黑硅太陽電池制備工藝研究進展和性能提升

1、摘要：黑硅材料特殊的微觀納米結(jié)構(gòu)使其具備卓越的減反射性能，促使研究人員將其用于太陽電池的研發(fā)。然而，其優(yōu)異的減反射性能和嚴重的載流子復合、收集之間存在著矛盾，難以達到很好的平衡。本文概述了黑硅太陽電池的研究進展，并基于對其制備工藝的理解，結(jié)合大量文獻對其性能制約因素、工藝控制要點和性能提升方案進行了分析和討論，最后對其未來的發(fā)展進行了展望。一、前言盡可能避免光學和電學損失，是太陽電池研究關(guān)注的兩個核心問題。其中，減反射技術(shù)是解決太陽電池光學損失，提升太陽光譜利用率的重要手段。而電學性能的提升則主要通過減少光生載流子的復合來實現(xiàn)。近年來，基于硅納米結(jié)構(gòu)的太陽電池，特別是黑硅太陽電池（BSC），憑

2、借其卓越的減反射性能，得到了學界和業(yè)界的關(guān)注。很多研究機構(gòu)圍繞BSC展開了廣泛的研究，主要包括：黑硅的制備工藝1-27、黑硅發(fā)射結(jié)鈍化工藝2,6,7,19-25,28-37、BSC制備工藝及其對太陽電池性能的影響19-37等。伴隨著這些研究工作的開展，BSC在近幾年得到了快速的發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)換效率從早期的低于10%（單晶）和5%（多晶）27逐漸提高到了目前的約18.2%（單晶）34和17%（多晶）37。但需要承認的是，BSC的轉(zhuǎn)換效率還是落后于傳統(tǒng)的晶硅太陽電池，一些關(guān)鍵的問題亟待闡明。因次，對BSC領(lǐng)域的研究進展進行總結(jié)和梳理是很有必要的。目前公開發(fā)表的關(guān)于BSC研究的綜述性論文，大都傾向于

3、介紹黑硅的制備工藝，涉及電池后道工藝對比、優(yōu)化等方面的介紹和討論都非常不足。而涉及發(fā)射結(jié)鈍化、電接觸優(yōu)化、先進黑硅電池結(jié)構(gòu)等方面內(nèi)容的綜述性論文則幾乎沒有。為此，本文以電池工藝為主線，首先概述目前BSC的常規(guī)工藝流程以及各工序的具體實現(xiàn)方案（第二節(jié)）、其次結(jié)合大量前沿文獻對常規(guī)BSC的研究進展做一小結(jié)（第三節(jié)）、然后對BSC工藝中所存在的性能制約因素進行分析，并結(jié)合文獻給出一些BSC工藝控制要點和性能提升的方案（第四節(jié)）、最后對其未來的發(fā)展進行了展望（第五節(jié)）。二、常規(guī)黑硅太陽電池制備工藝從半導體器件物理的角度而言，太陽能光伏器件的核心部分就是PN結(jié)。目前的硅納米結(jié)構(gòu)BSC研究領(lǐng)域中，根據(jù)PN

4、結(jié)的成結(jié)特點，大致可以分為兩個大類：平面結(jié)和徑向結(jié)。其中，平面結(jié)是目前絕大部分太陽電池所采用的結(jié)構(gòu)，商業(yè)化的硅基太陽電池全部都采用此結(jié)構(gòu)。而徑向結(jié)雖然在載流子收集方面存在優(yōu)勢，但由于其制造工藝相對復雜，在可控性和成本方面還存在瓶頸，因此該技術(shù)目前還停留在實驗室階段。所以，本節(jié)僅討論平面PN結(jié)BSC制備工藝。一般而言，目前常規(guī)的BSC工藝和商業(yè)化晶硅太陽電池工藝是十分接近的，其主要工藝流程如圖1所示，主要包括：黑硅制備（相當于制絨工序）、擴散制結(jié)、黑硅發(fā)射結(jié)鈍化、電極絲網(wǎng)印刷、共燒結(jié)等工序。其中，擴散制結(jié)、電極絲網(wǎng)印刷、共燒結(jié)工藝和商業(yè)化的晶硅電池擴散工藝是相同的，在此不做贅述。關(guān)于黑硅的制備，

