58背面钝化的晶体硅太阳电池关键理论和

反面钝化的晶体硅太阳电池关键理论和工艺陈达明、梁宗存、沈辉中山大学太阳能系统研究所主要内容1.引言2.太阳电池外表钝化技术3.介质膜/金属反面光学反射性能4.去背结技术5.低本钱介质膜开孔技术6.反面局域接触电极的制备7.电池结构优化方法8.反面钝化的晶体硅太阳电池研发进展1.引言太阳电池前外表技术选择性发射极、新型前栅线金属化、新型外表绒面。Eff>18%太阳电池背外表技术反面钝化、反面光学反射、局域电极接触Eff>？%2太阳电池外表钝化技术2.1热氧化外表复合速率S<10cm/s耗时，耗能，环境要求严格2.1PECVDSiNx:H钝化温度低300-450℃速度快、大规模量产在p型Fz硅片上获得<10cm/s的外表复合速率。缺点：固有的正束缚电荷(1×1011-5×1012cm-2)限制了其在p型基底上的应用。一般采用薄SiO2(10nm)/SiNx:H结构来钝化p型硅外表J.Schmidt,M.Kerr.solarenergymaterial&solarcells,65(2001)585-591.2.3ALD(atomlayerdeposition)Al2O3钝化负的束缚电荷(1012-1013cm-2),特别适合于p型硅片外表的钝化；G.Agostinelli等人在2Ωcm的Cz硅片上采用ALD方式制备Al2O3，外表复合速率低于10cm/s芬兰Beneq、英国OxfordInstrumentsG.Agostinelli,A.Delabie,P.Vitanov,etal.Solarenergymaterials&solarcells90(2006)3438-3443.2.4

a-SiCx

薄膜钝化热稳定能良好PECVD

a-SiCx钝化1Ωcmp型

Fz硅获得了<5cm/s的复合速率

S.W.Glunz,S.Janz,M.Hofmann,T.Roth,andG.Willeke,4thWCPEC,2006,pp.1016-1019.2.5叠层薄膜钝化SiO/SiN/SiO(ONO)叠层钝化膜外表复合速率S<30cm/s850℃快速烧结3s后外表复和速率<60cm/sM.Hofmann,S.J.,ChristianSchmidt,etal.Solarenergymaterials&solarcells,93(2021)1074-1078.3介质膜/金属的反面光学反射性能电池类型Rback(%)Jgen(mA/cm2)PERL94.542.16PERC95.042.18LFC95.542.23背面蒸发铝83.041.61硼背场+蒸发铝71.041.14丝网印刷铝65.041.08M.Hermle,E.Schneiderlöchner,G.Grupp,etal.20thEuropeanphotovoltaicsolarenergyconferenceandexhibition,6-10.Jan2005,Barcelona.3．去背结技术

去背结方法平均背面粗糙度Ra(μm)内背反射率R(%)表面复合速率Seff(cm/s)开路电压Voc(V)效率eff(%)短时间KOH腐蚀0.7092386.860015.3长时间KOH腐蚀0.4293254.860115.3HF/HNO3+短时间KOH腐蚀0.6493427.8HF/HNO31.2891258.560515.5SF6等离子体1.4389199.561016.2CF4等离子体1.61893758.4.59316.4机械抛光0.1793223.9J.Rentsch,L.Gautero,A.Lemke,etal.23thEuropeanphotovoltaicsolarenergyconferenceandexhibition,1-5September2021,Valencia,Spain.4低本钱介质膜开孔技术

