工藝參數(shù)對電池性能的影響

1、工藝參數(shù)對單晶硅太陽能電池性能的影響1.1 硅片的表面處理不管是硅片的前期加工，留下的損傷層。還是在原硅片制作為太陽能電池的生產(chǎn)工藝中，都需要對硅片表面進(jìn)行處理，其中是主要的包括表面去損傷層和硅表面制絨。 表面損傷層在切割、研磨和拋光過程中，均使晶片表面產(chǎn)生一層損傷層。尤其在切割和研磨過程中，晶片表面形成一個晶格高度扭曲層和一個較深的彈性變形層。遲火或擴(kuò)散加熱時，彈性應(yīng)力消失，但產(chǎn)生高密度位錯層。切、磨、拋過程中引進(jìn)的二次缺陷，比生長單晶時產(chǎn)生的缺陷有時多達(dá)4個數(shù)量級。表面損傷層里有無窮多的載流子復(fù)合中心，使光生載流子的壽命大大降低，不可能被P-N結(jié)靜電場分離。最后致使生產(chǎn)出的成品太陽能電池片

2、中的漏電流過大，影響硅電池片最后整體的轉(zhuǎn)換效率。因此在單晶硅材料進(jìn)行太陽能電池片加工前，必須把原始硅片切割過程中引入的損傷層盡可能的減少至最低。主要用高濃度酸或是堿溶液對硅片表面進(jìn)行近似拋光地腐蝕。將硅片在切割、研磨和拋光過程中所產(chǎn)生的機(jī)械損傷層去除掉。 表面織構(gòu)化如何提高硅片轉(zhuǎn)換效率是太陽電池研究的重點(diǎn)，而有效地減少太陽光在硅片表面的反射損失是提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率的一個重要方法。在晶體硅太陽能電池表面沉積減反射膜或制作絨面是常用的兩種方法，其中在硅片表面制作絨面的方法以其工藝簡單、快捷有效而備受青睞。化學(xué)腐蝕單晶硅片是根據(jù)堿溶液對硅片的100和111晶向的各向異性腐蝕特性，通過在單晶硅表面形

3、成隨機(jī)分布的金字塔結(jié)構(gòu)絨面，增加光在硅片表面的反射吸收次數(shù), 從而達(dá)到在硅片表面形成陷光的效果有效地降低太陽電池的表面反射率，從而提高光生電流密度。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，單晶硅表面腐蝕采用的是氫氧化鈉和異丙醇溶液體系，表面反射率可以控制在12%以下。對于既可獲得低的表面反射率，又有利于太陽電池的后續(xù)制作工藝的絨面，應(yīng)該是金字塔大小均勻，單體尺寸在210微米之間，相鄰金字塔之間沒有空隙，即覆蓋率達(dá)到100%。理想質(zhì)量絨面的形成，受到了諸多因素的影響，例如硅片被腐蝕前的表面狀態(tài)、制絨液的組成、各組分的含量、溫度、反應(yīng)時間等。而在工業(yè)生產(chǎn)中，對這一工藝過程的影響因素更加復(fù)雜，例如加工硅片的數(shù)量、醇類的揮發(fā)

4、、反應(yīng)產(chǎn)物在溶液中的積聚、制絨液中各組分的變化等。為了維持生產(chǎn)良好的可重復(fù)性，并獲得高的生產(chǎn)效率，要求我們比較透徹的了解金字塔絨面的形成機(jī)理，控制對制絨過程影響較大的因素，在較短的時間內(nèi)形成質(zhì)量較好的金字塔絨面。目前已經(jīng)有許多的研究小組對單晶硅片的各向異性腐蝕過程進(jìn)行了細(xì)致深入的研究，各自給出了制備金字塔絨面的優(yōu)化工藝條件。在國外的研究和生產(chǎn)中，大部分的制絨液是堿（NaOH，KOH，Na2CO3，(CH3)4NOH）與異丙醇的混合溶液。在中國，考慮到生產(chǎn)成本，太陽電池制造商大多使用價格相對較低的乙醇來替代異丙醇，與氫氧化鈉的水溶液混合而成制絨液。目前針對單晶硅片在（氫氧化鈉+乙醇）的混合體系中