5、目前有多種方法可以實現(xiàn)，主要包括：反應離子刻蝕（RIE）1-7,23-26、金屬輔助刻蝕（MAE）8-14,27-37、激光加工（LP）15-17、化學氣相沉積（CVD）18和等離子體浸沒離子注入（PIII）19-22等。其中，RIE、MAE和PIII是目前黑硅太陽電池研究中較為常見的。如讀者要更加系統(tǒng)的了解黑硅的制備方法，請參見相關(guān)參考文獻38,39。而黑硅發(fā)射結(jié)鈍化工序，目前主要通過四種方案實現(xiàn)：氮化硅（SiNx）鈍化19-25,37、氧化硅（SiOx）鈍化29，34,35、SiOx/SiNx疊層鈍化31,32,36、原子層沉積（ALD）鈍化2,6,7。其中，前兩種鈍化方案，特別是SiNx

6、鈍化，廣泛應用于當前主流的晶硅電池工藝中。后兩種鈍化方案相對復雜、成本相對較高，但鈍化效果更好，這些鈍化方案的特點將在第四節(jié)中進行重點討論。圖1 黑硅太陽電池工藝流程簡圖三、黑硅太陽電池研究歷程2005年，清華大學朱靜課題組27利用MAE法在單晶硅和多晶硅襯底上制備出了納米線陣列黑硅，并將其應用于光伏器件。但由于沒有對黑硅發(fā)射結(jié)進行鈍化，無法抑制光生載流子的表面復合，導致前接觸電極電流收集效率不高，獲得了效率為9.31%（單晶硅）和4.73%（多晶硅）的太陽電池。2006年，德國Walter Schottky研究所的Koynov, Svetoslav等人28采用干氧SiOx層對MAE

7、法制備的黑硅發(fā)射結(jié)進行鈍化，在三晶硅和多晶硅上獲得效率約為14%（三晶硅）和12%（多晶硅）的電池器件。2008年，韓國能源研究所的Yoo, Jinsu等人23用SiNx層對RIE法制備的黑硅發(fā)射結(jié)進行鈍化，在單晶硅上獲得效率15.1%的太陽電池。之后，他們于2010年對RIE工藝進行優(yōu)化，分別在單晶硅24和多晶硅上25，獲得效率為16.7%和16.1%的太陽電池。約一年后，中科院微電子所的夏洋課題組19利用PIII法在單晶硅上制備了黑硅，并用SiNx層作為電池鈍化層，最終電池效率為15.68%。同年，美國可再生能源實驗室（NREL）的Toor, Fatima等人29利用MAE法對黑硅層厚度進

8、行優(yōu)化，并對黑硅發(fā)射結(jié)進行熱氧化SiOx層鈍化，最終在區(qū)熔單晶上獲得效率為17.1%的電池。國立臺灣科技大學的Huang, Bohr-Ran等人30采用MAE法制備了效率為10.15%的未經(jīng)鈍化的單晶黑硅太陽電池，他們深入研究了黑硅層厚度（納米線陣列長度）和電池效率的關(guān)系。中科院物理所的Liu, Yaoping等人31,將SiNx/SiOx疊層鈍化工藝應用于MAE法制備的黑硅發(fā)射結(jié)上，在多晶硅上得到了效率為15.8%的太陽電池。國立臺灣清華大學的Hsu, W. Chuck等人32采取相似的鈍化工藝，并通過減薄黑硅層厚度，制備了效率為16.39%的多晶黑硅太陽電池。2012年，夏洋課題組20利用