4.1激光开孔技术SiNxlayerSiOxlayerλ=1064nmb)λ=532nmc)λ=355nmd)femtosecondlaserwithλ=785nma)λ=1064nm,b)λ=532nmandc)λ=355nm.Nd:YAGlasersExcimerlaser(λ=248nm)(λ=355-1064nm)K.Neckermann,S.A.G.D.Correia,G.Andrä,etal.22thEuropeanPhotovoltaicSolarEnergyConference,Milan,Italy(2007)4.2腐蚀浆料开孔技术Merck公司开发出了一款含磷酸根的浆料solaretchTMBEM，可以刻蚀SiNx和SiOx薄膜,可丝网印刷K.Neckermann,S.A.G.D.Correia,G.Andrä,etal.22thEuropeanPhotovoltaicSolarEnergyConference,Milan,Italy(2007)制备80μm以下的孔径比较困难4.3掩模开孔技术耐HF的掩模材料开孔最小线宽~40μm4.4喷墨打印直接开孔技术AlisonJ.Lennon,AnitaW.Y.Ho-Baillie,StuartR.Wenham.Solarenergymaterials＆solarcells,93(2021)1865-1874.开孔直径可到达40-50μm5反面局域接触电极的制备5.1LFC局域点电极LFC中心处存在~1μm的Al-Si共晶层J.Nekarda,S.Stumpp,L.Gautero,etal.24thEuropeanphotovoltaicsolarenergyconference,21-25september2021,Hamburg,Germany.5.2丝网印刷的局域铝背场V.Meemongkolkiat,K.Nakayashiki,DongSeopKim,etal.4thworldconferenceonphotovoltaicenergyconversion,2006,page:1338-1341.6.反面钝化的晶体硅太阳电池结构优化方法

7反面钝化的晶体硅太阳电池研发进展

(1)新南威尔士大学(UNSW)制备的PERL(passivatedemitterrearlocaldiffused)太阳电池，P型单晶硅效率25.0%，采用高纯区熔(FZ)硅片，高温氧化，屡次光刻，硼扩散，工艺复杂。MartinA.Green,Prog.Photovolt:Res.Appl.2021;17:183-189(2)FraunhoferISELBSF/PERL结构的电池(localbacksurfacefield/passivatedemitterrearlocaldiffused)采用复杂的制备工艺S.W.Glunz,J.Knobloch,etc,.14thEUPVSEC,Barcelona,1997,pp.392-395.RP-PERC结构电池Randompyramidpassivatedemitterandrearcell减少了光刻步骤pm:光刻步骤S.W.Glunz,J.Knobloch,etc,.14thEUPVSEC,Barcelona,1997,pp.392-395.LFC电池PassivatoinlayerVoc(mV)jsc(Ma/cm2)FF(%)Efficiency(%)SiO267938.681.121.3250μm厚，0.5Ωcm,p型FZ

硅片采用光刻和蒸镀技术制备前电极，Ti/Pa/Ag前电极E.Scheiderlochner,R.Preu,etc,.Prog.Photovolt:Res.Appl.2002;10:29-34LFC电池加紧工业化的步伐125*125mm2Cz

单晶硅~200μm厚M.Hofman,D.erath,etc.23thEUPVSEC,Spain,2021L.Gautero等人将上述工艺引用到120μm厚，1-3Ωcm，125*125mm2的Cz硅片上，得到稳定效率为18.0%.L.Gautero,M.Hoffman,etc,.24thEUPVSEC,Hamburg,Germany,2021.采用finelineprinting+LIP制备前电极丝网印刷前电极的LFC电池和丝网印刷背点接触的电池Batch1Batch2ReginaPavlović,AmirDastgheib-Shirazi,etc,.24thEUPVSEC,Hamburg,2021.ISFH:1.4Ωcm,B掺杂CZ硅稳定效率20%RISE-EWT电池B.Lim,S.Hermann,etc,.Appliedphysicletter93,162101(2021)A.Wolf,E.A.Wotke,etal.25thEUPVSE,2021,Valencia.Spain.PilotprocessA.R.Burgers,R.C.G.Naber,et,al.25thEUPVSE,2021,Valencia.Spain8.总结〔1〕从产业化角度看，Al2O3和其它介质膜(如SiNx:H)形成的复合钝化膜具有