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太阳能晶体硅背接触电池需进一步简化工艺

作者: 贾锐 来源: 中国电子报 发表时间: 2013-05-09 已浏览 字号:

制绒改善表面反射率

与传统电池一样,MWT和EWI电池都需要在表面进行制绒。制绒的主要目的是将其表面的反射率降到10%以下。制绒的方法很多,包括激光刻槽技术、反应离子刻蚀技术、掩膜刻蚀法、电化学腐蚀、化学腐蚀法等。

在MWT和EWT中有用酸腐蚀的,也有用碱腐蚀的,因为这两种类型的电池对衬底的要求都不高,既有多晶也有单晶,所以不同衬底可以选择各自适当的方法,但不论哪种腐蚀都可以改善激光打孔对硅片带来的损害,减小激光打孔对孔壁高温灼烧的影响,为制备电池之后的工艺打下良好的基础。

现在MWT和EWT在制绒中采用金字塔、纳米柱、倒金字塔等绒面设计,其中陷光效果最好的是纳米柱结构,它不仅改变了硅的表面形貌,还增强了可见光的吸收。

湿法扩散可增加均匀度

扩散是制备太阳能电池的核心步骤,通过扩散可在硅衬底上形成PN结。企业里通常使用的方法是湿法扩散,用POCl3作为磷源,BBr3作为硼源。金属化孔洞填充存在的问题是经过高温烧结后很难形成连续的通道,所以EWT要求孔洞中进行重扩降低接触电阻,并以此来作为电流传输的通道。

现在量产MWT和EWT通常采用的是湿法扩散,扩散浓度越高其表面的方块电阻就会相应减小,如果衬底是P型硅片,进行磷扩散,通常用的湿法扩散是将两片硅片紧贴在一起,在850℃的扩散炉里用液态POCl3进行磷扩散,如果扩散时间分别为90分钟左右的话,用四探针法进行测量,扩散硅片的方块电阻在R=20~30Ω/sq的范围内,之后用10%的HF去除硅片表面的磷硅玻璃,再用大量的冷、热去离子水进行冲洗,其优点就是扩散得比较均匀。

另外,制备EWT电极时还可用Al-P共扩散的方法,与传统方法一样都是要先用激光打孔,在电池背面同时用丝印的方法印上有P和Al的叉指电极,面积比约为1∶1,然后一起放进烧结炉里进行烧结,这样可大大节省工艺步骤,但是由于激光损伤和表面没有钝化,使得表面复合略显增加而且效率也只有10%,所以这个工艺还有一些参数需要去改善,例如背电极、激光参数等都还需要优化。

实验室中对MWT和EWT的扩散也有用干法扩散的,其磷源片种类很多,主要成分有磷酸镧、CeP5O14、SiP2O7几种,硼源片的主要成分有B2O3、BN和SiO2的混合物两种,扩散时在源片的同一石英舟上放上要扩散的硅片,待炉温加热至850℃的时候缓慢将石英舟推入恒温区,并一直通氮气,P扩散一小时后其方阻约在R=20~30Ω/sq的范围内,均匀性也较好,而且背面不用做遮挡,但是尾气是有毒的,需要进行处理。另外,源片的保存是个很重要的问题,要求干燥,而且要定期进行烘干,若保管不善会减少源片的使用寿命。

减反层折射率控制在2.3左右

晶体硅太阳电池中少数载流子的复合导致了光生载流子的损失,从而引起了电池效率的降低。而硅片中少数载流子的寿命值在很大程度上受到硅片表面形状的影响,如果在硅表面加一层氧化层,硅与氧化层之间的内表面上绝大部分硅原子的未饱和键都被氧化层中的原子所填补,因而降低表面态密度,这就是钝化层的作用。

玻璃的折射率n0为1.5,晶体硅的折射率nsi为3.6,最合适的减反射膜的光学折射率经过计算为2.3。所以要想做良好的减反层,折射率就需要控制在2.3左右。

SiO2可以有效地减小表面态,减少表面复合,从而起到钝化的作用。但是制备SiO2的时候需要高温条件,长时间的高温条件易使质量较差的单晶及多晶硅衬底产生缺陷,导致硅片少子寿命的下降,并引起衬底掺杂浓度的再分布。许多有害杂质也会在高温条件下扩散到硅片体内。早期就有人提出SiNx是理想的减反射膜,而且还可以同时达到表面钝化和体内钝化的效果。PECVD法沉积的氮化硅膜的折射率可以通过调节反应气体的流量进行调整,一般可调范围在1.9~2.5之间。SiNx薄膜还有着卓越的抗氧化和绝缘性能,同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸气扩散的能力。这些优点是其他钝化膜所不能比拟的,因此是一种用作晶体硅太阳电池减反射及钝化薄膜的理想材料。

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