5、形成金字塔絨面的過程，尚未見詳細(xì)的研究報道。在參考已經(jīng)報道的實(shí)驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量的實(shí)驗，總結(jié)出了（氫氧化鈉+乙醇）的混合體系對單晶硅片進(jìn)行制絨的適宜參數(shù)，從而在較短時間內(nèi)（30分鐘）獲得色澤均勻、反射率低的絨面單晶硅片。然而當(dāng)將實(shí)驗室的條件下得到參數(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)線上時，往往在開始的幾個批次，可以加工出較理想的絨面，但隨著產(chǎn)量的增加，絨面質(zhì)量急劇變差，稱之為制絨液的“失效”。這種失效是由于制絨液中的主要成分NaOH和乙醇的含量，與最初的設(shè)置值已相去甚遠(yuǎn)。另外，在絨面質(zhì)量開始變差的時候，如果延長反應(yīng)時間，可以加以改善。因而，我們仔細(xì)觀察了隨著NaOH的濃度、乙醇的濃度和反應(yīng)時間的變化，絨面的微

6、觀形貌和硅片表面反射率的變化情況。從本質(zhì)上來講，絨面形成的過程，就是金字塔的成核和生長的過程，一切表觀參數(shù)對絨面質(zhì)量的影響，究其根本就是影響了金字塔的成核或者生長。接下來從這個角度詳細(xì)分析了氫氧化鈉和乙醇在制絨過程中各自扮演的角色。（1） 時間的影響因素制絨液中含有15克/升的NaOH和10vol%的乙醇，溫度85，單晶硅片經(jīng)1分鐘、5分鐘、10分鐘、30分鐘腐蝕后，表面的微觀形貌見圖3-1，反射譜見圖3-2，由于10分鐘和30分鐘的反射譜非常接近，所以省略了后者。由圖3-1可以看出在適宜的條件下，金字塔的成核、生長的過程。經(jīng)熱的濃堿去除損傷層后，硅片表面留下了許多膚淺的準(zhǔn)方形的腐蝕坑。1分鐘

7、后，金字塔如雨后春筍，零星的冒出了頭；5分鐘后，硅片表面基本上被小金字塔覆蓋，少數(shù)已開始長大。我們稱絨面形成初期的這種變化為金字塔“成核”。如果在整個硅表面成核均勻，密度比較大，那么最終構(gòu)成絨面的金字塔就會大小均勻，平均體積較小，這樣的絨面單晶硅片不僅反射率低，而且有利于后續(xù)的擴(kuò)散和絲網(wǎng)印刷，制造出的太陽電池的性能也更好。很多相關(guān)的研究工作就是著力于增大金字塔的成核密度。從圖3-1的C可以看出，10分鐘后，金字塔密布的絨面已經(jīng)形成，只是大小不均勻，反射率也降到了比較低的水平。隨著時間的延長，金字塔向外擴(kuò)張兼并，體積逐漸膨脹，尺寸趨于均等，反射率略有降低。在實(shí)際生產(chǎn)中，硅片卡在承片盒內(nèi)的區(qū)域，受

8、到的腐蝕不充分，絨面成形的時間較其他區(qū)域要長。另一方面，我們通過大量生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，大金字塔的絨面單晶硅電池，性能略遜于小金字塔。原因可能在于，大金字塔尖銳的塔尖易于崩塌，擴(kuò)散形成的p-n結(jié)受到了破壞。所以，我們在優(yōu)化單晶硅片制絨工藝時，應(yīng)該既考慮降低反射率，也要兼顧太陽電池的最終性能和外觀等各方面的因素。(a) 1min (b) 5min (c) 10min (d) 30min圖 3-1 單晶硅經(jīng)不同時間制絨腐蝕后，表面的SEM照片圖 3-2 不同時間制絨后，硅片的反射譜（2） 乙醇的含量對絨面的影響制絨液中NaOH的濃度為15克/升，反應(yīng)溫度85 ，乙醇的含量從0增大到30vol%。經(jīng)30分

