一種關于晶硅電池背面鈍化和表面局域接觸的新技術剖析

1、浙江貝盛光伏股份有限公司 部門：研發(fā)部 姓名：張杰一種關于晶硅電池背面鈍化和表面局域接觸的新技術2011-7-21 Confidential Staff Only 報告摘要報告摘要主要參考文獻：主要參考文獻：一種關于晶硅電池背面鈍化和表面局域接觸的新技術。文獻作者文獻作者: :李大勇等，LG電子太陽能研究小組。引言：引言：在晶硅太陽能電池的生產中，使用薄的wafer(150m)可降低硅原料的消耗。當硅片厚度減薄時在燒結過程中容易造成翹曲問題。而且硅片厚度降低意味著光程縮短，相應的造成有更多的光未能被硅片吸收轉化為光生電子-空穴對，而是從硅片中逸出。直接結果是短路電流密度隨著電池的減薄而降低。對

2、此，也提出了一些解決方案，例如鈍化發(fā)射極和背表面局域接觸電池(PERC)，其優(yōu)點是背面采用介質膜鈍化，大大降低了表面復合速率；介質鈍化層位于金屬層和硅基之間，避免了兩者直接接觸，可有效降低電池翹曲；介質鈍化層的背發(fā)射作用，增加了長波長光子吸收。制備高效PERC電池的關鍵技術是提高表面的鈍化程度的同時保證后表面電池。 Confidential Staff Only PERCPERC電池技術概述電池技術概述一、背面鈍化背表面鈍化需求一種可應用于P型硅表面的介電層來大幅降低硅表面的復 合速率(SRV)?，F在的技術主要有：(1). 通過熱效應在硅片面生長一層SiO2薄膜。(2).采用PECVD技術制備

3、SiNx:H和a-Si:H 疊層來達到降低SRV。(3). PECVD技術沉積一系列的氧化物和SiNx疊層作為鈍化層。由于介電層和Al的相互影響，在700C 高溫燒結下會導致鈍化作用的減弱。近來Agostinelli等研究出一系列的氧化物和SiNx 作為鈍化層，與印刷后的Al具有很好的匹配性。運用這種工藝制備的厚度為130m 面積為100cm2的Cz-Si效率達到17.6%；156cm2 mc-Si電池片效率達到16.7%。 Confidential Staff Only PERCPERC電池技術概述電池技術概述二、背面局域接觸電極Fig.1 Scheme of PERC solar cell

4、s背面局域接觸太陽電池的 制 備 方 法 包 括 光 刻(Photolithography Process)，機械法(Mechanical scribing )，噴墨打印(Inkjet printing)，激光燒蝕法(Laser ablation)以及激光燒結電極法(Laser-fired contacts；LFC)。 Confidential Staff Only PERCPERC電池技術概述電池技術概述三、激光燒蝕法激光燒蝕介質膜是指利用激光有選擇性地將電池背面的鈍化層燒蝕掉，在鈍化層上形成局域接觸點。一是激光器類型的選擇，不同的激光光源，激光脈沖時間都會對鈍化膜的燒蝕產生不同的效果，最終

5、影響制備的太陽電池的轉換效率。二是，對于不同的鈍化薄層，激光燒蝕的機理也不同。對于SiNx 鈍化層，激光可以將其直接燒蝕而得到局域接觸開孔。對于熱氧化SiO2 鈍化層，激光首先是被鈍化層下面的硅基體吸收，基體硅受到激光作用氣化使上面的SiO2 鈍化層爆裂，從而得到局域接觸開孔。Fig.2 Microscope image of SiO2 passivation layer locally ablated by laser with different pulse timea)三倍頻Nd：YO4 激光器，脈沖時間30ns。b)二倍頻Nd：YO4 激光器，脈沖時間10ps Confidential

