雜分布進(jìn)行了細(xì)致的研究。優(yōu)化后的表面濃度在4e+20 cm-3，同時前面場的深度控制在0.25 m到0.3 m之間。太低的摻雜濃度無法提供一個高強(qiáng)度的前面場，而太高的摻雜濃度則引入過多的

2、載流子復(fù)合中心。對于前面場的深度，過薄會增加載流子的橫向電阻，過厚則會影響電池對于短波段光的吸收與轉(zhuǎn)化?！娟P(guān)鍵詞】太陽電池；n型；鋁背發(fā)射極；前面場引言目前，大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的太陽電池絕大部分還是基于p型硅材料的?；旧纤械奶栯姵禺a(chǎn)品都是具有一個同質(zhì)的發(fā)射極、一層pecvd沉積的減反層、以及絲網(wǎng)印刷制備的前后電極?，F(xiàn)今，n型硅電池的開發(fā)興趣越來越濃厚。n型電池具有更高的載流子壽命、更小的載流子俘獲截面、更高的金屬雜質(zhì)耐受性等1； 2； 3.同時，n型太陽電池也克服了p型電池由于硼氧復(fù)合體導(dǎo)致的光致衰減的弱點(diǎn)4.近幾年，許多用于n型硅太陽電池的技術(shù)被開發(fā)出來6； 7； 8；9；10； 11；

3、 12； 13.許多n型硅太陽電池產(chǎn)品開始進(jìn)入市場. 但是這些結(jié)構(gòu)的電池工藝與現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝具有很大的差異，無法與現(xiàn)有p型硅太陽電池生產(chǎn)兼容，并且本身的工藝成本也非常高?？焖?、低成本、與現(xiàn)有p型太陽電池生產(chǎn)兼容的n型太陽電池的開發(fā)就顯得非常重要，而n型鋁背發(fā)射極太陽電池就可以完美做到這一點(diǎn)。christian schmiga等人就報(bào)道了他們在實(shí)驗(yàn)室達(dá)到了19.2%的效率20.。top cell solar international 也已經(jīng)可以生產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率19.2%的大面積（239 cm2），n型太陽電池了21.。一、實(shí)驗(yàn)本論文的實(shí)驗(yàn)是基于6英寸（148.58 cm2）的單晶cz n型硅片的。

4、硅片的電阻率大約是5 ?·cm。整個制備工藝以堿制絨開始，經(jīng)過清洗后進(jìn)行磷擴(kuò)散。擴(kuò)散后硅片方塊電阻為50 ?/。之后進(jìn)行濕法刻蝕，去除邊緣和背面的多余擴(kuò)散部分。同時利用hno3/hf的化學(xué)氣相腐蝕，控制前面場的表面濃度和深度。緊接著硅片正面使用pecvd進(jìn)行氮化硅減反膜的沉積，以及背面絲網(wǎng)印刷全鋁背場。最后進(jìn)行前面表面電極的制備。前表面電極的制備包括了電極下方的重?cái)U(kuò)散，使用表面噴涂磷源加激光擴(kuò)散的方法，使得重?cái)U(kuò)散區(qū)域的方阻降低到15 ?/。二、結(jié)果與討論對于前面場的優(yōu)化主要包括兩個方面，一個是前面場的深度，另一個是表面濃度。在實(shí)驗(yàn)過程中首先進(jìn)行重?cái)U(kuò)散，之后使用hno3/hf的化學(xué)氣相

5、腐蝕，配合低溫下koh的浸泡，控制表面濃度和深度。隨著前面場厚度的增大，電池的串聯(lián)電阻逐步減小，ff逐步增大，這主要是減少了前表面的橫向電阻。但是隨著前面場厚度的增加，電池的短路電流卻一直在減小，當(dāng)前面場厚度超過0.25 m左右時短路電流減小的影響超過了ff增加的效果，所以電池轉(zhuǎn)換效率開始下降。短路電流的下降主要來自于短波長的響應(yīng)減小。在固定前面場深度的情況下，改變表面濃度。根據(jù)前面的分析，前表面場的深度在0.25 m到0.3 m間效果最好。故這里基本控制在0.27 m，表面濃度在1e+20 cm-3-8e+20 cm-3之間變化。由于固定了前表面場的深度，電池短路電流基本穩(wěn)定。隨著表面濃度的

6、提高，電池的串聯(lián)電阻減小，ff提升，這同樣也與前表面的橫向電阻降低有關(guān)。隨著表面濃度的提升，開路電壓先升高后降低。表面濃度的提高，使得前表面場的準(zhǔn)費(fèi)米能級更加靠近導(dǎo)帶底，使得它與基底的準(zhǔn)費(fèi)米能級的能級差變大，這樣可以有效提高前面場的勢壘，提升開路電壓。但是由于前表面場濃度的提高必然因擴(kuò)散而引入大量的擴(kuò)散雜質(zhì)和復(fù)合中心，使得少子壽命降低。因此少子壽命的降低與前表面場勢壘的提高有一個平衡和制約關(guān)系。大概表面濃度在4e+20 cm-3左右時，電池性能最好。三、總結(jié)n型硅鋁背發(fā)射極太陽電池具有高轉(zhuǎn)換效率、無光致衰減、與現(xiàn)有常規(guī)電池生產(chǎn)線兼容的有點(diǎn)，從而降低的n型電池的制造成本。而前面場是這一結(jié)構(gòu)太陽電

7、池的重要組成部分。前面場的作用類似于p型常規(guī)太陽電池鋁背場的作用。前面場可以增強(qiáng)載流子的收集能力，提高電池的開路電壓，以及電池的轉(zhuǎn)換效率。在本文中，前面場的摻雜分布進(jìn)行了細(xì)致的研究。前面場的深度將主要影響電池的短路電流和ff；表面濃度主要影響電池的開路電壓和ff。優(yōu)化后的表面濃度在4e+20 cm-3，同時前面場的深度控制在0.25 m到0.3 m之間。太低的摻雜濃度無法提供一個高強(qiáng)度的前面場，而太高的摻雜濃度則引入過多的載流子復(fù)合中心。對于前面場的深度，過薄會增加載流子的橫向電阻，過厚則會影響電池對于短波段光的吸收與轉(zhuǎn)化。參考文獻(xiàn)：1cotter， j.e.， guo， j.h.， cous

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