太阳电池材料制备工艺及检测chaer

太阳电池：

材料、制备工艺及检测太阳电池：

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材料、制备工艺及检测*主讲：肖全松6.4.2硅沉积技术高温硅沉积法；低温沉积法；上节课知识点一、高温硅沉积法概述：高温(>1000℃)的硅沉积法是获得硅的高沉积速率(1-20μm/min)的重要方法。2.高温沉积技术包括：元素硅熔融后在衬底上沉积薄膜或硅层的熔体生长和熔体被覆技术；含硅气态前体在衬底上热分解的化学气相沉积（CVD）；从熔体的金属液沉积硅的液相外延（LPE）。

化学气相沉积1.定义：化学气相沉积(CVD)是通过包含所需成分的气相化合物或前体反应在衬底上形成固态膜。例如，通过硅炕(SiH4)或三氯氢硅(SiHCi3)气体的热分解使衬底为硅层被覆。2.厚度：10～50μm厚的硅层。3.常用方法和技术1)常压化学气相沉积(APCVD)；2)快速热化学气相沉积(RTCVD)；3)低压化学气相沉积(LPCVD)。化学气相沉积5.PECVD过程1）定义PECVD（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition）的概念及其原理：利用强电场或磁场使所需的气体源分子电离产生等离子体，等离子体中含有很多活性很高的化学基团这些基团经过经一系列化学和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。低温化学气相沉积LPE液相外延【liquidphaseepitaxy】由溶液中析出固相物质并沉积在衬底上生成单晶薄层的方法。液相外延由尼尔松于1963年发明，成为化合物半导体单晶薄层的主要生长方法，被广泛的用于电子器件的生产上。薄层材料和衬底材料相同的称为同质外延，反之称为异质外延。本节课内容介绍内容：第八章中的8.1-8.7节，即引言、高效实验室电池、丝网印刷的局限、埋栅电池、HIT电池、基于氮化物的方法和总结。重点：硅薄膜太阳电池的生长技术难点：硅薄膜太阳电池的生长技术教学目标：掌握硅薄膜太阳电池的生长技术；8.1引言1.目前的主流工艺到2003年，在售的绝大多数太阳电池都是采用单晶或多晶(mc)硅片与简单的丝印金属接触相结合的方法。

其优点是技术成熟，丝网印刷机、烘干和烧结丝印金属圆形的熔炉，都在传统的厚膜技术中成功应用。2.丝印的局限性效率低8.2高效实验室电池8.2.1硅空间电池的发展大致可分为三个区域，即：五十年代；九十年代8.2.1硅空间电池的发展1.为何引入空间电池的概念1）1958年太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。2）早期电池都是采用单晶硅，价格极其昂贵。

