表面钝化对多晶硅绒面形貌的影响

多晶硅表面制绒技术是太阳能光伏产业亟待突破的一个关键技术.本文根据多晶硅强酸制绒的基本原理,提出了表面活性剂钝化多晶硅表面以降低硅原子与酸反应速度从而改善多晶硅绒面形貌的方法.实验研究了不同含量的添加剂对酸液刻蚀多晶硅绒面形貌的影响,用扫描电镜观察对应的绒面结构,用积分反射仪测量其绒面的表面反射率.实验结果表明:加入活性剂后酸液能使多晶硅表面陷阱坑分布更加均匀,并且能有效消除产生漏电流的缺陷性深沟槽,样品表面反射率比较低,其表面反射率降低到21.5%.与传统酸液腐蚀的多晶硅绒面结构相比,陷阱坑密度明显增加,这种方法在多晶硅太阳电池的生产中是有价值的.     

单晶硅表面均匀小尺寸金字塔制备及其特性研究

表面织构是一种通过有效的光俘获增加短路电流从而提高太阳电池效率的主要途径之一.在加入间隙式超声和NaClO添加剂的碱性四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中对单晶硅表面进行织构化处理,研究超声与NaClO在织构过程中对金字塔成核和生长的影响,以及金字塔大小对高温工艺之后的单晶硅少子寿命的影响.研究表明,通过在织构溶液中加入间隙式超声控制气泡停留在硅片表面的时间和脱离硅片表面速度,增强了小尺寸金字塔的均匀分布.织构之后硅片在AM1.5G光谱下的加权平均反射率能够达到12.4%,在高温扩散和氧化之后少子寿命的大小与金字塔大小之间存在近似于指数衰减函数的关系. 关键词： 表面织构化 反射率 少子寿命 单晶硅太阳电池     

反应离子刻蚀制备的多晶黑硅损伤去除与钝化性能研究

结合SiO_2纳米球掩模和反应离子刻蚀技术制备了结构呈周期性排列的多晶黑硅,利用低浓度的NaOH溶液去除由荷能离子撞击所带来的损伤层,优化了多晶黑硅结构。在多晶黑硅上用原子层沉积技术沉积一层Al_2O_3薄膜,并对样品进行快速热退火处理。结果表明,采用低浓度的NaOH溶液可以完全去除损伤层,在保持原有黑硅结构的基础上使表面结构更加光滑;经450℃快速热退火后少子寿命达到29.34μs,表面复合速率为306cm·s-1,在可见光范围内平均反射率降至7.12%。     

热原子层沉积氧化铝对硅的钝化性能及热稳定性

原子层沉积氧化铝已经成为应用于钝化发射极和背面点接触（PERC）型晶硅太阳能电池优异的钝化材料．对于基于丝网印刷技术的太阳能电池,钝化材料的钝化效果及其热稳定性是非常重要的．本文在太阳能级硅片上用热原子层沉积设备制备了20nm和30nm的氧化铝,少子寿命测试结果显示初始沉积的氧化铝薄膜具有一定的钝化效果,在退火后可达到100μs以上,相当于硅表面复合速度小于100cm／s．经过制备传统晶硅太阳能电池的烧结炉后,少子寿命能够保持在烧结前的一半以上,可应用于工业PERC型电池的制备．通过电子显微镜观察到了较厚的氧化铝薄膜有气泡,解释了30nm氧化铝比20nm氧化铝钝化性能和稳定性更差的异常表现．     