9、鐘制絨處理后，單晶硅片表面的金字塔絨面的微觀形貌的變化如圖3所示。隨著絨面形貌的變化，反射率也有所波動，圖4展示了硅片對波長在400至1000納米之間的光波的平均反射率隨溶液中乙醇含量的變化，其中除了20vol%乙醇的數(shù)據(jù)點(diǎn)外，其余各點(diǎn)分別對應(yīng)圖3中的四個樣品。當(dāng)溶液中不含乙醇時，反應(yīng)進(jìn)行的速度比較快，硅片經(jīng)30分鐘制絨處理后，兩面共被腐蝕減薄了40微米。表面只有一些稀疏的金字塔，體積比較小。由于金字塔的覆蓋率很低，硅片對光的反射最強(qiáng)烈。我們向溶液中加入了少許乙醇（3vol%），這種情況就大有改觀，反應(yīng)速度減緩，經(jīng)過相同時間的腐蝕，硅片只減薄25微米，而金字塔分布錯落有致，反射率幾乎降到了最低

10、。只是在制絨過程中可以觀察到，有一些反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣泡貼在硅片表面，緩慢釋放，造成外觀的斑點(diǎn)，為商業(yè)銷售所不喜。只需將乙醇的含量增大到5vol%，斑點(diǎn)的問題即可解決。乙醇的含量在3vol%20vol%的范圍內(nèi)變化時，制絨反應(yīng)的變化不大，都可以得到比較理想的絨面，而5vol%10vol%的環(huán)境最佳。當(dāng)乙醇的含量達(dá)到30vol%，金字塔的覆蓋率再次降低，反射率升高，只是此種條件下的反應(yīng)速度緩慢，硅片只減薄了10微米。(a) 無乙醇 (b) 3vol%(c) 10vol% (d) 30vol%圖 3-3 單晶硅經(jīng)不同乙醇含量的制絨液腐蝕后，表面的SEM照片圖 3-4 絨面平均反射率隨乙醇含量的變化由此

11、可以看出，乙醇在制絨液中主要起到兩點(diǎn)作用：一，協(xié)助氫氣泡的釋放；二，減弱NaOH溶液對硅片的腐蝕力度，調(diào)節(jié)各向異性因子。第一點(diǎn)已經(jīng)為大家所認(rèn)同。從硅片減薄的程度可以判斷，隨著乙醇的增加，硅片被腐蝕的速度減慢。純NaOH水溶液，在高溫下不僅對原子排列稀疏的（100）晶面破壞性很強(qiáng)，對致密的（111）晶面也不再和顏悅色，各個晶面都受到腐蝕而不斷消溶。于是大部分的區(qū)域被沖刷形成了平原；而在局部，由于氫氣泡或溶液中某些雜質(zhì)的庇護(hù)，一些零星的金字塔暫時幸存了下來。乙醇明顯減弱了NaOH的腐蝕強(qiáng)度，增強(qiáng)了腐蝕的各向異性，有利于金字塔的成形和生長。而當(dāng)乙醇的含量過高時，堿溶液對硅的腐蝕能力變的很弱，各個晶面

12、都好像堅不可摧的銅墻鐵壁，各向異性因子又趨向于1。至于乙醇減弱NaOH溶液腐蝕強(qiáng)度的機(jī)理，尚待深入研究。（3） NaOH的含量對絨面的影響這一組實(shí)驗，是維持制絨液中乙醇的含量為10 %，溫度85 ，時間30分鐘，NaOH的濃度從5克/升到55克/升之間變化。圖3-5、圖3-6分別是不同濃度NaOH溶液腐蝕形成絨面的微觀形貌與對400至1000納米之間的光波的平均反射率。5g/L 15g/L 55g/L圖 3-5 單晶硅經(jīng)不同濃度NaOH溶液腐蝕后，表面SEM照片 圖 3-6 絨面平均反射率隨NaOH濃度變化從絨面的表面可以看出，經(jīng)過相同時間的生長，NaOH的濃度越高，金字塔的體積越大。這說明在

13、反應(yīng)的初期，金字塔的成核密度近似，不受NaOH濃度的影響。而制絨液的腐蝕性隨NaOH濃度的變化比較顯著，濃度高的NaOH溶液與硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的速度加快，反應(yīng)相同時間后，金字塔的體積更大。當(dāng)NaOH的濃度超過了一定的界限，溶液的腐蝕力度過強(qiáng)，各向異性因子變小，絨面會越來越差，直至出現(xiàn)類似“拋光”的效果。從圖3-6可以看出，相比于乙醇，有利于絨面生長的NaOH濃度范圍比較小，在1020克/升之間。這就要求生產(chǎn)工藝人員嚴(yán)格的控制制絨液中的NaOH濃度。NaOH與乙醇的混合溶液對晶體硅進(jìn)行各向異性腐蝕，可以制備出類金字塔的織構(gòu)表面。理想的絨面應(yīng)是金字塔體積較小、大小均勻、覆蓋率高。為了得到質(zhì)量較好的絨