8.2.1硅空空间间电电池池的的发发展展2.重要要的的技技术术进进展展1）1954年第第一一块块现现代代意意义义上上的的单单晶晶硅硅太太阳阳电电池池问问世世了了，，它它的的发发明明者者是是贝贝尔尔实实验验室室的的Pearson、Fuller和Chapin。称称之之为为包包绕绕型型结结。。优点点：：顶顶层层没没有有电电极极遮遮挡挡；；电电极极容容易易连连接接。。缺点点：：电电阻阻较较高高。。其效效率率仅仅为为4.5%2.重要要的的技技术术进进展展2）随后后的的十十几几年年里里发发展展缓缓慢慢。。关键键特特征征包包括括利利用用10ΩΩ••cm的P型衬衬底底使使抗抗辐辐射射性性能能最最强强，，使使用用名名义义上上的的4OΩΩ/□□、0.5μμm深的的磷磷扩扩散散等等。。在在空空间间辐辐射射条条件件下下能能量量转转换换效效率率为为10%～11%3）铝背背场场的的出出现现20世纪纪60年代代末末，，背背铝铝处处理理的的优优点点日日益益明明显显，，特特别别是是对对于于比比正正常常厚厚度度稍稍薄薄的的电电池池。。把把空空间间电电池池效效率率相相应应地地提提高高到到12.4%。2.重要要的的技技术术进进展展4）紫电电池池的的出出现现利用用光光刻刻勾勾画画几几何何形形状状来来画画出出实实际际上上细细得得多多的的金金属属栅栅线线图图形形。。使用用改改善善了了的的Ti02和Ta2O5基减减反反射射涂涂层层，，它它们们的的吸吸收收比比SiO小。产生了可可以吸收收0.5μμm波长以下下光的电电池，即即紫电池池。在空空间辐射射条件下下能量转转换效率率为13.5%2.重要的技术进展展5）黑电池的的出现织构化的的应用。。在空间辐辐射条件件下能量量转换效效率为15.5%8.2.2高效地面面电池1.表面钝化化和MINP电池表面钝化化，对裸裸露于太太阳光照照下的单单晶硅太太阳电池池的表面面，其重重要性不不言而喻喻；以热氧化化对电池池表面进进行钝化化时，氧氧化层必必须很薄薄；高效硅太太阳电池池采用热热氧化生生长的氧氧化硅作作为表面面钝化层层，取得得了开路路电压和和短波响响应方面面增益的的最大化化。20世纪70年代第一一个达到到18%效率的硅硅电池是是MINP电池8.2.2高效地面面电池1.表面钝化化和MINP电池8.2.2高效地面面电池2.钝化发射射区太阳电池池----PESC电池“顶部”是是直接接接受太阳阳光照的的表面；顶部上电电极区的的钝化是是通过电电极下面面减薄氧氧化物薄薄层实现现的PESC的电池结结构（passivedemittersolarcell,钝化发射射极电池池）的电电池结构构，又将将电池的的效率提提高了一一步；1985年，将表表面的制制绒和PESC方法结合合，使硅硅太阳电电池转换换效率首首次在非非聚光状状态下达达到了20%。8.2.2高效地面面电池2.钝化发射射区太阳电池池----PESC电池8.2.2高效地面面电池3.双面钝化化太阳电池池----PERL电池使电池性性能取得得重要突突破的是是上下表面面及电极极区域钝钝化的电池；；如图所示示的PERL电池，结结合了早早先的PESC结构、双双面钝化化以及在在电池制制造过程程中采用用了氯化化物，以以进一步步提高了衬衬底材料料的少子子寿命和和表面钝钝化效果果；20世纪80年代末，，该电池池的效率率达到了了23%，是对仅仅仅7年前17%的最高值值的一个个巨大改改善。8.2.2高效地面面电池3.双面钝化化太阳电池池----PERL电池8.3丝网印刷刷电池的的局限8.3.1结构1.电池结构构8.3.1结构2.电池工艺艺：腐蚀除去去起始晶晶片的切切割损伤伤，上表表面的化化学织构构化(若起始材材料是<100>晶片)，上表面面扩散到到约4OΩ/□，通常将将电池叠叠成一摞摞而在等等离子体体中去边边的边结结隔离，，腐蚀去去除扩散散氧化物物，前面面金属浆浆料通过过适当图图形的丝丝印，前前表面金金属化的的烘干和和烧结，，后表面面金属浆浆料的丝丝印，后后金属接接触的烘烘干和烧烧结，电电池测试试和分类类。8.3.1结构3.缺点：丝网印刷刷方法最最大的缺缺点就在在于印刷刷过程中中消耗大大量金属属浆料的的成本问问题以及及最后生生产出的的电池片片效率相相对较低低.根本原因因在丝网网印刷所所得到的的栅线宽宽度受到到限制,另一个重重要原因因是顶电电极和硅硅接触的的电阻较较高.8.3.2典型性能能丝网印刷刷方法得得到的电电池开路路电压取取决于衬衬底电阻阻率，其其典型值值为580～620mV，短路电电流密度度为28～32mA/cm2，大面积积电池的的填充因因子为70%～75%。丝印金金属化一一般遮挡挡大面积积电池的的上表面面的10%～15%，如图8-7所示，一一般由150～200μμm宽、间隔隔2～3mm的金属栅栅线组成成。8.3.2典型性能能8.3.3改进的技技术由等离子子体化学学气相沉沉淀技术术(PECVD)制作的氮化硅薄薄膜作为电池池的正表表面的减减反膜,即降低了了电池的的表面反反射;同时也有有效钝化化了电池池的表面面,降低了电电池表面面的复合合。改进银浆浆配方,使得电池池表面发发射结的的薄层电电阻提高高的情况况下也能能实现较较好的欧欧姆接触触.共烧技术术,电池的正正表面在在丝网印印刷银浆浆栅线后后,随着在电电池的背背面印刷刷上铝浆浆和银铝铝浆,在浆料烘烘干后,进入烧结结炉,进行前后后电极的的共烧过过程。8.4埋栅电池池8.4.1结构图8-10所示的埋埋栅太阳阳电池被被开发出出来，以以克服先先前所述述的丝印印电池方方法的效效率限制制。这种种方法量量显著的的特征是是在上表表面利用用槽形成成电池的的金属化化。虽然然最初研研究了利利用丝印印的金属属化步骤骤(在印刷操操作中将将金属压压入槽中中)，最成功功的设计计利用了了化学镀镀金属栅栅线。