铝背发射极n型太阳电池结构与工艺研究

摘要

n型晶体硅具有体少子寿命高、无光致衰减等优点，非常适合制作高效低成本太阳电池。为了充分发挥n型晶体硅材料性能上的优势，本文对铝背发射极n型太阳电池结构及其制作工艺进行研究。通过对去背结、扩散和烧结等关键工艺进行优化，结合精细印刷和电镀技术制作银电极，在面积为148.6 cm2，体电阻率为3Ωcm的n型Cz硅上制作出效率达16.4％的铝背发射极n型太阳电池。
　　 本论文共分成五章：
　　 第一章是引言，主要对n型晶体硅太阳电池的最新研究进展进行综述。在三种基本结构中，铝背发射极太阳电池由于结构和工艺都相对简单，因此具有良好的产业化前景。如何采用大规模生产技术制作高转化效率的铝背发射极n型太阳电池是其面临的主要问题。
　　 第二章对n型硅片体少子寿命的测试进行研究。通过PC1D模拟发现，体少子寿命对铝背发射极n型太阳电池性能具有很大影响。因此，准确测量n型硅片体少子寿命具有重要意义。为了消除表面复合对测试结果的影响，对不同表面钝化方案进行了比较。实验发现，在各种钝化方式中，10 g/E碘酒的表面钝化效果最好，但其钝化性能随钝化时间增长而变差。利用碘酒进行表面钝化，采用μ-PCD方法测量的n型Cz硅有效少子寿命超过400μs。
　　 第三章对铝背发射极太阳电池的背表面边缘漏电及去背结工艺进行研究。通过Ⅰ-Ⅴ测试和红外热像分析发现，背表面边缘漏电对铝背发射极太阳电池性能的影响极大。采用HF和NaOH溶液去除背表面n+层可以彻底消除背表面边缘漏电的问题。但是，酸、碱长时间浸泡会导致电池前表面性能恶化。通过实验，确定优化的去背结方案为5％HF浸泡30 s，85℃，20％wtNaOH浸泡30 s。
　　 第四章对铝背发射极太阳电池的扩散和烧结工艺进行研究。扩散、烧结是形成电池前表面场及背表面p-n结的关键工序，其工艺条件对电池性能有重要影响。对扩散工艺的研究发现，降低前表面扩散浓度可以明显提高短路电流和开路电压，但是前表面掺杂浓度过低会导致串联电阻明显增加，并导致电池性能下降。对烧结工艺的研究发现，背表面形貌对烧结效果有明显影响，背表面为抛光状态时，电池开路电压比背表面为绒面时高。相同的背表面状态下，烧结温度越高，网带速度越慢，电池的开路电压越高。此外，烧结温度过高会导致电池串联电阻增大，最优的烧结温度在880～900℃范围内。
　　 第五章利用优化后的工艺制作铝背发射极太阳电池。采用高方阻浆料，结合精细印刷及电镀技术制作前电极，成功在低表面掺杂浓度(60Ω/□)的n型Cz硅片上制作出低串联电阻的铝背发射极n型太阳电池，该电池面积为148.6cm2，转换效率达16.4％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3研究内容和研究意义

第二章n型晶体硅体少子寿命测量方法

2.1 体少子寿命对电池性能的影响

2.2体少子寿命的测量方法

2.3不同表面钝化方式的比较

2.4碘酒钝化时间对钝化效果的影响

2.5小结

第三章背表面边缘漏电及去背结工艺

3.1 背表面边缘漏电及其形成机理

3.2 NaOH去背结工艺

3.3去背结对电池性能的影响

3.4小结

第四章扩散、烧结工艺对电池性能的影响

4.1扩散工艺对电池性能的影响

4.2烧结工艺对电池性能的影响

4.3小结

第五章铝背发射极n型太阳电池的制作与表征

5.1 铝背发射极n型太阳电池的制作

5.2铝背发射极n型太阳电池性能表征

5.3 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和申请专利情况

致谢