14、面，首先，制絨反應(yīng)初期金字塔成核均勻、密度較高；其次，堿腐蝕的各向異性因子約為10。適宜的制絨液中應(yīng)含有約15克/升的NaOH，510vol%的乙醇，在85下反應(yīng)30分鐘，就可以在單晶硅片表面形成色澤均勻、反射率低的金字塔絨面。NaOH含量的變化會改變?nèi)芤旱母g強(qiáng)度，適宜生產(chǎn)的濃度范圍比較狹窄。乙醇不僅可以加速反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣泡從硅片表面的逃逸，更重要的是，減弱了NaOH的腐蝕強(qiáng)度，獲得良好的各向異性因子。乙醇的允許范圍較NaOH寬泛許多，在工業(yè)生產(chǎn)中容易控制。制絨反應(yīng)的時間延長，金字塔的體積膨脹，大小趨于均勻，反射率略有降低。在大規(guī)模生產(chǎn)中，我們應(yīng)考慮到生產(chǎn)效率、反射率、后續(xù)加工過程等多方面的

15、因素，選擇適宜的制絨工藝條件。1.2 擴(kuò)散擴(kuò)散過程是在P型襯底上摻雜N型磷，以形成PN結(jié)。這一步是太陽能電池生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟。PN結(jié)是光電轉(zhuǎn)換的中心，當(dāng)電池暴露于太陽光譜時，能量小于禁帶寬度Eg的光子對也池輸出無貢獻(xiàn)。電池輸出能量大于禁帶寬度的光子。在擴(kuò)散中形成的PN結(jié)所形成的能帶，直接影響電池的轉(zhuǎn)換效率。 擴(kuò)散溫度和時間擴(kuò)散時的溫度和時間是控制電池結(jié)深的主要因素，測定擴(kuò)散結(jié)深可以判定擴(kuò)散溫度及時間是否適當(dāng)。表面薄層電阻是表征雜質(zhì)總量的一個參數(shù)，由此可以判定擴(kuò)散源的濃度和配比是否適當(dāng)。擴(kuò)散溫度應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)低于被擴(kuò)散半導(dǎo)體材料的溶點(diǎn)否則擴(kuò)散時半導(dǎo)體材料會產(chǎn)生顯著的揮發(fā)。通常，在不影響PN結(jié)特性的前提下，

16、擴(kuò)散溫度選擇高一些，可以縮短擴(kuò)散時間，有利于生產(chǎn)。對于淺擴(kuò)散的情況，溫度選擇要適當(dāng)，既不能使溫度過高，使位擴(kuò)散時間過短，以致難于控制工藝；又不宜溫度過低而使擴(kuò)散時間延長到不適當(dāng)?shù)牡夭?。在一定的溫度下，擴(kuò)散時間與結(jié)深的關(guān)系加團(tuán)39所示。在恒定表面濃度擴(kuò)散時，時間增加t，擴(kuò)散進(jìn)入硅中的雜質(zhì)總量Q相應(yīng)增加，結(jié)深增加了xj至10 vol%的環(huán)境最佳。當(dāng)乙醇的含量達(dá)到30vol%，金字塔的覆蓋率再次降低，反射率升高，只是此種條件下的反應(yīng)速度緩慢，硅片只減薄了10微米。J0在恒量表面雜質(zhì)源擴(kuò)散時，擴(kuò)散進(jìn)入硅中的雜質(zhì)總量Q始終不變，擴(kuò)散時間增加，表面濃度N下降，結(jié)深增加。 圖 3-7 擴(kuò)散時間對于結(jié)深的影響

