等离子体浸没离子注入在太阳能电池中的应用研究

摘要

进一步减少晶硅太阳能电池的表面反射率、改善PN结质量是提高晶硅太阳能电池光电转换效率的有效方法。对于目前的晶硅电池来说，经表面制绒后单/多晶硅仍然分别有11％与25％左右的表面反射率，且以热扩散方式制备的PN结短波响应较差，因此急需一种新的工艺改善上述问题。等离子体浸没离子注入(PⅢ)则为降低反射率、改善PN结质量提供了很好的研究方向。在PN结制备上，采用PⅢ可通过注入掺杂的方式得到超浅结，和热扩散制备的PN结相比，新的PN结结深大大减小，经研究发现该PN结适合用于太阳能电池的制备。在降低表面反射率方面，采用PⅢ能在硅片表面形成纳米量级的针状微观结构，形成“黑硅”，极大地减小了表面反射，通过进一步的优化工艺，实现了太阳能电池效率的明显提升。针对这两点，本文做了如下工作:
　　1、采用等离子体浸没离子注入(PⅢ)的方法在125cm×125cm的P型单晶硅上注入磷元素形成了PN结，通过快速热退火工艺激活掺杂元素以达到最佳电活性。研究了退火时间与退火温度、注入偏压大小与脉宽对PN结方块电阻的大小与均匀性的影响。发现在注入偏压为2KV，注入脉宽为50μs，退火温度为1100℃，退火时间为20s的条件下，注入效果最佳，此时的方块电阻达到最小值10.12Ω/sq，非均匀性达到最小值2.98％，非常适合用于太阳能电池工艺。另外，在相同条件下对单晶硅与多晶硅的注入进行了比较，发现在单晶硅上注入得到的PN结要远远优于多晶硅。
　　2、采用等离子体浸没离子注入(PⅢ)在156cm×156cm的P型多晶硅上制备了黑硅，并对随后的湿法去损工艺进行了研究，在目前普遍使用的HNO3/HF溶液去损的基础上，探索了一种弱氧化性的NaNO2/HF溶液去损方式。实验发现湿法去损会使黑硅的表面反射率逐渐升高，但同时也会大大降低等离子刻蚀损伤与硅片表面积，减小表面复合速度。实验中对使用HNO3/HF溶液与NaNO2/HF对黑硅进行湿法去损，而后在工业生产线上加工为太阳能电池，发现采用条件为NaNO2∶HF∶H2O=6.4g∶10mL∶240mL去损20min时，去损的效果最佳，电池效率达到最高。采用该条件时，太阳能电池效率为17.46％，开路电压为623mV，短路电流密度为35.99mA/cm2，效率较常规多晶电池提高了0.72％。

目录

声明

致谢

摘要

序

1 绪论

1．1 引言

1．2 太阳能电池的发展历史与现状

1．3 离子注入技术在太阳能电池制造中的应用

1．3．1 离子注入概述

1．3．2 等离子体浸没离子注入概述

1．3．3 注入掺杂制备PN结

1．3．4 等离子体浸没离子注入制备黑硅

1．4 本文研究内容和意义

2 晶体硅太阳能电池的基本原理及生产工艺

2．1 晶体硅太阳能电池的基本原理

2．1．1 PN结基本原理

2．1．2 光生伏特效应

2．1．3 太阳能电池的电压—电流特性

2．1．4 太阳能电池的性能表征

2．2 晶体硅太阳能电池的生产工艺

2．2．1 表面制绒

2．2．2 扩散制结

2．2．3 边缘刻蚀

2．2．4 二次清洗

2．2．5 PECVD

2．2．6 丝网印刷

2．2．7 高温烧结

3 等离子体浸没离子注入制备PN结

3．1 实验装置

3．2 实验原理

3．2．1 离子注入

3．2．2 退火

3．2．3 方块电阻及其测试方法

3．3 实验设计

3．4 实验内容

3．4．1 离子注入制备PN结

3．4．2 快速热退火

3．4．3 方块电阻的测试

3．5 数据分析

3．5．1 退火条件分析

3．5．2 注入条件分析

3．5．3 多晶硅与单晶硅注入比较

3．6 本章小结

4 等离子体浸没离子注入制备黑硅太阳能电池

4．1 等离子体浸没离子注入制备黑硅原理

4．1．1 实验装置

4．1．2 实验原理

4．2 黑硅制备后表面湿法去损的研究

4．2．1 湿法去损原理

4．2．2 NaNO2／HF溶液去损研究

4．3 实验设计

4．4 表征方法

4．5 实验结果及分析

4．5．1 表面微观形貌

4．5．2 表面反射率

4．5．3 外量子效率

4．5．4 太阳能电池性能

4．6 本章小结

5 结论

5．1 本文的主要工作及结论

5．2 进一步研究的建议

参考文献

作者简历

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