LPCVD法制备TOPCon太阳能电池工艺研究

本文主要对低压化学气相沉积(LPCVD)法制备N型高效晶硅隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池工艺进行研究。分析LPCVD法制备隧穿氧化层及多晶硅层的影响因素,研究了不同氧化层厚度、多晶硅厚度及多晶硅层中P掺杂量对太阳能电池转换效率的影响。结果表明：当隧穿氧化层厚度在1.55 nm时,钝化效果最佳;多晶硅层厚度120 nm时V_oc达到最高值;多晶硅层厚度在90 nm时E_ff最高。当P掺杂量为3.0×10¹⁵ cm^-2时可获得较高的V_oc,原因是随着P掺杂量的增加,多晶硅层场钝化效果提高。     

全TOPCon电池正面多晶硅层硼掺杂工艺

为提升隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池光电转换效率,本文通过高温扩散在n型TOPCon电池正面制作p型隧穿氧化层钝化接触结构,提升发射极钝化性能,减少正面金属复合。本文研究了不同沉积时间、推进温度、推进时间等工艺参数对实验样品钝化性能及掺杂曲线的影响。实验结果表明,当沉积时间为1 500 s,推进温度为920℃,推进时间为20 min时,掺硼多晶硅层可获得较优的钝化性能及掺杂浓度,其中样品多晶硅层硼掺杂浓度达到1.40×10²⁰ cm^-3,隐开路电压(iV_oc)大于720.0 mV。依据该参数制备的TOPCon电池光电转换效率可达23.89%,对应的短路电流密度为39.36 mA/cm²,开路电压(V_oc)达到726.4 mV,填充因子(FF)为83.54%。     

超薄多晶硅的掺杂、钝化及光伏特性研究

本文对70 nm超薄多晶硅的掺杂工艺、钝化性能及光伏特性进行了研究。确定了70 nm超薄多晶硅的掺杂工艺,研究表明当离子注入剂量为3.2×10¹⁵ cm^-3,在855 ℃退火20 min时,70 nm超薄多晶硅的钝化性能可以达到与常规120 nm多晶硅相当的水平,且70 nm多晶硅的表面掺杂浓度达到5.6×10²⁰ atoms/cm³,远高于120 nm掺杂多晶硅的表面掺杂浓度(2.5×10²⁰ atoms/cm³)。基于70 nm超薄多晶硅厚度减薄和高表面浓度掺杂的特点,较低的寄生吸收和强场钝化效应使得在大尺寸(6英寸)直拉单晶硅片上加工的N型TOPCon太阳能电池的光电转换效率得到明显提升,主要电性能参数表现为:电流I_sc升高20 mA,串联电阻R_s降低,填充因子FF增加0.3%,光电转换效率升高0.13%。     

多晶硅绕镀层的去除工艺研究

本文旨在针对TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact背面隧穿氧化钝化接触)晶硅电池制备过程中,背面钝化多晶硅层沉积引起的硅片正面边缘沉积多晶硅绕镀层的去除进行工艺研究,进一步解决了电池外观不良和该多晶硅层对电池正面光的吸收影响.文中分别尝试采用HF-HNO3混酸溶液和KOH碱溶液两种方式进行腐蚀处理,然后通过对处理后硅片正面的工艺控制点监控和电池EL检测等手段评估去除效果.其中HF 1wt;、HNO350wt;混合溶液时腐蚀4 min以上可去除该绕镀层,但是大于6 min后硅片正面的方块电阻提升、硼掺杂浓度等变化幅度很大.KOH质量分数0.1wt;、添加剂体积分数5vol;混合溶液60℃时,腐蚀2.5 min以上可去除该绕镀层且方块电阻等测试相对变化幅度较小.故前者对电池后期电极的制备工艺要求更高否则容易引起欧姆接触不良,后者则对电池电极的制备工艺控制窗口更大.所以认为在多晶硅绕镀层的去除方面KOH腐蚀更适合工业批量化生产工艺选择.     

N型TOPCon晶硅太阳能电池光注入退火增效的研究

N型隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivating Contacts,TOPCon)太阳能电池完成印刷烧结后,再经过光注入,效率有明显提升,主要表现在Voc(开路电压)及FF(填充因子)的提升.其机理在于通过温度和光照强度调节费米能级变化,控制H总量及价态来提高钝化性能.钝化膜层的质量、硅基体掺杂...     

P／I界面处理对a-Si：H柔性太阳能电池性能的影响

采用等离子体辅助化学汽相沉积(PECVD)技术制备本征非晶硅薄膜,对p/i界面进行处理.在此基础上,制备P型微晶硅(μc-Si:H)薄膜与柔性太阳能电池.对P型硅薄膜及太阳能电池的性能进行研究.结果表明:对p/i界面采用H等离子体处理,再引入一定厚度的成核层,可以成功得到高电导率的P型微晶硅窗口层,提高柔性太阳能电池的光伏特性.其中的成核层,不仅促进微晶相P层的生长,还可以起到界面缓冲层的作用.     