17、在生產(chǎn)上，與時間的控制比較，溫度的控制更困難一些。計算指出，在l180擴(kuò)硼時，若時間誤差10%，結(jié)深誤差為土5%；而溫度誤差土1%，結(jié)深誤差也是土5%。時間控制1分鐘誤差是容易事，但溫度精確到土l是件非常困難的事，所以應(yīng)當(dāng)精心注意溫度控制及選用較好的擴(kuò)散爐。 常規(guī)P擴(kuò)型對于性能的影響 在太陽能電池表面進(jìn)行磷擴(kuò)散的目的，主要是為形成光電轉(zhuǎn)換中心的P-N結(jié)。但是在將磷擴(kuò)散進(jìn)硅表面后，會對硅太陽能電池的少子壽命會產(chǎn)生很大幅度的提高。會產(chǎn)生這一影響的主要原因為，磷在硅中的擴(kuò)散機(jī)制主要有間隙擴(kuò)散和替位擴(kuò)散兩種。磷對于硅而言是施主摻雜，當(dāng)產(chǎn)生替位擴(kuò)散時磷原子會替代一個硅原子。但由于磷比硅多出一個價鍵，當(dāng)磷

18、原子取代硅原子后，在一個磷原子上會產(chǎn)生一個懸掛鍵。此懸掛鍵因為沒有多余的硅原子與之配對，因而會主動尋找其它原了進(jìn)行配對。這種主動配對行為產(chǎn)生的結(jié)果就能吸附一些重金離子，也就是我們通常所說的吸雜行為。在擴(kuò)散中上述行為會隨著擴(kuò)散的進(jìn)行同時發(fā)生，也就是說我們在硅中進(jìn)行磷擴(kuò)散的同時也是一個吸雜的過程。通過吸雜能極大提高硅片中少數(shù)載流子的少子壽命，從而會使成品硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率有極大的提高。1.3 減反射膜常規(guī)硅光電池的表面是用化學(xué)拋光法制得的一個較為平整而光滑的表面，對0.5-1.1m波長范圍內(nèi)的光，有高達(dá)35%的光能量被表面反射而損失，為了減小這部分損失，往往在表面上鍍上一層透明的減反射膜，達(dá)到

19、提高光電流和光電轉(zhuǎn)換效率的目的?，F(xiàn)在工藝中硅片表面的減反射膜，一般采用PECVD沉積的Si4N3膜。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition，簡稱PECVD)制備的氮化硅薄膜作為鈍化層，具有良好的絕緣性，致密性，穩(wěn)定性并能有效地阻止B、P、Na、As、Sb、Ge、A1、Zn等雜質(zhì)的擴(kuò)散，尤其是對Na 。有實(shí)驗表明，氮化硅薄膜對Na 擴(kuò)散有很強(qiáng)的屏蔽作用。在600下熱擴(kuò)散22h后，Na 擴(kuò)散1長度小于200A，而在相同條件下Na 貫穿了SiO2)薄膜，在硅和二氧化硅的界面上出現(xiàn)了Na 堆積。因此，用氮化硅薄膜作鈍化膜可以大大

20、減輕Na 對器件的不良影響。作為減反射膜，氮化硅不僅具有良好的光學(xué)性能和化學(xué)性能，還能對硅片起到表面和體內(nèi)鈍化作用，全面提高電池的電學(xué)特性。PECVD氮化硅薄膜中除了SiN成分以外，還含有相當(dāng)可觀的氫和氧。薄膜的含H量較高，可達(dá)20-30(原子百分?jǐn)?shù))。過高的含H量對膜的結(jié)構(gòu)、密度、折射率、應(yīng)力及腐蝕速率等均有不利影響。但適量的H會對表面起鈍化作用。硅和氮化硅界面處電荷的表面態(tài)密度很高。這種表面態(tài)對表面附近運(yùn)送中的載流子會起到陷阱或復(fù)合中心的作用。氫鈍化能有效降低表面復(fù)合速率，增加少子壽命，從而提高太陽電池效率。雖然一系列文獻(xiàn)都報道了PECVD制備的氮化硅薄膜能夠有效降低表面復(fù)合速率，增加少子

21、壽命，從而提高太陽電池的效率，但采用PECVD沉積薄膜的過程中，硅烷和氨氣的何種配比對于鈍化有最佳效果，國內(nèi)目前還沒有系統(tǒng)的研究。利用橢圓偏振儀、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)衰減法(QSSPCD)、X射線光電子能譜(XPS)、紅外吸收光譜(IR)、反射譜等多種測量方法，研究不同硅烷和氨氣配比條件所沉積氮化硅薄膜的性能，以及沉積溫度對于氮化硅性能的影響，優(yōu)化出最佳的氣體流量和沉積溫度，在多晶硅太陽電池上沉積了氮化硅薄膜，比較了沉積前后電池的各項性能，確認(rèn)經(jīng)氮化硅鈍化后電池效率提高了40以上，電池的短路電流也提高了30以上，對于電池的開路電壓也提高很大。 圖 3-8 不同配比沉積氮化硅膜 圖 3-9 不同配比沉積