9、PIII法和SiNx層鈍化工藝在多晶硅上獲得了效率為15.99%的器件，然后通過對SiNx層鈍化工藝的優(yōu)化，將效率提升至16.25%21，繼而又對電池工藝步驟進行調(diào)整，將黑硅制備工序置于硅片的擴散制結(jié)工序之后，抑制黑硅擴散制結(jié)的不均勻性而引入的側(cè)向電場，再次將多晶黑硅太陽電池效率提升至16.3%22。同年，NREL的Yuan, Hao-Chih利用液相沉積SiOx-退火工藝鈍化MAE法制備的黑硅發(fā)射結(jié)，在區(qū)熔單晶上獲得效率為16.4%的電池。NREL的Oh, Jihun等人34深入研究了MAE法制備的黑硅的復合性質(zhì)，實現(xiàn)了俄歇復合、表面復合的識別和分離量化，并將SiOx層鈍化和掩膜光刻相結(jié)合，

10、在區(qū)熔單晶上得到了效率為18.2%的太陽電池。2013年，大連理工大學的Liu, W. F.等人35采用MAE法和熱氧化SiOx層鈍化工藝，制備了效率為12.22%的單晶黑硅太陽電池，他們主要研究了不同溫度的鈍化工藝對電池性能的影響。同年，韓國LG電子的Lee, Kyoung-soo等人26通過調(diào)控RIE后道去損工藝和黑硅微觀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對自掩膜RIE的工藝優(yōu)化，得到了效率為16.32%的多晶黑硅太陽電池。同年，上海交通大學Lin, X. X.等人36采用MAE法和SiNx/SiOx疊層鈍化工藝，獲得了效率為17.11%的單晶黑硅太陽電池。Liu, Yaoping等人37將選擇性發(fā)射結(jié)（SE）

11、工藝、MAE法、SiNx鈍化工藝整合，在多晶硅上制備了選擇性黑硅發(fā)射結(jié)太陽電池，其效率達16.94%，開創(chuàng)了先進電池工藝應用于黑硅太陽電池的先河。為了能夠更加清晰、詳盡的了解BSC的研究歷程，更加直觀的認識BSC工藝優(yōu)化和器件性能的情況，筆者將上述研究進展以表格形式呈現(xiàn)，見表一。 表一 黑硅太陽電池研究進展一覽表注：Voc開路電壓（單位：mV）； Jsc短路電流密度（單位：mA/cm2）； FF填充因子（百分比）；Eff光電轉(zhuǎn)換效率（百分比）； 面積/規(guī)格（cm2或mm x mm）。從上表可以看到：從2005年至今，BSC得到了快速發(fā)展，電池轉(zhuǎn)換效率逼近目前的晶硅電池。但需要承認的是

12、，絕大部分BSC的轉(zhuǎn)換效率還是落后于傳統(tǒng)的晶硅太陽電池。因此，有必要對BSC關(guān)鍵工藝、性能制約因素進行分析，并給出一些可行的解決方案。四 黑硅太陽電池性能制約關(guān)鍵工序、控制要點和性能提升方案初探黑硅制備黑硅的反射率和表面復合間的相互制約在黑硅的制備過程中，隨著制備時間（刻蝕時間-Etch time）的增加，黑硅層厚度（和硅納米線、棒長度成正比）也在增加，黑硅的反射率繼續(xù)變低或趨于飽和23-25,30,31。這一現(xiàn)象在RIE法23和MAE法31制備的黑硅中都有出現(xiàn)，典型的例子如圖2所示。其中，圖2（a）為MAE法經(jīng)不同刻蝕時間制備的黑硅的反射率31，圖2（b）是RIE法經(jīng)不同刻蝕時間反射率、黑硅