基于载流子选择性接触的N型晶硅电池钝化特性研究

为了研究载流子选择性接触结构在N型晶硅电池钝化特性,本文设计了专门的材料结构.分析对比了不同掺杂浓度分布的材料结构在退火后、沉积SiNx:H薄膜后及烧结后隐开路电压值的变化,并对其钝化机理进行了分析.研究结果表明隐开路电压值对掺杂浓度分布非常敏感.随着掺杂浓度分布进入硅基体的"穿透"深度增加,相对应地退火后、SiNx:H薄膜沉积后及烧结后隐开路电压值均呈现先增加后减小的趋势,且样片沉积SiNx:H薄膜后隐开路电压的增加幅度也逐渐减小,而样片烧结后隐开路电压值又出现不同幅度的下降,且隐开路电压值的下降幅度逐渐减小.通过适当的掺杂工艺,可以使得烧结后的隐开路电压均值达到738 mV.     

AIC多晶硅薄膜的制备与其上HWCVD低温外延生长多晶硅薄膜的研究

铝诱导晶化法(AIC)是一种低温制备大晶粒多晶硅薄膜的重要方法.本文分别基于Al/Al2O3/a-Si叠层和a-Si/SiOx/Al叠层制备了AIC多晶硅薄膜,前者表面粗糙,后者表面光滑.以后者为籽晶层,在其上用HWCVD法300℃低温下外延生长了表面形貌与籽晶层相似的多晶硅薄膜.铝诱导晶化过程中,在原始非晶硅层中会形成多晶硅、非晶硅和铝的混合层,去除铝后残留的硅将使表面粗糙,而在原始铝层中则形成连续的多晶硅薄膜.Al/Al2O3/a-Si 叠层和a-Si/SiOx/Al叠层的上层分别是非晶硅层和铝层,发生层交换后,前者上层是硅铝混合层,因此表面粗糙,后者上层是连续的多晶硅薄膜,因此表面光滑.在AIC多晶硅薄膜表面外延生长多晶硅薄膜等效于铝诱导多晶硅的晶核在垂直于薄膜方向上的继续生长,因此外延生长的薄膜与AIC多晶硅薄膜呈现相似的枝晶状形貌.     

三层SiNx-SiNx-SiO2减反射膜对多晶硅太阳电池性能的影响

本文分析了双层SiNx-SiNx减反射膜和带有氧化层的三层SiNx-SiNx-SiO2减反射膜对多晶硅太阳电池性能的影响.模拟结果表明,增加了氧化层的三层SiNx-SiNx-SiO2减反射膜多晶硅太阳电池电学输出特性优于双层SiNx-SiNx减反射膜多晶硅太阳电池.实验分析表明,三层SiNx-SiNx-SiO2减反射膜反射率略高于双层SiNx-SiNx减反射膜反射率,增加了氧化层的三层SiNx-SiNx-SiO2减反射膜多晶硅太阳电池具有更好的钝化效果,使得其光电转化效率有所增加.     

多孔硅在太阳能电池应用中的相关研究

本文用化学腐蚀法在多晶硅基片上制作多孔硅,通过SEM、XPS对多孔硅的表面微结构及其组成进行了研究,定性地分析了氧在多孔硅层中的作用及主要热行为.分析了多孔硅用于太阳能电池时应注意的问题:多孔层微孔尺寸、太阳电池工艺中各热处理过程的温度和时间、多孔层与电极材料是否形成欧姆接触及快速热氧化(RTO)的钝化效果.     

TFSI钝化晶体硅表面性质的第一性原理研究

晶体硅表面钝化是高效率晶体硅太阳能电池的核心技术,直接影响晶体硅器件的性能。本文采用第一性原理方法研究了一种超强酸-双三氟甲基磺酰亚胺(TFSI)钝化晶体硅(001)表面。研究发现,TFSI的四氧原子结构能够与Si(001)表面Si原子有效成键,吸附能达到-5.124 eV。电子局域函数研究表明,TFSI的O原子与晶体硅表面的Si的成键类型为金属键。由态密度和电荷差分密度分析可知,Si表面原子的电子向TFSI转移,从而有效降低了Si表面的电子复合中心,有利于提高晶体硅的少子寿命。Bader电荷显示,伴随着TFSI钝化晶体硅表面的Si原子,表面Si原子电荷电量减少,而TFSI中的O原子和S原子电荷电量相应增加,进一步证明了TFSI钝化Si表面后的电子转移。该工作为第一性原理方法预测有机强酸钝化晶体硅表面的钝化效果提供了数据支撑。     

