高效太陽能電池製作工藝

2022-09-24 13:24:07 字數 1529 閱讀 4650

熱氧鈍化是最普遍最有效的一種方式,在電池的正面和背面形成氧化矽膜,可以有效地阻止載流子在表面處的復合。除此之外,氧化矽層還可以起到減反射膜、化學鍍的掩膜、防止矽片汙染等作用。目前,採用tca(三氯乙烯)工藝生長的氧化矽層鈍化效果較高。

利用原子氫對電池也有很好的鈍化,一般認為,矽的表面有大量的懸掛鍵,這些懸掛鍵是載流子的有效復合中心,而原子氫可以中和懸掛鍵,所以減弱了復合。利用pecvd和「alneal」工藝可以在矽片的介面處產生原子氫,因為pecvd法發展較成熟,這裡不做介紹。「alneal」工藝是指在正面的氧化層上蒸鍍鋁膜,然後在370 ℃的合成氣氛(4%h2+96%n2)中退火30 min,最後用磷酸腐蝕掉這層鋁膜。

經過「alneal」工藝後,載流子壽命和開路電壓都得到較大提高。這種工藝的原理是,在一定溫度下,鋁和氧化物中oh-離子發生反應產生了原子氫,從而對si/sio2的介面的一些懸掛鍵進行鈍化。

利用磷、硼或鋁在電池的表面進行擴散,形成背場,迫使少數載流子遠離表面,減少復合機率,這也是一種鈍化。

(4) 背場

增加背電場是提高電池效率的有效途徑。如在p型材料的電池中,背面增加一層p+濃摻雜層,形成p+-p的結構,那麼在p+-p的介面就產生了乙個由p區指向p+的內建電場。假設p+區雜質強電離,那麼這個內建電場的電壓為 ,式中na+和na分別為p+區和p區的電離雜質濃度。

由於這個內建電場所分離出的光生載流子的積累,形成乙個以p+端為正,p端為負的光生電壓,這個光生電壓與電池結構本身的pn結兩端的光生電壓極性相同,從而提高了開路電壓voc。另外,由於背電場的存在,使光生載流子受到加速,這也可以看作是增加了載流子的有效擴散長度,因而增加了這部分少子的收集機率,短路電流jsc也就得到提高。另外,背電場的存在迫使少數載流子遠離表面,復合率降低,使暗電流減少。

製作背面場的方法較多,如蒸鋁燒結、濃硼或濃磷擴散等。其中,在電池背面採用定域擴散制背場具有較好的優越性,既產生了內建電場,同時又減少了電極與基體接觸面積,使金屬與半導體介面的高復合速率區域大大減少。並且相對於背面全擴散濃摻雜結構,定域摻雜由於大大減少了濃摻雜面積(一般只佔全背面積的1~2%),所以也大大降低了背面的表面復合,因而更好地提高了太陽電池的效能。

(5) 改善襯底材料

製備高效太陽電池首要就是選擇高質量的矽片作襯底,如一些實驗室製作的高效電池都是採用fz矽。但是這種矽片成本很高,不宜於大規模生產。高效太陽電池的發展方向之一就是要將低矽片的成本。

直拉單晶矽材料雖然成本較低,但是用硼摻雜的p型矽片製作的電池效率卻較低,並且在光照甚至在黑暗中儲藏時效能也會不斷降低。產生效能退化的最根本原因是該材料中氧含量較高,在光照的情況下會和摻雜的硼發生反應。因此解決效能退化的有效辦法是避免大量的氧原子和硼原子同時在矽片裡存在[43]。

現在有兩種重要的途徑:一是利用磁聚焦直拉法生產單晶矽,在這種mcz(b)矽材料中氧含量較低;另一種方法是採用其它摻雜源替代硼在矽材料中進行摻雜,如鎵。用這兩種矽材料製作的電池效能比cz(b)都有較大的改善。

n型矽材料也是一種很好的選擇,具有一些特定的優點,如載流子壽命長、制結後硼氧反應小、電導率好、飽和電流低等。國外一些廠家已經用n型矽生產出高效太陽電池。在太陽電池迅速發展和p型單晶矽材料日益緊張的情況下,相信這種材料會很快得到廣泛應用。

多晶矽太陽能電池製作工藝概述

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