13、厚度變化的情況23。  圖 2（a） MAE 法不同刻蝕時間制備的黑硅的反射率 ； （ b）RIE 法在不同刻蝕時間下的反射率和黑硅厚度 ；表二 不同BSC間的性能參數(shù)對比注：Voc開路電壓（單位：mV）； Jsc短路電流密度（單位：mA/cm2）； FF填充因子（百分比）；Eff光電轉(zhuǎn)換效率（百分比）；Rs電池串聯(lián)電阻（單位：）；Rsh電池并聯(lián)電阻（單位：）。反射率的降低有助于避免光損失，但是相應的黑硅表面積也隨之增加，這會加劇載流子的表面復合，影響電池的性能。Hsu, W. Chuck等人32對比了不同黑硅厚度（不同的表面積）的太陽電池性能（結(jié)果如表二所示），

14、發(fā)現(xiàn)：隨著黑硅層厚度的增加，電池參數(shù)普遍有惡化傾向。因此，減反射性能和其它電池參數(shù)間是存在競爭的，黑硅層厚度（硅納米結(jié)構(gòu)的長度）存在一個使各性能指標達到平衡的最優(yōu)化值。黑硅制備工藝優(yōu)化由上述4.1.1的分析可知：為避免大的黑硅表面積所導致的表面復合，在將黑硅的反射率維持在一個可接受的、較低的水平的同時，應該盡可能的減薄黑硅層的厚度，即較短的黑硅制備（刻蝕）時間。Toor, Fatima等人29對黑硅制備工藝進行改良，硅片經(jīng)堿制絨后，再用傳統(tǒng)的MAE法制備黑硅，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的倒金字塔絨面和硅納米結(jié)構(gòu)相結(jié)合的多尺度減反射絨面，其減反射性能和內(nèi)量子效率(IQE)如圖3所示。從圖中可以看出：相同刻蝕時間

15、下，400-1200納米（nm）范圍內(nèi)的反射率和平均反射率，兩步制絨的黑硅(圖中用Pyramid標示)都較一步法MAE制絨（圖中用Planar標示）要低圖3(a)。而兩步制絨的黑硅其IQE表現(xiàn)也比一步法MAE制絨要好，且短波光譜響應隨刻蝕時間的減少而提升，最佳IQE的黑硅制絨時間為1分鐘（min）圖3(b)，對應的黑硅層厚約為100nm（0.1um），這和Hsu, W. Chuck等人32的研究結(jié)果一致。由此可以看出：通過優(yōu)化黑硅制備工藝，可以減薄黑硅層厚度，降低黑硅表面復合，提升短波光譜響應。圖3 一步法和兩步法經(jīng)不同刻蝕時間制備的黑硅的反射率（a）和內(nèi)量子效率（b）；擴散制結(jié)黑硅PN結(jié)結(jié)深

16、不均勻性如果將黑硅厚度（納米結(jié)構(gòu)的長度），和去刀損、酸/堿制絨所引入的硅片表面起伏都考慮在內(nèi)，其軸向（縱向）起伏的長度和一般的BSC的PN結(jié)結(jié)深（300-500nm）相比已不容忽略。如采用常規(guī)的黑硅發(fā)射結(jié)制備工藝：黑硅制備擴散制結(jié)，黑硅的軸向（縱向）起伏會影響摻雜的均勻性（結(jié)深的均勻性），從而引入側(cè)向電場，導致并聯(lián)電阻減小和反向電流密度的增大，從而影響器件性能22。黑硅的直徑（橫向尺度）一般在幾十納米量級，僅僅相當于PN結(jié)結(jié)深的1/10左右。傳統(tǒng)的擴散摻雜將導致黑硅層成為“死層”，影響光生載流子的擴散。因為和黑硅表面積相關(guān)的表面復合可以通過減薄黑硅層厚度加以抑制，而對于重摻雜的黑硅區(qū)域，其載流

