58背面鈍化的晶體硅太陽電池關(guān)鍵理論和

反面鈍化的晶體硅太陽電池關(guān)鍵理論和工藝陳達(dá)明、梁宗存、沈輝中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所主要內(nèi)容1.引言2.太陽電池外表鈍化技術(shù)3.介質(zhì)膜/金屬反面光學(xué)反射性能4.去背結(jié)技術(shù)5.低本錢介質(zhì)膜開孔技術(shù)6.反面局域接觸電極的制備7.電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法8.反面鈍化的晶體硅太陽電池研發(fā)進(jìn)展1.引言太陽電池前外表技術(shù)選擇性發(fā)射極、新型前柵線金屬化、新型外表絨面。Eff>18%太陽電池背外表技術(shù)反面鈍化、反面光學(xué)反射、局域電極接觸Eff>？%2太陽電池外表鈍化技術(shù)2.1熱氧化外表復(fù)合速率S<10cm/s耗時，耗能，環(huán)境要求嚴(yán)格2.1PECVDSiNx:H鈍化溫度低300-450℃速度快、大規(guī)模量產(chǎn)在p型Fz硅片上獲得<10cm/s的外表復(fù)合速率。缺點：固有的正束縛電荷(1×1011-5×1012cm-2)限制了其在p型基底上的應(yīng)用。一般采用薄SiO2(10nm)/SiNx:H結(jié)構(gòu)來鈍化p型硅外表J.Schmidt,M.Kerr.solarenergymaterial&solarcells,65(2001)585-591.2.3ALD(atomlayerdeposition)Al2O3鈍化負(fù)的束縛電荷(1012-1013cm-2),特別適合于p型硅片外表的鈍化；G.Agostinelli等人在2?cm的Cz硅片上采用ALD方式制備Al2O3，外表復(fù)合速率低于10cm/s芬蘭Beneq、英國OxfordInstrumentsG.Agostinelli,A.Delabie,P.Vitanov,etal.Solarenergymaterials&solarcells90(2006)3438-3443.2.4

a-SiCx

薄膜鈍化熱穩(wěn)定能良好PECVD

a-SiCx鈍化1?cmp型

Fz硅獲得了<5cm/s的復(fù)合速率

S.W.Glunz,S.Janz,M.Hofmann,T.Roth,andG.Willeke,4thWCPEC,2006,pp.1016-1019.2.5疊層薄膜鈍化SiO/SiN/SiO(ONO)疊層鈍化膜外表復(fù)合速率S<30cm/s850℃快速燒結(jié)3s后外表復(fù)和速率<60cm/sM.Hofmann,S.J.,ChristianSchmidt,etal.Solarenergymaterials&solarcells,93(2021)1074-1078.3介質(zhì)膜/金屬的反面光學(xué)反射性能電池類型Rback(%)Jgen(mA/cm2)PERL94.542.16PERC95.042.18LFC95.542.23背面蒸發(fā)鋁83.041.61硼背場+蒸發(fā)鋁71.041.14絲網(wǎng)印刷鋁65.041.08M.Hermle,E.Schneiderl?chner,G.Grupp,etal.20thEuropeanphotovoltaicsolarenergyconferenceandexhibition,6-10.Jan2005,Barcelona.3．去背結(jié)技術(shù)

去背結(jié)方法平均背面粗糙度Ra(μm)內(nèi)背反射率R(%)表面復(fù)合速率Seff(cm/s)開路電壓Voc(V)效率eff(%)短時間KOH腐蝕0.7092386.860015.3長時間KOH腐蝕0.4293254.860115.3HF/HNO3+短時間KOH腐蝕0.6493427.8HF/HNO31.2891258.560515.5SF6等離子體1.4389199.561016.2CF4等離子體1.61893758.4.59316.4機械拋光0.1793223.9J.Rentsch,L.Gautero,A.Lemke,etal.23thEuropeanphotovoltaicsolarenergyconferenceandexhibition,1-5September2021,Valencia,Spain.4低本錢介質(zhì)膜開孔技術(shù)