8.4.1结构8.4.2性能分析析2.工艺去除切割割损伤和和织构化化后，表表面轻扩扩散和生生长氧化化物覆盖盖整个表表面，氧氧化物在在电池工工艺中起起多重作作用，是是工艺相相对简化化的关键键。注意不需需要像丝丝印方法法那样去去除扩散散氧化物物。然后用激激光划线线机、机机械切割割锯，或或用其他他机械或或化学方方法在电电池上表表面开槽槽。用化学腐腐蚀清洗洗槽后，，对槽进进行第二二次扩散散。然后后，用蒸蒸发、溅溅射、丝丝网印刷刷或等离离子沉积积在背表表面沉积积铝。在烧结结铝和和腐蚀蚀掉氧氧化物物后，，化学学镀镍镍、铜铜和银银层完完成电电池金金属化化。工艺中中一个个改进进的工工序利利用Si3N4代替氧氧化物物。8.4.2性能分分析8.4.2性能分分析1.性能比比较在这种种情况况下报报告了了近30%的性能能优势势，虽虽然之之后丝丝印电电池的的改进进后这这种差差距有有所减减小。。同时时，BPSolar报告了了单位位面积积的工工艺成成本事事实上上是一一样的的，与与丝印印电池池单位位面积积的工工艺成成本相相差在在4%以内。。因此此，这这提供供了每每峰瓦瓦低得得多的的成本本和较较高的的单位位面积积功率率输出出。虽虽然基基础投投资费费用较较高，，但较较低的的材料料成本本弥补补了这这一缺缺点。。几个个欧洲洲制造造商和和研究究机构构对此此达成成了基基本一一致的的结论论。8.4.2性能分分析2.改善原原因填充因因子较较高是是由于于金属属化栅栅线较较好的的电导导和这这些栅栅线与与重掺掺杂槽槽区之之间较较低的的接触触电阻阻；电压较较高是是由于于上表表面扩扩散较较高的的方块块电阻阻，结结合这这些面面积上上整个个的氧氧化提提供极极好的的表面面钝化化，以以及精精区中中的重重掺杂杂提供供的接接触钝钝化。。埋栅电电池达达到了了接近近700mV的开路路电压压，接接近于于实验验室硅硅电池池曾经经获得得的最最高电电压。。8.5HIT电池HIT电池(有本征征薄层层的异异质结结)结合了了晶体体硅和和非晶晶硅电电池技技术，，生产产中的的转换换效率率类似似于埋埋栅电电池和和曾经经报道道过的的某些些最高高效率率大面面积实实验室室器件件，基基本的的器件件结构构如图图8-12所示。。这种方方法产产生了了效率率高达达21.0%的创纪纪录的的实验验室大大面积积电池池。8.5HIT电池作业丝网印印刷的的局限限性是是什么么？如如何改改进？？预习内容：：第9章中的的9.1-9.2谢谢您您的配配合！！祝大家家学的的好！！生活更更精彩彩！9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。20:46:2120:46:2120:4612/28/20228:46:21PM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。12月月-2220:46:2120:46Dec-2228-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。20:46:2120:46:2120:46Wednesday,December28,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2220:46:2120:46:21December28,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。28十二月月20228:46:21下午20:46:2112月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月228:46下下午午12月月-2220:46December28,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/2820:46:2120:46:2128December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。8:46:21下午8:46下下午20:46:2112月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。20:46:2120:46:2120:4612/28/20228:46:21PM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2220:46:2120:46Dec-2228-Dec-2212、世间成事，，不求其绝对对圆满，留一一份不足，可可得无限完美美。。20:46:2120:46:2120:46Wednesday,December28,202213、不知香积积寺，数里里入云峰。。。12月-2212月-2220:46:2120:46:21December28,202214、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。28十十二月20228:46:21下午午20:46:2112月-2215、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荆荆门门九九派派通通。。。。。十二二月月228:46下下午午12月月-2220:46December28,202216、少少年年十十五五二二十十时时，，步步行行夺夺得得胡胡马马骑骑。。。。2022/12/2820:46:2120:46:2128December202217、空山山新雨雨后，，天气气晚来来秋。。。8:46:21下下午8:46下下午午20:46