22、氮化硅膜的厚度變化 后折射率的變化 氮化硅膜厚度圖3-8是在單晶硅襯底上，固定反應(yīng)時間為5.5min，溫度為360，以不同硅烷和氨氣配比所沉積氮化硅薄膜厚度的變化。從圖3-8可以看出，隨著硅烷和氨氣配比的加大，沉積氮化硅薄膜的速度有明顯變化，薄膜厚度成比例增長。另一方面，氮化硅膜的厚度肉眼可以從沉積后的硅片表面分辨出來，氮化硅膜沉積時會有顏色分層現(xiàn)象出現(xiàn)。 折射率圖3-9是在單晶硅襯底上，固定反應(yīng)時間為5.5min，溫度為360，以不同硅烷和氨氣配比沉積氮化硅薄膜后折射率的變化。從圖3-9中可以觀察到，隨著硅烷和氨氣比率的加大，所沉積的氮化硅薄膜的折射率也逐漸加大，SiH4：NH3在7：l時達(dá)

23、到最佳值2.0。少子壽命圖3-10是固定反應(yīng)時間為55min，溫度為360在單晶硅和多晶硅上分別沉積不同配比的氮化硅后所測得少子壽命。從圖3-10中可以清楚的看出，SiH4：NH3在5：l時，單晶硅的少子壽命達(dá)到最大值，繼續(xù)加大硅烷和氨氣的比率，少子壽命又有明顯的下降。比較圖3-10中的兩條曲線可以知道，硅烷和氨氣在5：l時，單晶硅和多晶硅沉積的氮化硅薄膜都獲得最高的少子壽命。 圖 3-10 不同配比沉積氮化硅膜后 圖 3-11 不同配比沉積氮化硅膜后 少子壽命的變化曲線 的IR譜。 H含量圖3-11為使用美國Nicolet公司的670FTIR紅外光譜儀測得紅外吸收光譜。圖中，強(qiáng)度最高的是83

24、0cm-1的SiN伸縮振動峰。SiO伸縮振動峰在，1080 cm-1。其它兩個吸收峰都和氫有關(guān)，N-H伸縮振動峰在3330 cm-1，SiH伸縮振動峰在2160 cm-1。根據(jù)WALanford and M JRand的方法，在SiH4與NH3的配比分別為2：1，3：1，4：1，5：1，6：1，7：1六個條件下，氫含量分別為：幾乎為0；152× 1017cm-1；208 ×1017cm-1； 326 × 1017cm-1 ；315×1017cm-1；以及367×1017cm-1。隨著硅烷于氨氣比例的加大，氫含量總體呈緩慢上升的趨勢，只有在SiH

25、4與NH3的配比為6：1時出現(xiàn)反常，可能是由于氣流不穩(wěn)定造成的。 圖 3-12 薄膜中Si/N隨氣體流量的變化 圖 3-13 折射率隨Si/N的變化 硅氮比例使用英國VG公司的IVLK的光電子能譜儀測量了薄膜中的Si/N，圖3-12表示了氣體流量對氮化硅薄膜中Si/N的影響，從圖可以看出，在SiH4：NH3小于5：1時，Si/N趨于常值0.75，即所生成的氮化硅為Si3N4，是正常配比，繼續(xù)加大SiH4：NH3的比例，則趨向于富硅。 薄膜的折射率隨Si/N的變化圖3-13是氮化硅薄膜的折射率隨Si/N的變化，從圖中可以觀察到，折射率隨Si/N的增加而增加。反射率圖3-14,3-15是在單晶硅和