Au诱导形成有序Si纳米孔阵列及其应用

以自组装聚苯乙烯小球(PS)单层膜为掩膜,利用Au对Si表面的催化氧化作用以及KOH溶液对单晶Si的各向异性腐蚀特性,在Si(100)面上制备了一系列尺寸小于100 nm有序可控的Si纳米孔阵列.扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等的测试结果显示:当PS小球溶液与甲醇溶液的体积比为9:11时,可形成大面积无缺陷的单层膜;但当体积比过大时,会导致类似双层膜结构的形成;而当体积比过小时,会诱导形成点缺陷和线缺陷.对PS小球及溅射Au处理过的Si晶片进行KOH溶液腐蚀,随着腐蚀时间变长,纳米孔的横向尺寸和深度增大,其形貌由圆形逐渐变为倒金字塔型,当腐蚀时间超过10 min,纳米孔阵列的有序性遭到破坏.采用离子束溅射技术在倒金字塔型纳米孔衬底上获得了有序Ge/Si纳米岛,而在圆形纳米孔衬底上获得了有序Ge/Si纳米环.进一步对有序Ge/Si纳米岛及纳米环的形成机理进行了解释.     

多晶硅表面酸腐蚀制备绒面研究

采用各向同性腐蚀法制备多晶硅绒面,腐蚀液为HF和HNO3的混合溶液,缓和剂为NaH2PO4.2H2O溶液.利用SEM、AFM和紫外分光光度计对硅片绒面进行检测和分析,初步探讨了酸腐蚀机理.结果表明:采用NaH2PO4.2H2O溶液作为缓和剂,腐蚀后的硅片表面具有均匀的腐蚀坑,表面陷光效果较好,通过优化各种参量,反应速度可以控制在2 μm/min左右,适合工业生产的要求.在富HF时,硅片表面易形成尖锐边缘的腐蚀坑,出现或多或少的小孔,反射率最低可达16.5%～17.5%|在富HNO3时,硅片表面易形成腐蚀坑较浅、尺寸偏大的气泡状绒面或光面,反射率较高.     

液相沉积法制备的二氧化硅薄膜及其钝化性能

采用液相沉积法在硅基底上成功制备了二氧化硅薄膜,利用扫描电子显微镜、光电子能谱和少子寿命测试仪等对二氧化硅薄膜的组织结构和钝化性能进行了研究,结果表明,液相生长的二氧化硅薄膜致密平整,含有少量的F元素;对硅具有较好的减反和钝化作用,平均反射率由28.87%降低至10.88%,表面复合速度由6 923 cm/s降低至2 830 cm/s。     

多晶硅表面周期性微结构的激光制备与性能研究

为了减小多晶硅表面入射光的反射率,提高太阳能电池的光电效率,利用紫外纳秒激光器在多晶硅表面制备不同深度、不同间距的微凹坑点阵绒面,研究织构形貌对反射率及光电转换效率的影响。通过激光频率的改变实现微凹坑深度的变化,通过微凹坑排布方式的改变实现微凹坑间距的变化;使用光纤光谱仪测量多晶硅表面反射率并通过激光共聚焦显微镜观察微凹坑形貌;在PC1D软件中建立多晶硅入射光反射模型并模拟不同点阵间距下的多晶硅短路电流和开路电压,计算光电转换效率和填充因子。研究表明,不同频率(300 kHz、200 kHz、150 kHz、50 kHz)和点阵排布方式(300×300、310×310、350×350、400×400)对多晶硅表面的反射率和光电转换效率影响显著,随着频率增大,多晶硅试样反射率先减小后增加最后保持稳定;随着点阵排布密集程度增加,多晶硅试样光电转换效率逐渐提高。实验结果显示当激光频率为150 kHz,点阵分布为400×400时,多晶硅表面微凹坑成型较好,表面平均反射率为3.32%,多晶硅电池的效率为18.80%,相较于未制绒多晶硅电池提高25.9%。     

多晶硅表面陷阱坑形貌对表面光反射率的影响

利用光学傅里叶变换研究多晶硅绒面微结构形貌与反射率之间的关系。理论分析表明:多晶硅绒面反射率与表面微结构形貌、单位面积上陷阱坑数量有关。如绒面由V字型槽或坑构成,则绒面反射率比较高;如多晶硅表面上密集布满U字形坑或槽、内表面绒面化,这种结构构成的绒面反射率低。实验上用不同比例的酸液刻蚀多晶体表面,用扫描电镜(SEM)观察多晶硅表面SEM图,测量了其表面反射率,分析表面结构形貌与反射率的关系。实验结果与理论分析相吻合。     