4.1激光開孔技術(shù)SiNxlayerSiOxlayerλ=1064nmb)λ=532nmc)λ=355nmd)femtosecondlaserwithλ=785nma)λ=1064nm,b)λ=532nmandc)λ=355nm.Nd:YAGlasersExcimerlaser(λ=248nm)(λ=355-1064nm)K.Neckermann,S.A.G.D.Correia,G.Andr?,etal.22thEuropeanPhotovoltaicSolarEnergyConference,Milan,Italy(2007)4.2腐蝕漿料開孔技術(shù)Merck公司開發(fā)出了一款含磷酸根的漿料solaretchTMBEM，可以刻蝕SiNx和SiOx薄膜,可絲網(wǎng)印刷K.Neckermann,S.A.G.D.Correia,G.Andr?,etal.22thEuropeanPhotovoltaicSolarEnergyConference,Milan,Italy(2007)制備80μm以下的孔徑比較困難4.3掩模開孔技術(shù)耐HF的掩模材料開孔最小線寬~40μm4.4噴墨打印直接開孔技術(shù)AlisonJ.Lennon,AnitaW.Y.Ho-Baillie,StuartR.Wenham.Solarenergymaterials＆solarcells,93(2021)1865-1874.開孔直徑可到達(dá)40-50μm5反面局域接觸電極的制備5.1LFC局域點電極LFC中心處存在~1μm的Al-Si共晶層J.Nekarda,S.Stumpp,L.Gautero,etal.24thEuropeanphotovoltaicsolarenergyconference,21-25september2021,Hamburg,Germany.5.2絲網(wǎng)印刷的局域鋁背場V.Meemongkolkiat,K.Nakayashiki,DongSeopKim,etal.4thworldconferenceonphotovoltaicenergyconversion,2006,page:1338-1341.6.反面鈍化的晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

7反面鈍化的晶體硅太陽電池研發(fā)進(jìn)展

(1)新南威爾士大學(xué)(UNSW)制備的PERL(passivatedemitterrearlocaldiffused)太陽電池，P型單晶硅效率25.0%，采用高純區(qū)熔(FZ)硅片，高溫氧化，屢次光刻，硼擴散，工藝復(fù)雜。MartinA.Green,Prog.Photovolt:Res.Appl.2021;17:183-189(2)FraunhoferISELBSF/PERL結(jié)構(gòu)的電池(localbacksurfacefield/passivatedemitterrearlocaldiffused)采用復(fù)雜的制備工藝S.W.Glunz,J.Knobloch,etc,.14thEUPVSEC,Barcelona,1997,pp.392-395.RP-PERC結(jié)構(gòu)電池Randompyramidpassivatedemitterandrearcell減少了光刻步驟pm:光刻步驟S.W.Glunz,J.Knobloch,etc,.14thEUPVSEC,Barcelona,1997,pp.392-395.LFC電池PassivatoinlayerVoc(mV)jsc(Ma/cm2)FF(%)Efficiency(%)SiO267938.681.121.3250μm厚，0.5Ωcm,p型FZ

硅片采用光刻和蒸鍍技術(shù)制備前電極，Ti/Pa/Ag前電極E.Scheiderlochner,R.Preu,etc,.Prog.Photovolt:Res.Appl.2002;10:29-34LFC電池加緊工業(yè)化的步伐125*125mm2Cz

單晶硅~200μm厚M.Hofman,D.erath,etc.23thEUPVSEC,Spain,2021L.Gautero等人將上述工藝引用到120μm厚，1-3Ωcm，125*125mm2的Cz硅片上，得到穩(wěn)定效率為18.0%.L.Gautero,M.Hoffman,etc,.24thEUPVSEC,Hamburg,Germany,2021.采用finelineprinting+LIP制備前電極絲網(wǎng)印刷前電極的LFC電池和絲網(wǎng)印刷背點接觸的電池Batch1Batch2ReginaPavlovi?,AmirDastgheib-Shirazi,etc,.24thEUPVSEC,Hamburg,2021.ISFH:1.4Ωcm,B摻雜CZ硅穩(wěn)定效率20%RISE-EWT電池B.Lim,S.Hermann,etc,.Appliedphysicletter93,162101(2021)A.Wolf,E.A.Wotke,etal.25thEUPVSE,2021,Valencia.Spain.PilotprocessA.R.Burgers,R.C.G.Naber,et,al.25thEUPVSE,2021,Valencia.Spain8.總結(jié)〔1〕從產(chǎn)業(yè)化角度看，Al2O3和其它介質(zhì)膜(如SiNx:H)形成的復(fù)合鈍化膜具有