26、多晶硅上，以不同配比沉積氮化硅薄膜的反射率。由圖可知，隨著硅烷和氨氣配比的加大，對于單晶硅和多晶硅，反射率都呈下降趨勢。在SiH4：NH3為5：1時，反射率出現(xiàn)極小。從圖中可以看出對于吸收波長在6001000nm之間的太陽電池，氮化硅薄膜是優(yōu)質(zhì)的減反射膜。從以上分析可以得出結(jié)論：在SiH4：NH3為5：1時是沉積氮化硅薄膜的最佳條件，在此比例下，薄膜中的H含量、少子壽命以及反射率都達(dá)到最佳值，而且薄膜的折射率也達(dá)到1.833，接近最佳折射率2.0。沉積溫度影響從圖中可以看出在220260，單晶硅和多晶硅少子壽命提高都不大，而在260360，少子壽命都急劇增大，繼續(xù)升高溫度，少子壽命增幅又趨于平

27、緩?？梢姡岣叱练e溫度對于增加單晶硅和多晶硅的少子壽命都有作用，可能是溫度的升高有助于減少SiSiNx界面的界面態(tài)，減少表面復(fù)合，從而提高樣品的表觀少子壽命。圖 3-14 在單晶硅上不同配比沉積氮 圖 3-15 單晶硅、多晶硅在不同溫度 化硅后的反射率 沉積氮化硅薄膜后少子壽命的變化曲線1.4 電極加工及燒結(jié)中的影響因素現(xiàn)行工藝中電極加工包括：背電極，背電場以及下正極。其中背電極做為背面引出電極，只對背電極做成組件后的可焊接性有較高要求，對電池本身性能影響較小。而背面電場和正面電極則對電池性能相對影響較大。 背電場為了增加電池的功率-重量比，減少材料的使用量和提高耐高能垃子輻射的能力，希望光電

28、池做得適當(dāng)?shù)谋?，但太薄的電池，尤其是對于間接帶隙半導(dǎo)體材料，由于透光的損失和背歐姆接觸的高復(fù)合速度表面更接近于結(jié)、使短路電流和開路電壓降低了，為此又必須提高電池的厚度，這樣，兩者就出現(xiàn)了矛盾。背電場結(jié)構(gòu)電池的出現(xiàn)，較好地解決了這方面的問題。(1) 背電場結(jié)構(gòu)的電池和高低結(jié)勢壘背電場電池是在一般P-N同質(zhì)結(jié)電池的背面用擴(kuò)散法或合金法加制一層與基區(qū)導(dǎo)電類型相同的重?fù)诫s區(qū)，然后再在重?fù)诫s區(qū)上面制作金屬接觸歐姆電極，因3-16示出了具有背電場的n/p型電池的整個結(jié)構(gòu)。一般情況下，背面的重?fù)诫s層做得較薄(12m)，有的情況下，基區(qū)1作得較薄(約10m)，而重?fù)诫s層作得較厚，它是在重?fù)诫s的基體材料上再外延

29、一層同型的輕摻雜層，然后再擴(kuò)散頂層制成的。由于重?fù)诫s的基區(qū)2和輕摻雜的基區(qū)1之間的濃度差，比如p+-p情況，使得熱平衡時，界面附近，p區(qū)形成空穴積累層，p+區(qū)形成耗盡層，于是，空間電荷區(qū)內(nèi)就形成了由p區(qū)指向p+區(qū)的內(nèi)建電場，這是一個阻止P區(qū)的電子向p+區(qū)運(yùn)動的勢壘，平衡時的能帶圖如圖3-17所示。形成一個高低結(jié)，有時也稱為p+p結(jié)(或n+n結(jié))。勢壘高度用qVg表示： （3-1） 圖 3-16 背電場結(jié)構(gòu)電池示意圖 圖 3-17 高低結(jié)的能帶圖其中，近似符號表示了P+區(qū)的雜質(zhì)為強(qiáng)電離的假設(shè)。用高低結(jié)和金屬形成的歐姆接觸為選擇性歐姆接觸。(2) 背電場在提高電池性能上的作用增加了形成背電場的重?fù)?/p>

30、雜層以后，整個n/p型電池的能帶圖如圖3-18所示它由兩個結(jié)組成，一個是n+P結(jié)，另一個是高低結(jié)。這兩個勢壘的方向一致。因此總的勢壘高度為(qVd十qVg)，比單一P-n結(jié)的勢壘提高了，它在提高電池性能上的作用可以下幾個方面進(jìn)行分析。 圖 3-18 具有高-低結(jié)的P-N結(jié)光電池的能帶圖1) 提高短路電流和開路電壓 如圖3-18所示，在基區(qū)1中所產(chǎn)生的光電子，一部分向n+區(qū)擴(kuò)散而被電池所收集，這部分的收集幾率大小與背電場無關(guān)，另一部分向p+方向擴(kuò)散。如果沒有背電場，可能在體內(nèi)或到達(dá)表面后被復(fù)合；而有背電場后，它可以被高低結(jié)勢壘反射回去重新被收集。在高低結(jié)勢壘區(qū)和在基區(qū)2中產(chǎn)生的光電子可以被這里的

