高效率多晶硅太陽電池測試研究

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1、高效率多晶硅太陽電池測試研究　　摘要：采用電阻率為1.5-2.0Ω•cm的P型156*156的多晶硅片經(jīng)制絨、擴(kuò)散、濕法刻蝕、PECVD沉積和絲網(wǎng)印刷等工序制備了轉(zhuǎn)換效率為17.25%的多晶太陽電池。光致發(fā)光（PL）和少子壽命測試儀，對高效率多晶硅片的各工序后的少子壽命以及太陽電池電學(xué)參數(shù)等特性進(jìn)行了分析研究。結(jié)果指出，轉(zhuǎn)換效率為17.25%的多晶硅電池原硅片有著較低的體缺陷密度，相對較高的少子壽命，尤其燒結(jié)后的少子壽命較擴(kuò)散后少子壽命提高了76%。因此，在鑄錠工序如何控制位錯、微缺陷、晶界、金屬雜質(zhì)等提高硅片的少子壽命為提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率將會起到至關(guān)重要的作用。

2、關(guān)鍵詞:高效率；多晶硅；太陽電池；少子壽命中圖分類號：TK511文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：一、引言6目前，隨著環(huán)境的不斷惡化和能源日益緊缺，加強環(huán)境保護(hù)和開發(fā)清潔能源已成為世界各國高度關(guān)注的問題。作為一種重要的光電能量轉(zhuǎn)換器件，太陽電池的研究受到了人們的熱切關(guān)注。近年隨著太陽電池新技術(shù)、新工藝和新結(jié)構(gòu)的開發(fā)和利用使太陽電池行業(yè)得到了迅猛發(fā)展。多晶硅太陽電池因工序流程簡單、工藝成熟和制造成本低，使其在太陽能電池市場占據(jù)著較大的比例。為了更快的推動綠色能源發(fā)展，降低太陽電池成本和提高電池轉(zhuǎn)換效率已成為行業(yè)發(fā)展和競爭的兩個主要目標(biāo)。二、實驗方法取高效率和普通多晶硅片各5片，測試原硅片少

3、子壽命隨腐蝕深度的變化，以及原硅片的光致發(fā)光圖（PL）對原硅片的質(zhì)量進(jìn)行表征和分析。隨后各取200片硅片，經(jīng)相同的制絨、擴(kuò)散、PECVD以及絲網(wǎng)印刷和測試工序完成太陽電池的制備。分別對制絨后的表面形貌，原硅片、擴(kuò)散后、PECVD和燒結(jié)后的少子壽命進(jìn)行了測試。最后對兩批太陽電池片在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下進(jìn)行了電學(xué)性能和EL測試。三、結(jié)果與討論1.原硅片的少子壽命隨腐蝕深度的變化6通過對原硅片的不同深度的腐蝕和少子壽命測試結(jié)果（如圖1）可以看出：普通多晶和高效多晶硅制絨前的壽命是相一致的，這是因為少子壽命是由表面壽命和體壽命兩部分組成，然而在切割后的硅片表面存在著5-10um的損傷層，此時

4、體現(xiàn)的則是表面的壽命。所以只測切割后硅片表面的少子壽命是不能體現(xiàn)硅片質(zhì)量好壞的。隨著腐蝕深度的增加，少子壽命逐漸增加。當(dāng)4-8um時少子壽命趨于穩(wěn)定，當(dāng)腐蝕深度達(dá)到9um時，少子壽命達(dá)到了最大值，此時是因為硅片表面的損傷層被完全去除掉，少子壽命體現(xiàn)的則是硅片的體壽命；然而隨著腐蝕深度增加到12um后少子壽命又出現(xiàn)下降的趨勢，這是因為腐蝕液對硅片表面的腐蝕又出現(xiàn)了新的復(fù)合中心。從高效和普通多晶硅片對比來看，高效多晶硅片有著更高的體壽命，較普通多晶硅高了48.8%。原材料的少子壽命并不能反映材料的體壽命，不能用來判斷材料質(zhì)量的優(yōu)劣，而去除損傷層后的少子壽命值才能真實地反映材料的體壽

5、命，可作為原材料優(yōu)劣的判據(jù)。2.硅片的PL測試發(fā)光成像方法為太陽電池缺陷檢測提供了一種非常好的解決方案。PL通常利用激光作為激發(fā)光源，提供一定能量的光子，Si片中處于基態(tài)的電子在吸收這些光子后而進(jìn)入激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的電子屬于亞穩(wěn)態(tài)，在短時間內(nèi)會回到基態(tài)，并發(fā)出以1150nm的紅外光為波峰的熒光。發(fā)光的強度與本位置的非平衡少數(shù)載流子的密度成正比，而缺陷處會成為少數(shù)載流子的強復(fù)合中心，因此該區(qū)域的少數(shù)載流子密度變小導(dǎo)致熒光效應(yīng)減弱，在圖像上表現(xiàn)出來就成為暗色的點、線，或一定的區(qū)域，而在電池片內(nèi)復(fù)合較少的區(qū)域則表現(xiàn)為比較亮的區(qū)域。因此，通過觀察光致發(fā)光成像能夠判斷Si片或電池片是否

6、存在缺陷[1-2]6。取高效和普通多晶硅片進(jìn)行PL測試，結(jié)果如圖2所示,發(fā)現(xiàn)高效率硅片PL圖像灰度均勻，而普通多晶硅片中存在著較暗的區(qū)域，說明該處有影響電子和空穴的輻射復(fù)合的因素存在，一般是由缺陷和金屬雜質(zhì)因素導(dǎo)致。而原材料缺陷勢必導(dǎo)致Si襯底非平衡少數(shù)載流子濃度降低，造成擴(kuò)散結(jié)面不平整，p-n結(jié)反向電流變大，從而影響太陽電池效率[3-4]。（1）高效多晶硅片（2）普通多晶硅片圖2硅片的PL測試圖3.少子壽命少子壽命值是關(guān)系太陽電池設(shè)轉(zhuǎn)換效率的重要參數(shù)，少子壽命值在一定程度上可以體現(xiàn)太陽電池轉(zhuǎn)換效率的高低。理論上，少子壽命越長，太陽電池的短路電流和開路電壓越高，太陽電池的轉(zhuǎn)換效

7、率也相應(yīng)地提高。在太陽電池制作過程中，硅片經(jīng)過制絨、擴(kuò)散磷吸雜、PECVD沉積SiN：H膜鈍化、鋁背場以及燒結(jié)等工藝，少子壽命也會隨之發(fā)生變化。通過對高效和普通多晶硅片對不同工序后的少子壽命進(jìn)行了測試，結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯?，每個工序的少子壽命發(fā)生了明顯的變化，具體原因分析如下：（1）原硅片時測得的少子壽命較低。這是因為硅片的生產(chǎn)過程通常采用線切割方式，會在硅片邊沿造成微裂、破損，在硅片表面形成一定厚度的損傷層，因此加重了載流子在硅片表面的復(fù)合程度，此時測試的少子壽命通常反映的是硅片的表面