17、子的復合路徑則由俄歇復合所主導，中等摻雜的黑硅區(qū)域，則受表面復合和俄歇復合共同支配，圖4簡要示意了這種復合機制34。圖4 黑硅復合機制簡圖擴散制結(jié)工藝優(yōu)化為了減少4.2.1中所述的PN結(jié)結(jié)深不均勻性所帶來的不利影響，夏洋等人22對擴散工藝進行調(diào)整，采用先發(fā)射結(jié)擴散，再進行黑硅制備的改進工藝路線。圖5是兩種工藝路線制備的黑硅PN結(jié)的掃描電鏡圖像（SEM）和電子束誘生電流譜圖像（EBIC）。圖5（c）和（d）中紫色區(qū)域代表PN結(jié)耗盡區(qū)寬度，從中可以看到：采用傳統(tǒng)工藝路線制備的PN結(jié)，其耗盡區(qū)寬度在670nm-860nm范圍內(nèi)變化，而采用改進工藝路線制備的PN結(jié)，其耗盡區(qū)寬度在800nm-815nm

18、范圍內(nèi)變化。這說明改進工藝路線制備的PN結(jié)結(jié)深更加均勻，不同區(qū)域的電勢差更小，相應的側(cè)向電場強度也更小，最終的電池光電轉(zhuǎn)換效率也從15.5%提升至16.3%，證明了對擴散制結(jié)工藝進行優(yōu)化的可行性22。圖5 傳統(tǒng)工藝和改進工藝制備的黑硅PN結(jié)的（a）、（b）掃描電鏡圖像（SEM）和（c）、（d）電子束誘生電流譜圖像（EBIC）在第二節(jié)中，我們提到：氮化硅（SiNx）鈍化19-25,37、氧化硅（SiOx）鈍化29,34,35、SiOx/SiNx疊層鈍化31,32,36、原子層沉積（ALD）鈍化2,6,7是目前黑硅發(fā)射結(jié)鈍化工序的四種主要技術(shù)方案。其中，ALD鈍化技術(shù)其鈍化效果堪稱卓越，Otto,

19、 Martin等人2將ALD技術(shù)應用于RIE法制備的黑硅，將黑硅表面復合速度（Seff）降至13厘米/秒（cm/s）以下，鈍化后的黑硅的有效載流子壽命可達毫秒量級。但是，目前絕大多數(shù)的ALD技術(shù)設(shè)備還僅僅用于實驗室研發(fā)，用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的商業(yè)化設(shè)備還在研發(fā)階段，這也使得該技術(shù)在成本方面還面臨挑戰(zhàn)，其后續(xù)的發(fā)展筆者將在第五節(jié)進行概述。這里，我們將重點討論前三種技術(shù)的優(yōu)劣。在第三節(jié)中，我們可以看到SiNx、SiOx、SiOx/SiNx疊層鈍化三種技術(shù)都可以應用于BSC工藝。那么這三種技術(shù)到底孰優(yōu)孰劣呢？Lin, X. X.等人36系統(tǒng)的對比了這三種鈍化技術(shù)在單晶BSC工藝中的表現(xiàn)（如圖6）。從圖

20、中可以看到：SiOx/SiNx疊層鈍化BSC具有更高的內(nèi)量子效率（圖6a）,尤其在短波段體現(xiàn)得更加明顯。此外，他們還借助太陽電池模擬工具PC1D，將短波的內(nèi)量子效率和量化的“死層”厚度和雜質(zhì)濃度（圖6b-d）相聯(lián)系，從實驗和理論兩個層面證明了SiOx/SiNx疊層鈍化較SiNx、SiOx鈍化更為優(yōu)越。他們所研發(fā)的采用SiOx/SiNx疊層鈍化技術(shù)的單晶BSC轉(zhuǎn)換效率達17.11%，是目前正式發(fā)布的大面積單晶BSC（125x125）的最高轉(zhuǎn)換效率記錄。Liu, Yaoping等人31對比了多晶BSC工藝中SiNx和SiOx/SiNx疊層兩種鈍化技術(shù)的表現(xiàn)，也得到了相同的結(jié)論。需要說明的是，雖然O