以溶液法PEDOT∶PSS作为空穴传输层的免光刻背接触硅太阳电池

对PEDOT∶PSS(聚(3,4亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))薄膜与Mg、Al和Ag三种金属接触后的I-V特性曲线进行了测试分析,发现Mg和Al与PEDOT∶PSS薄膜接触后呈现高电阻特性,可以起到绝缘隔离层的作用。在此基础上,以PEDOT∶PSS作为空穴传输层,以LiF作为电子传输层,以PEDOT∶PSS与Mg/Al的接触作为隔离层,不采用光刻工艺,设计制备了只需一次掩膜工艺的背接触太阳电池。通过在PEDOT∶PSS上采用热丝氧化升华技术制备MoO_x层,通过优化LiF薄膜的厚度,在抛光硅片上初步实现了开路电压最高为592 mV和效率最高为10.13%的背接触太阳电池。采用金属辅助腐蚀制备硅纳米线陷光结构改善前表面陷光效果,得到了开路电压为587 mV,短路电流密度为35.57 mA/cm²,填充因子为69.97%,效率为14.61%的背接触太阳电池。     

Comparison of photoluminescence and capacitance spectroscopies as efficient tools for interface characterisation of heterojunction solar cells

The correlation between diffusion capacitance and photoluminescence as a method of interface-defect density characterisation in amorphous silicon/crystalline silicon heterojunction solar cells is explored by numerical modelling and experimentally. At open circuit, the influence of the defect density at the front amorphous silicon/crystalline silicon interface and the surface recombination velocity of the minority carriers in the bulk depend on the doping level of the crystalline silicon and the critical contribution of the majority carriers. Experimental illustration is given for five series of solar cells with different doping levels, interface properties and back contacts. We observe agreement between simulation and experimental results and a correlation between the two methods of measurement of interface defects.     

P型微晶硅氧薄膜光电性能研究

本工作采用甚高频等离子体化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备了P型微晶硅氧窗口层薄膜,讨论了P型微晶硅氧的光电特性随硼烷掺杂率的变化.采用紫外-可见透射光谱,拉曼光谱,傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR),暗电导测量对薄膜的光电特性进行了表征.结果表明,P型微晶硅氧材料均表现为微晶态,随着硼烷掺杂率增加,晶化程度逐步降低,暗电导率快速减小,光学带隙持续降低.该结果可归因于硼烷掺杂的增加抑制晶化使得非晶成分增多,有效掺杂率降低导致薄膜电导率下降,另一方面,对硅氧物相分离的阻碍作用导致薄膜带隙下降.硼烷掺杂率为0.4;样品的电导率高达0.158 S/cm且光学带隙为2.2 eV,兼具高透射性和良好电导率,可作为高效硅基太阳电池的窗口层.     

Properties of n-type hydrogenated nanocrystalline cubic silicon carbide films deposited by VHF-PECVD at a low substrate temperature

n-Type hydrogenated nanocrystalline cubic silicon carbide (nc-3C–SiC:H) films have been deposited by very high-frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition at a low substrate temperature of about 360 °C to apply this material to the window layer of heterojunction crystalline silicon (HJ-c-Si) solar cells. We investigated the effect of in situ doping on deposition rate, crystalline volume fraction and dark conductivity to optimize properties of the material. We also fabricated HJ-c-Si solar cells with a n-type nc-3C–SiC:H window layer. The solar cells shows high internal quantum efficiency of 0.90 at a wavelength of 400 nm, indicating that n-type nc-3C–SiC:H deposited by VHF-PECVD is a promising candidate of the window layer of HJ-c-Si solar cells.     

多晶硅的反应离子刻蚀(R IE)制绒绒面研究

实验基于反应离子刻蚀(Reaction Ion Eatching RIE)技术进行的多晶硅片纳米绒面制备,这种结构的绒面可明显降低晶体硅电池反射率,提高电池短路电流.实验具体指将多晶硅片在同一条件混酸溶液中腐蚀去除表面损伤,然后利用RIE制绒技术进行不同尺寸纳米绒面制备,根据绒面变化分别调整工艺进行清洗及电池制备,发现绒面小到一定程度时RIE制绒过程造成的损伤不易清洗去除且抗反射SiNx膜沉积困难.所以多晶硅片RIE制绒不可单纯的追求小绒面和低反射率,实验证明纳米绒面凹坑尺寸最小应控制在240~360 nm才能更稳定地匹配清洗、沉积抗反射膜等工艺从而制备出高光电转换效率的多晶硅电池.     

n型IBC太阳电池选择性发射极工艺研究

为提升n型叉指背接触(IBC)太阳电池的光电转换效率,采用丝网印刷硼浆和高温扩散的方式形成选择性发射极结构,研究了硼扩散和硼浆印刷工艺对电池发射极钝化性能和接触性能的影响。实验结果表明,在硼扩散沉积时间和退火时间一定的条件下,硼扩散通源(BBr₃)流量为100 mL/min,沉积温度为830 ℃,退火温度为920 ℃时,发射极轻掺杂(p⁺)区域的隐开路电压达到710 mV,暗饱和电流密度为12.2 fA/cm²。发射极局部印刷硼浆湿重为220 mg时,经过高温硼扩散退火,重掺杂(p⁺⁺)区域的隐开路电压保持在683 mV左右,该区域方块电阻仅46 Ω/□,金属接触电阻为2.3 mΩ·cm². 采用该工艺方案制备的IBC电池最高光电转换效率达到24.40%,平均光电转换效率达到24.32%,相比现有IBC电池转换效率提升了0.28个百分点。