低温退火磷吸杂工艺对低少子寿命铸造多晶硅电性能的影响

本文针对低少子寿命铸造多晶硅片进行试验, 通过一种将多温度梯度磷扩散吸杂工艺与低温退火工艺结合的新型低温退火吸杂工艺, 去除低少子寿命多晶硅片中影响其电性能的Fe杂质及部分晶体缺陷, 提高低少子寿命多晶硅所生产的太阳电池各项电性能. 通过低温退火磷扩散吸杂工艺与其他磷扩散吸杂工艺的比较, 证明了低温退火吸杂工艺具有更好的磷吸杂和修复晶体缺陷的作用. IV-measurement发现经过低温退火工艺处理后的低少子寿命多晶硅, 制备的太阳电池光电转换效率比其他实验组高0.2%, 表明该工艺能有效地提高低少子寿命多晶硅太阳电池各项电性能参数及电池质量. 本研究结果表明新型低温退火磷吸杂工艺可将低少子寿命硅片应用于大规模太阳电池生产中, 提高铸造多晶硅材料在太阳能领域的利用率, 节约铸造多晶硅的生产成本. 关键词： 低温退火 磷吸杂 低少子寿命多晶硅 太阳电池     

Effect of temperature on crystalline silicon solar cells processed from chemical and metallurgical route

Effect of temperature on monocrystalline and multicrystalline silicon solar cells processed from chemical (EG-Si) and metallurgical (SoG_M-Si) routes was investigated in the range of 280–350 K. The temperature coefficients of important parameters related with the cell property were discussed. Experimental results indicate that the T-coefficient of conversion efficiency (η) of multicrystalline EG-Si cell processed from chemical is only 68% that of the monocrystalline EG-Si cell. Furthermore, the η of both types of SoG_M-Si cells decrease much less than that of the EG-Si cells with the increase in temperature. Additionally, the recombination fraction, the minority carrier lifetime, the carrier mobility decrease and the band-gap shrinkage were also investigated to reveal the intrinsic temperature dependence mechanism. In order to confirm the results, we used numerical simulation software AMPS-1D (analysis of microelectronic and photonic structure in one dimension program) to simulate the temperature dependence of solar cell performances. The results of numerical simulation were basically consistent with the experimental results.     

晶硅太阳电池中Fe-B对与少子寿命、陷阱浓度及内量子效率的相关性

以太阳电池级直拉单晶硅片为材料,利用瞬态微波反射光电导衰减仪研究了硅片分别经过单、双面扩散后Fe-B对与少子寿命τ、陷阱浓度及制备成电池的内量子效率（IQE）的相关性.对于单面扩散后的样品,Fe-B对浓度分布在较大程度上决定了少子寿命分布;对于双面扩散后的样品,Fe-B对浓度显著降低（在135×10¹¹ cm^-3左右）,已不及其他杂质和缺陷对少子寿命的影响.结合瞬态微波衰减信号和陷阱模型,对单、双面吸杂前后硅片的陷阱浓度进行数值计算,发现经过扩散 关键词： 少子寿命 陷阱浓度 内量子效率 Fe-B对     

新型添加剂对单晶硅表面金字塔形貌的影响

单晶硅表面微结构对晶体硅光电转换性能有非常重要的影响, 晶体硅表面微结构的调节技术一直是半导体、 太阳能电池领域研究的热点之一.利用碱液与单晶硅异向腐蚀特性的刻蚀技术, 在单晶硅表面可以获得布满金字塔的绒面, 但普通碱液刻蚀的绒面, 其金字塔大小、 形貌和分布随机性大, 不利于提高硅太阳电池的转换效率.在普通的碱腐蚀液中加入不同量的特种添加剂, 然后在相同的温度、 时间下刻蚀单晶硅表面, 通过观察样品表面SEM图, 发现在普通碱液中加入适量添加剂后刻蚀的单晶硅表面能形成均匀密集分布金字塔, 金字塔大小在2—4μupm 之间, 棱边圆滑, 表面金字塔覆盖率高; 用积分反射仪测量了样品的反射率曲线, 发现样品平均反射率下降到12.51%.实验结果表明, 在普通碱液中加入特种添加剂, 能控制单晶硅表面金字塔的大小和分布.     