6、 Staff Only PERCPERC電池技術概述電池技術概述四、激光燒結電極(LFC)該方法首先是在鈍化膜上沉積金屬鋁層，然后利用激光的高溫將金屬熔融，熔融的金屬穿透鈍化膜而與基體硅形成合金，從而形成背面局域電極。圖3給出了不同激光參數下獲得的LFC金相，從圖中可以看出，左圖由于激光功率較小，導致有部分鋁沒有穿透鈍化層，而加大功率后，右圖中電極區(qū)鋁全部穿透鈍化層。Fig.3 Microscope image of LFC contacts with different laser parameters不同激光參數得到的LFC局域電極金相 (激光功率：左圖右圖) Confidential S

7、taff Only 實驗原理和方案實驗原理和方案本文主要介紹一種高效PERC 電池的制備技術，主要包括絲網印刷技術、SiOx/SiNx/SiOxNy 背電池鈍化方法和LFC技術。一、PERC電池的制備制備電池所用FZ-Si和mc-Si wafer的厚度為130m。1. wafer經過酸溶液制絨(HF:HNO3:H2O)2. POCl3 擴散(50/sq)、刻蝕(四甲基氫氧化銨)。3.PECVD技術在wafer表面沉積一層75nm厚的SiNx和100nm厚的SiOxNy薄膜。4. 在電池的背面沉積SiOx/SiNx/SiOxNy作為鈍化層。5. 印制Al背場6.正面Ag電極印制完畢后，利用激光技

8、術完成Al與p型硅的局部接觸。 Confidential Staff Only 結果與討論結果與討論Fig.4 Effective lifetime of SiOx/SiNx and SiOx/SixN/SiOxNy stack passivated sample 700C熱處理后兩者壽命均大于150s左右。通過測得的壽命計算出SiOx/SiNx 層的SRV為70cm/s。與SiO2 鈍化層測得的SRV基本相同。SiOx/SixN/SiOxNy的壽命為200s，對應的SRV為60cm/s。此外增加SiOx/SixN/SiOxNy層可以在印刷Al電極做熱處理時保護SiOx/SiNx 層。一、鈍化

9、層的研究選用厚度為 250m 的p型 FZ-Si wafer, 鈍化工藝為PECVD技術(Rath&Rau) 。 Confidential Staff Only 結果與討論結果與討論Fig.5 Comparison of mesured reflectance of evaluation samples as the thinkness variation in SiOxNy layer based on the same SiOx/SiNx.當膜厚小于100nm時，對長波段光的反射率極低。當大于200nm時，對長波段光反射率較高。因此，SiOxNy膜的最佳厚度應該在200nm以上。一、鈍化層

10、的研究 Confidential Staff Only 結果與討論結果與討論Fig.6 Scanning electron microscopy (SEM) images of Si/passivation stack/screen-printed Al after laser treatment采用FLC技術制備背面局域電極，所用激光源為YAG:Nd 三倍頻激光器，工作波長為355nm。通過優(yōu)化激光功率和重復頻率使印刷的Al與P型硅形成接觸，并避免激光對wafer表面造成損傷。圖3(a)可以看出采用激光燒結技術背面形成了5050m 的電極接觸區(qū)域。(b)圖可以看出激光燒結后形成了深度為20m

11、的接觸 區(qū)域。FLC技術制備的局域電極的接觸面積比光刻和激光燒蝕法要大。因此可減低接觸點的電阻率。二、背面局域電極的研究 Confidential Staff Only 結果與討論結果與討論Table 1 I-V characteristics of solar cells on 130m thick FZ single crystalline Si and mc-Si (AM 1.5G, 100mW/cm2, 25C) and the Pseudo-Fill factors measured by the Suns-Voc method.三、PERC電池與Al背場(Al-BSF)電池的電性能比較 通過比較可以看出相比Al-BSF 電池，PERC電池的Jsc和Voc 分別提高2mA/cm2和20mV，效率提高1.4%。 Confidential Staff Only 結果與討論結果與討論Fig.8 Spectra respones of a 130m thick mc-Si PERC cells compared to a reference cell with