背点接触式薄膜硅光电池的研究

摘要

背接触式太阳能电池是一种典型的高效硅光电池，其将正、负电极集成于电池背面，解决了电极对光遮挡造成的光学损失，但增加了电池的工艺步骤和制备成本。为了减少制备成本，本论文提出并研究背点接触式电池。金属接触采用点接触减少了金属与半导体的接触面积，减小了金属-半导体高复合区域的面积，而且背点接触式电池只需要进行一次高温掺杂，制备工艺简单，成本低，对发展背接触式电池具有重要的意义。本文主要研究内容如下： 首先，分析了影响太阳能电池性能的光学损失和电学损失，提出了改进的方法。针对光学损失可采用全背式结构解决正面电极遮挡损失、在受光面沉积减反膜或者制备陷光结构减少反射损失；针对电学损失可采用在电池受光面沉积钝化膜减少表面复合损失。 然后，利用半导体仿真软件TCAD建立背点接触式薄膜硅光电池的物理模型，分析了硅吸收层厚度对太阳能电池性能的影响，说明了薄膜硅电池的优势。模拟分析了P、N区电极接触宽度、P接触打孔深度以及N区掺杂时间等因素对背点接触式薄膜硅光电池性能的影响，得到最优的电池结构参数和工艺参数。 接着，研究了背点接触式薄膜硅光电池的制备工艺，分别介绍了高温扩散、热氧化、光刻、湿法腐蚀、结深测量、电子束蒸发、干法刻蚀以及退火等工艺的原理和具体工艺条件。根据仿真优化的电池参数，优化制备工艺并制备出背点接触式硅光电池，并将电池减薄至10μm。 最后，研究了背点接触式电池的性能，经过退火处理，200μm 硅电池的转换效率为10.48%。然后介绍了Si3N4减反膜的制备方法，并在10μm薄膜硅电池的受光面沉积Si3N4减反膜，得到薄膜电池效率6.34%。

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