31、內(nèi)建電場加速。增加有效擴(kuò)散長度、因而也增加了這部分少于的收集幾率，提高了電池的短路電流。在開路情況下，除n+-p結(jié)外，在p-p+結(jié)兩邊還有被它的內(nèi)建電場所分離的光生載流子的積累。形成一個P+端為正，p邊為負(fù)的光電壓。這個光電壓與n+-p結(jié)兩端的光電壓相送加，使總的光電壓(即開路電壓)有所提高。而且短路電流的提高本身就使n+-p結(jié)的開路電壓提高。另外由于背電場對基區(qū)少子向背面擴(kuò)散的阻擋作用減小了從n+區(qū)注入到基區(qū)的電子在背表面的復(fù)合，使暗電流減小，也有利于開路電壓的提高。在一般情況下，有背電場光電流的開路電壓可比同類的普通光電池的開路電壓提高10%左右。但是，背電場電池的上述優(yōu)點(diǎn)，必須在基區(qū)1的

32、厚度較小和基區(qū)電阻率較高的情況下才能充分體現(xiàn)。因為如果基區(qū)l的厚度大于一個少子的擴(kuò)散長度，即使電子被背電場反射回去，在到達(dá)n+-p結(jié)的勢壘區(qū)前也已復(fù)合了，同樣不能起到再收集的效果。而基區(qū)雜質(zhì)濃度太高，例如電阻率在0.1cm以下，由于電子的擴(kuò)散長度太低，基區(qū)就必須做得更薄，這時的透光損失就要增大，反而降低了短路電流。2) 減小電池的厚度如前所述，減小厚度會降低電油的開路電壓和短路電流。但是有了背電場以后，盡管電池仍做得較薄，但由于在基區(qū)中產(chǎn)生且向背表面擴(kuò)散的那部分光生電子可被背電場反射回去重新收集，使背表面少于的復(fù)合速度降至很低，這樣不會因為電池的減薄而降低了轉(zhuǎn)換效率。圖3-19示出了電阻率分別

33、為10、1、0.1·cm的nP型硅電池在有背電場和無背電場時，計算得到的轉(zhuǎn)換效率與厚度的關(guān)系可以看出，要保持電池的效率，有背電場時的電池厚度要比無背電場時薄得多。由于背電場可以減小電池的厚度，故采用這種結(jié)構(gòu)可提高電池的功率-重量比，并可在節(jié)省材料的同時提高電他的抗輻射能力。圖 3-19 有背電場和無背電場時電池轉(zhuǎn)換效率和厚度的關(guān)系3) 提高填充因子在背表面重?fù)诫s層上制作金屬歐姆電極，形成p-p+-金屬的良好歐姆接觸，減，了接觸電阻。同時，從能帶圖上看，由于p-p+結(jié)有利于多子空穴向電極方向流動。因而降低了體電阻和接觸電阻所引起的串聯(lián)電阻，從而使電池的填充因子得到改善。 正電極正面收集電極主要對太陽能電池片產(chǎn)生兩方面的影響。當(dāng)硅太陽能電池片正表面印上正面電極時，太陽能電池片肯定會少掉一部分對太陽光吸收的面積。正面電極柵線越細(xì)條數(shù)越少則遮光面積越小，但對于太陽電池整體而言電池串聯(lián)電阻卻會變大。由此而言正面電極柵線設(shè)計須要注意考慮在增加?xùn)啪€的情況下柵線的粗細(xì)和數(shù)量。設(shè)細(xì)柵線為m條，間距為Sd，此時對應(yīng)式式的各項關(guān)系為： （3-2）若主柵線寬度與太陽電池片寬度比較可以忽略，L為細(xì)柵線側(cè)邊總和： （3-3）代入式，可得， （3-4）對于正方形電池片，Rs表示為， （3-5）由式(35),可見m愈大Rs愈小。