21、h, Jihun等人34研發(fā)的單晶BSC采用SiOx作為鈍化層，且電池效率達18.2%，但其采用小尺寸區(qū)熔單晶（0.8081cm2），而且為了獲得良好的電接觸，運用了光刻工藝，這會大大增加其成本。所以從成本、（和現(xiàn)有晶硅電池）工藝兼容性的角度來說，SiOx/SiNx疊層鈍化工藝更勝一籌。圖 6（ a）不同鈍化工藝黑硅電池的內(nèi)量子效率對比（A、B、C、D 分別為未鈍化、SiOx 鈍化、SiOx/SiNx 鈍化和 SiNx 鈍化，數(shù)字編號 3 代表黑硅厚度300nm）；（b-d）PC1D 擬合量化死層厚度和雜質(zhì)濃度的短波內(nèi)量子效率。黑硅制備、擴散制結(jié)、黑硅發(fā)射結(jié)鈍化等關(guān)鍵工序的優(yōu)化都能在一定程度上

22、提升BSC的器件性能22,29,31,32,36。然而，最終的BSC性能還是未能超越傳統(tǒng)的工業(yè)化晶硅電池，這也意味著單一工序的優(yōu)化并不能在BSC的光俘獲性能和其它性能指標間達到很好的平衡。那么如果能實現(xiàn)對所有或多數(shù)工序的整合優(yōu)化，是否能夠大幅提升BSC性能，實現(xiàn)超越傳統(tǒng)的工業(yè)化晶硅電池性能的目標呢？答案是肯定的！圖7 四種電池工藝流程簡圖（路線1：標準多晶硅電池工藝；路線2標準SCHMID SE工藝；路線3：優(yōu)化的BSC工藝；路線4：選擇性納米發(fā)射結(jié)BSC工藝）Liu, Yaoping等人37針對BSC的多道工藝優(yōu)化整合，進行了系統(tǒng)的研究(工藝簡圖見圖7)，對標準的多晶硅電池工藝路線1、標準的

23、SCHMID法SE工藝路線2、優(yōu)化的BSC工藝路線3和納米發(fā)射結(jié)黑硅SE工藝路線4進行了細致的比較、分析。其中，對傳統(tǒng)BSC工藝的優(yōu)化采用了4.1和4.2中所述的方案，主要包括：1運用優(yōu)化的黑硅發(fā)射結(jié)工序，先進行擴散，再進行黑硅制備；2縮短制備（刻蝕）時間，減薄黑硅層厚度；3將SCHMID法SE回刻蝕工藝中的氫氟酸/硝酸（HF/HNO3）混合液替換為氫氟酸/硝酸銀（HF/AgNO3）混合液，相當于4.1.2中的兩步法制備黑硅。此外，在優(yōu)化的BSC工藝基礎(chǔ)上，融入SCHMID法的掩膜印刷等工藝，實現(xiàn)了選擇性納米發(fā)射結(jié)黑硅SE工藝。上述四種工藝所生產(chǎn)的太陽電池和傳統(tǒng)的BSC的反射率和量子效率表征結(jié)

24、果如圖8、9所示。圖8 四種太陽電池的的反射率對比（傳統(tǒng)BSC、優(yōu)化BSC、選擇性納米發(fā)射結(jié)BSC、標準SCHMID SE電池圖9 五種太陽電池的外量子效率（a）和內(nèi)量子效率（b）對比黑硅電池、標準多晶硅電池、 標準SE電池、優(yōu)化的BSC（）、選擇性納米發(fā)射結(jié)BSC（）從圖中可以看到：雖然傳統(tǒng)BSC在300-550nm范圍內(nèi)具有最佳的減反射性能，但是很高的俄歇復合和表面復合，抵消了BSC在減反射方面的優(yōu)勢，表現(xiàn)為其IQE、EQE都是最低的。而優(yōu)化的BSC，在擴散工序后再進行黑硅刻蝕，降低了復合，其在300-550nm范圍內(nèi)的IQE、EQE得以提升。但其IQE低于標準的多晶硅電池，說明其復合損失

