一种关于晶硅电池背面钝化和表面局域接触的新技术

1、浙江贝盛光伏股份有限公司 部门：研发部 姓名：张杰一种关于晶硅电池背面钝化和表面局域接触的新技术2011-7-21 Confidential Staff Only 报告摘要报告摘要主要参考文献：主要参考文献：一种关于晶硅电池背面钝化和表面局域接触的新技术。文献作者文献作者: :李大勇等，LG电子太阳能研究小组。引言：引言：在晶硅太阳能电池的生产中，使用薄的wafer(150m)可降低硅原料的消耗。当硅片厚度减薄时在烧结过程中容易造成翘曲问题。而且硅片厚度降低意味着光程缩短，相应的造成有更多的光未能被硅片吸收转化为光生电子-空穴对，而是从硅片中逸出。直接结果是短路电流密度随着电池的减薄而降低。对

2、此，也提出了一些解决方案，例如钝化发射极和背表面局域接触电池(PERC)，其优点是背面采用介质膜钝化，大大降低了表面复合速率；介质钝化层位于金属层和硅基之间，避免了两者直接接触，可有效降低电池翘曲；介质钝化层的背发射作用，增加了长波长光子吸收。制备高效PERC电池的关键技术是提高表面的钝化程度的同时保证后表面电池。 Confidential Staff Only PERCPERC电池技术概述电池技术概述一、背面钝化背表面钝化需求一种可应用于P型硅表面的介电层来大幅降低硅表面的复 合速率(SRV)。现在的技术主要有：(1). 通过热效应在硅片面生长一层SiO2薄膜。(2).采用PECVD技术制备

3、SiNx:H和a-Si:H 叠层来达到降低SRV。(3). PECVD技术沉积一系列的氧化物和SiNx叠层作为钝化层。由于介电层和Al的相互影响，在700C 高温烧结下会导致钝化作用的减弱。近来Agostinelli等研究出一系列的氧化物和SiNx 作为钝化层，与印刷后的Al具有很好的匹配性。运用这种工艺制备的厚度为130m 面积为100cm2的Cz-Si效率达到17.6%；156cm2 mc-Si电池片效率达到16.7%。 Confidential Staff Only PERCPERC电池技术概述电池技术概述二、背面局域接触电极Fig.1 Scheme of PERC solar cell

4、s背面局域接触太阳电池的 制 备 方 法 包 括 光 刻(Photolithography Process)，机械法(Mechanical scribing )，喷墨打印(Inkjet printing)，激光烧蚀法(Laser ablation)以及激光烧结电极法(Laser-fired contacts；LFC)。 Confidential Staff Only PERCPERC电池技术概述电池技术概述三、激光烧蚀法激光烧蚀介质膜是指利用激光有选择性地将电池背面的钝化层烧蚀掉，在钝化层上形成局域接触点。一是激光器类型的选择，不同的激光光源，激光脉冲时间都会对钝化膜的烧蚀产生不同的效果，最终

5、影响制备的太阳电池的转换效率。二是，对于不同的钝化薄层，激光烧蚀的机理也不同。对于SiNx 钝化层，激光可以将其直接烧蚀而得到局域接触开孔。对于热氧化SiO2 钝化层，激光首先是被钝化层下面的硅基体吸收，基体硅受到激光作用气化使上面的SiO2 钝化层爆裂，从而得到局域接触开孔。Fig.2 Microscope image of SiO2 passivation layer locally ablated by laser with different pulse timea)三倍频Nd：YO4 激光器，脉冲时间30ns。b)二倍频Nd：YO4 激光器，脉冲时间10ps Confidential

6、 Staff Only PERCPERC电池技术概述电池技术概述四、激光烧结电极(LFC)该方法首先是在钝化膜上沉积金属铝层，然后利用激光的高温将金属熔融，熔融的金属穿透钝化膜而与基体硅形成合金，从而形成背面局域电极。图3给出了不同激光参数下获得的LFC金相，从图中可以看出，左图由于激光功率较小，导致有部分铝没有穿透钝化层，而加大功率后，右图中电极区铝全部穿透钝化层。Fig.3 Microscope image of LFC contacts with different laser parameters不同激光参数得到的LFC局域电极金相 (激光功率：左图右图) Confidential S

7、taff Only 实验原理和方案实验原理和方案本文主要介绍一种高效PERC 电池的制备技术，主要包括丝网印刷技术、SiOx/SiNx/SiOxNy 背电池钝化方法和LFC技术。一、PERC电池的制备制备电池所用FZ-Si和mc-Si wafer的厚度为130m。1. wafer经过酸溶液制绒(HF:HNO3:H2O)2. POCl3 扩散(50/sq)、刻蚀(四甲基氢氧化铵)。3.PECVD技术在wafer表面沉积一层75nm厚的SiNx和100nm厚的SiOxNy薄膜。4. 在电池的背面沉积SiOx/SiNx/SiOxNy作为钝化层。5. 印制Al背场6.正面Ag电极印制完毕后，利用激光技

8、术完成Al与p型硅的局部接触。 Confidential Staff Only 结果与讨论结果与讨论Fig.4 Effective lifetime of SiOx/SiNx and SiOx/SixN/SiOxNy stack passivated sample 700C热处理后两者寿命均大于150s左右。通过测得的寿命计算出SiOx/SiNx 层的SRV为70cm/s。与SiO2 钝化层测得的SRV基本相同。SiOx/SixN/SiOxNy的寿命为200s，对应的SRV为60cm/s。此外增加SiOx/SixN/SiOxNy层可以在印刷Al电极做热处理时保护SiOx/SiNx 层。一、钝化

9、层的研究选用厚度为 250m 的p型 FZ-Si wafer, 钝化工艺为PECVD技术(Rath&Rau) 。 Confidential Staff Only 结果与讨论结果与讨论Fig.5 Comparison of mesured reflectance of evaluation samples as the thinkness variation in SiOxNy layer based on the same SiOx/SiNx.当膜厚小于100nm时，对长波段光的反射率极低。当大于200nm时，对长波段光反射率较高。因此，SiOxNy膜的最佳厚度应该在200nm以上。一、钝化层

10、的研究 Confidential Staff Only 结果与讨论结果与讨论Fig.6 Scanning electron microscopy (SEM) images of Si/passivation stack/screen-printed Al after laser treatment采用FLC技术制备背面局域电极，所用激光源为YAG:Nd 三倍频激光器，工作波长为355nm。通过优化激光功率和重复频率使印刷的Al与P型硅形成接触，并避免激光对wafer表面造成损伤。图3(a)可以看出采用激光烧结技术背面形成了5050m 的电极接触区域。(b)图可以看出激光烧结后形成了深度为20m

11、的接触 区域。FLC技术制备的局域电极的接触面积比光刻和激光烧蚀法要大。因此可减低接触点的电阻率。二、背面局域电极的研究 Confidential Staff Only 结果与讨论结果与讨论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电池与Al背场(Al-BSF)电池的电性能比较 通过比较可以看出相比Al-BSF 电池，PERC电池的Jsc和Voc 分别提高2mA/cm2和20mV，效率提高1.4%。 Confidential Staff Only 结果与讨论结果与讨论Fig.8 Spectra respones of a 130m thick mc-Si PERC cells compared to a reference cell with