Low‐Temperature Saw Damage Gettering to Improve Minority Carrier Lifetime in Multicrystalline Silicon

The minority carrier lifetime in multicrystalline silicon ? a material used in the majority of today's manufactured solar cells ? is limited by defects within the material, including metallic impurities which are relatively mobile at low temperatures (≤700 °C). Addition of an optimised thermal process which can facilitate impurity diffusion to the saw damage at the wafer surfaces can result in permanent removal of the impurities when the saw damage is etched away. We demonstrate that this saw damage gettering is effective at 500 to 700 °C and, when combined with subsequent low‐temperature processing, lifetimes are improved by a factor of more than four relative to the as‐grown state. The simple method has the potential to be a low thermal budget process for the improvement of low‐lifetime “red zone” wafers.

     

Dynamic photoluminescence lifetime imaging for the characterisation of silicon wafers

We present a fast and calibration‐free carrier lifetime imaging technique based on photoluminescence (PL) measurements using an InGaAs camera for the examination of crystalline silicon wafers. The carrier lifetime is determined from the time dependent luminescence emission after optical excitation. A ratio, including four PL images acquired at different times during the modulated excitation, is calculated and found to depend only on the camera integration time and the effective carrier lifetime. Therefore, the carrier lifetime is unambiguously determined by this ratio without knowing any additional wafer parameter. We demonstrate the applicability of the dynamic PL technique to multicrystalline silicon wafers. (© 2011 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

晶体硅太阳电池数值模拟软件及其应用

提出一种在Matlab/GUI环境下设计的晶体硅太阳电池数值模拟软件,通过光生少数载流子连续性方程建立了单晶硅N⁺/P/P⁺结构太阳电池的物理模型。通过引进有效迁移率和有效少子扩散长度概念,并考虑多晶硅中晶界复合后,实现了对单晶硅、柱状多晶硅太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转化效率、串并联电阻等电池性能的参数指标的数值模拟。程序模拟结果通过数值和图形两种方式输出,模拟结果与实验结果接近,能够为晶体硅太阳电池的设计与制备起到较好的指导作用。本程序对于以N型材料为衬底的晶体硅太阳电池同样适用。     

Crystalline silicon surface passivation investigated by thermal atomic-layer-deposited aluminum oxide

Atomic-layer-deposited(ALD) aluminum oxide(Al_2O_3) has demonstrated an excellent surface passivation for crystalline silicon(c-Si) surfaces, as well as for highly boron-doped c-Si surfaces. In this paper, water-based thermal atomic layer deposition of Al_2O_3 films are fabricated for c-Si surface passivation. The influence of deposition conditions on the passivation quality is investigated. The results show that the excellent passivation on n-type c-Si can be achieved at a low thermal budget of 250℃ given a gas pressure of 0.15 Torr. The thickness-dependence of surface passivation indicates that the effective minority carrier lifetime increases drastically when the thickness of Al_2O_3 is larger than 10 nm. The influence of thermal post annealing treatments is also studied. Comparable carrier lifetime is achieved when Al_2O_3 sample is annealed for 15 min in forming gas in a temperature range from 400℃ to 450℃. In addition, the passivation quality can be further improved when a thin PECVD-SiN_x cap layer is prepared on Al_2O_3, and an effective minority carrier lifetime of2.8 ms and implied Voc of 721 mV are obtained. In addition, several novel methods are proposed to restrain blistering.