单晶硅太阳电池扩散工艺、背面刻蚀及铝背场工艺的研究

摘要

就太阳电池制备工艺而言，人们一直致力于传统工艺的优化和新工艺的开发，希望能够进一步实现电池转换效率的提高和生产成本的降低。基于这一点，本文采用Ⅱ类硅片作为原材料，对目前商用单晶硅太阳电池工艺方面做了以下三方面内容的研究：单晶硅太阳电池的扩散工艺、背面刻蚀对单晶硅太阳电池性能的影响和三种不同的铝背场工艺。
　　 首先，介绍了晶体硅太阳电池的基本原理和制造工艺流程；其次，系统研究了各个扩散参数对单晶硅太阳电池性能的影响；然后，采用离子束刻蚀技术对沉积完SiNx减反射膜后的单面扩散和双面扩散的硅片背面进行刻蚀，刻蚀后电池性能得到改善；最后，阐述了对单晶硅太阳电池铝背场的研究，其中包括铝浆烧结、真空蒸镀铝膜烧结和磁控溅射铝膜烧结三种制备方法。
　　 通过对扩散工艺的系统研究，发现改变扩散参数后，太阳电池的开路电压Voc和短路电流Isc一般呈现相反的变化趋势；得出了本实验条件下优化的扩散工艺，此工艺条件既考虑到开路电压，又兼顾了短路电流，具体工艺参数如下：扩散温度850℃，主扩时间和再分布时间分别为40min和15min；此时电池得到最大的转换效率η为16.4%，电池的开路电压Voc、短路电流密度Jsc和填充因子FF分别为657mV、33.57mA/cm2和74.36%，以此优化扩散工艺制备电池的效率较公司原扩散工艺电池提高了约0.3%。
　　 对沉积完SiNx膜后的单面扩散和双面扩散的硅片背面进行离子束刻蚀后，电池的并联电阻Rsh、开路电压Voc、填充因子FF和转换效率η都得到了提高，提升了电池的性能。对于Ⅱ类硅片，背面刻蚀以后，双面扩散电池最高转换效率达到16.4%，比不刻蚀样品增加了0.68%；而单面扩散电池最高效率则为15.99%，比不刻蚀样品增加0.69%。双面扩散片最高效率值较大的原因是双面扩散的硅片背面磷吸杂效果好于单面扩散，在同样的刻蚀条件下，双面扩散电池片背面去除掉的深能级杂质更多，从而获得了更高的电池转换效率。
　　 对于Ⅱ类硅片，在本组实验条件下，采用铝浆烧结制备铝背场的最佳烧结温度为725℃，此时电池开路电压达到575mV；采用真空蒸镀和磁控溅射制备铝膜后烧结，电池的开路电压随烧结温度的升高而增大，真空蒸镀铝膜最好的烧结温度是850℃，此时电池的转换效率最高，为14.66%，开路电压也有582mV，继续升高烧结温度到900℃，虽然开路电压提高到了590mV，但是电池的转换效率却降低到了14.45%；磁控溅射制备铝膜后，当烧结温度为900℃时，得到了电池的最大开路电压，为586mV；而铝膜的烧结温度要高于铝浆，则是因为相同温度下，铝浆比铝膜扩散的更快。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章 引言

第二章 晶体硅太阳电池基本原理及工艺流程

第三章 单晶硅太阳电池扩散工艺的研究

第四章 背面刻蚀对单晶硅太阳电池性能影响的研究

第五章 单晶硅太阳电池铝背场工艺的研究

第六章 结论与展望

参考文献

致 谢

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