Characterization of tunnel oxide passivated contact with n-type poly-Si on p-type c-Si wafer substrate

The junction properties of tunnel silicon oxide (SiO_x) passivated contact (TOPCon) with n-type poly-Si on p-type c-Si wafer are characterized using current-voltage (J-V) and capacitance-voltage (C-V) measurements. The dark J-V curves show a standard diode characteristic with a turn-on voltage of ～0.63 V, indicating a p-n junction is formed. While the C-V curve displays an irregular shape with features of 1) a slow C increase with the decrease of the magnitude of reverse bias voltage, being used to estimate the built-in potential (V_bi), 2) a significant increase at a given positive bias voltage, corresponding to the geometric capacitance crossing the ultrathin SiO_x, and 3) a sharp decrease to negative values, resulting from the charge tunneling through the SiO_x layer. The C of depleting layer deviates from the normal linear curve in the 1/C²-V plot, which is caused by the diffusion of P dopants from the n-type poly-Si into the p-type c-Si wafer as confirmed by the electrochemical capacitance-voltage measurements. However, the 1/C^2+γ-V plots with γ > 0 leads to linear curves with a proper γ and the V_bi can still be estimated. We find that the V_bi is the range of 0.75–0.85 V, increases with the increase of the doping ratio during the poly-Si fabrication process, and correlates with the passivation quality as measured by the reverse saturated current and implied open circuit voltage extracted from transient photoconductivity decay.     

TOPCon太阳能电池选择性发射极工艺研究

为提升隧穿氧化钝化接触(TOPCon)太阳能电池的光电转换效率,采用硼扩散和激光掺杂的方式形成选择性发射极结构,研究了硼扩散方阻、激光功率输出比、氧化时间等对电池发射极钝化性能的影响。实验结果表明,当扩散方阻为140 Ω/□,氧化温度为1 020 ℃,氧化时间为30 min时,发射极轻掺杂区域(p⁺)的方块电阻为320 Ω/□,隐开路电压值达到729 mV,暗饱和电流密度为12 fA/cm²。发射极重掺杂区域(p⁺⁺)的方块电阻为113 Ω/□,隐开路电压值为710 mV,暗饱和电流密度为26 fA/cm²。基于该工艺方案制备的TOPCon电池最高光电转换效率达到24.75%,电池开路电压高达720 mV,短路电流提升30 mA,相比现有TOPCon电池光电转换效率提升了0.26个百分点。     

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。     

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%。     

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%。     

TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究

目前隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池制造技术越来越成熟,所耗成本不断降低。行业内普遍采用低压化学气相沉积(LPCVD)方式进行双面沉积或单面沉积。单面沉积存在Poly-Si绕镀问题,严重影响电池片转化效率和外观质量,同时正面绕镀层去除难度较大,在用碱溶液去除绕镀层的同时,存在绕镀层去除不彻底或者非绕镀区域P⁺层被腐蚀的风险,导致P⁺发射极受损,严重影响电池片外观质量与性能。双面沉积可避免上述问题,但产能减少一半,制造成本增加。本文对单面沉积Poly-Si工艺及绕镀层去除工艺进行研究,在TOPCon电池正面及背面制作了一层合适厚度的氧化层掩膜,搭配合适的清洗工艺、去绕镀清洗工艺,既可有效地去除P⁺层绕镀的Poly-Si,也可很好地保护正面P⁺层及背面掺杂Poly-Si层不受破坏,同时可大幅提升产能。     

TOPCon太阳电池发射极Al2O3/SiNx与SiO2/Al2O3/SiNx叠层膜钝化性能的比较

本文对TOPCon电池发射结的叠层钝化膜进行了研究,对比了3种不同叠层钝化膜(SiO₂/SiN_x、Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x、SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x)的钝化性能。结果表明:Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x的钝化性能优于SiO₂/SiN_x,SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x的钝化水平最佳,隐开路电压均值可达到705 mV。基于Al₂O₃/SiN_x叠层膜研究了Al₂O₃厚度(1.5 nm、3 nm和5 nm)对钝化性能和电池转换效率的影响。当Al₂O₃厚度由1.5 nm增加到3 nm时,钝化性能得到明显提升,隐开路电压均值提高了20 mV,达到707 mV,对应电池的光电转换效率升高了0.23个百分点,与SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x叠层膜电池的转换效率持平。然而,当Al₂O₃厚度继续增加至5 nm时,隐开路电压均值保持不变。因此可以使用Al₂O₃(3 nm)/SiN_x叠层膜代替SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x叠层膜,不仅简化了电池的工艺步骤,而且降低了生产成本。