25、要大于標準的多晶硅電池。而其EQE在300-350nm范圍內(nèi)要優(yōu)于標準的多晶硅電池，表明優(yōu)化的BSC具有更好的減反射性能。選擇性納米發(fā)射結(jié)BSC則在減反射和復合的矛盾中取得了很好的平衡，而且通過黑硅發(fā)射結(jié)工序的優(yōu)化，得到了更加均勻的發(fā)射結(jié)，還通過對不同工藝窗口的摸索，在方阻為107/的多晶硅片上獲得了最佳的器件性能，詳細的器件結(jié)果如表三所示。表三 標準多晶硅電池、SE多晶硅電池和幾種黑硅電池的電池性能從以上的分析可知：通過對傳統(tǒng)BSC的多道工藝優(yōu)化整合，可以使BSC在減反射方面的優(yōu)勢得以發(fā)揮，使其性能達到甚至超過相同工藝的晶硅電池。在上述的擇性納米發(fā)射結(jié)黑硅SE工藝中，其黑硅發(fā)射結(jié)并沒有采用優(yōu)

26、化的SiOx/SiNx疊層鈍化工藝，而只是實現(xiàn)了黑硅制備和擴散制結(jié)工藝的集成優(yōu)化，但也獲得了很好的電池性能，這足以讓我們憧憬全道關(guān)鍵工藝集成優(yōu)化方案的前景。五 展望盡管近些年來，BSC的研究取得了不小的進展，其光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)能達到甚至超過相同工藝的晶硅電池。但是無論是采用MAE法還是PIII法制備黑硅，都要增加一定的材料（主要是貴金屬試劑）、設(shè)備成本。而如果要獲得超越晶硅電池的性能，還必須采用如選擇性發(fā)射結(jié)、SiOx/SiNx疊層鈍化等工藝，這也要增加一定的成本。就其性價比而言，并沒有明顯提升。但是在未來幾年內(nèi)，硅片厚度肯定趨于薄片化，傳統(tǒng)的晶硅電池性能會因為光有效利用率的降低和載流子表面復

27、合的加劇而變差40。而BSC在很寬的光譜范圍內(nèi)擁有卓越的光俘獲能力，硅片的減薄對其光有效利用率的影響有限，BSC將迎來發(fā)展機遇，但前提是要做好黑硅前發(fā)射結(jié)和背表面的鈍化。所以鈍化工藝的研發(fā)將成為BSC能否在未來取得突破的關(guān)鍵。筆者認為BSC下一階段的鈍化工藝中，基于ALD的電池前、背表面鈍化工藝將成為重點和熱點。因為無論是從傳統(tǒng)晶硅電池向高效晶硅電池的過渡，還是BSC鈍化的需求， ALD鈍化工藝近乎完美的鈍化效果對電池性能的改善都將產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。但是，傳統(tǒng)的ALD技術(shù)受限于其2nm/min以下的沉積速率，這顯然不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。而目前出現(xiàn)了三種工業(yè)化技術(shù)：高速空間技術(shù)，等離子體增

28、強化學氣相沉積技術(shù)（PECVD）和反應性濺射技術(shù)。其中，由于大面積在線式(in-line)PECVD系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應用于市場，因此短期內(nèi)PECVD是最理想的ALD技術(shù)。總之，隨著鈍化工藝，特別是基于ALD的鈍化工藝和工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的進步，基于黑硅的太陽電池技術(shù)將具備更強的競爭力，BSC也將找到屬于自己的舞臺。參考文獻：1 Schnell, Martin, Ralf Ludemann, and Sebastian Schaefer. "Plasma surface texturization for multicrystalline silicon solar cells."

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