减反层折射率控制在2.3左右
晶体硅太阳电池中少数载流子的复合导致了光生载流子的损失,从而引起了电池效率的降低。而硅片中少数载流子的寿命值在很大程度上受到硅片表面形状的影响,如果在硅表面加一层氧化层,硅与氧化层之间的内表面上绝大部分硅原子的未饱和键都被氧化层中的原子所填补,因而降低表面态密度,这就是钝化层的作用。
玻璃的折射率n0为1.5,晶体硅的折射率nsi为3.6,最合适的减反射膜的光学折射率经过计算为2.3。所以要想做良好的减反层,折射率就需要控制在2.3左右。
SiO2可以有效地减小表面态,减少表面复合,从而起到钝化的作用。但是制备SiO2的时候需要高温条件,长时间的高温条件易使质量较差的单晶及多晶硅衬底产生缺陷,导致硅片少子寿命的下降,并引起衬底掺杂浓度的再分布。许多有害杂质也会在高温条件下扩散到硅片体内。早期就有人提出SiNx是理想的减反射膜,而且还可以同时达到表面钝化和体内钝化的效果。PECVD法沉积的氮化硅膜的折射率可以通过调节反应气体的流量进行调整,一般可调范围在1.9~2.5之间。SiNx薄膜还有着卓越的抗氧化和绝缘性能,同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸气扩散的能力。这些优点是其他钝化膜所不能比拟的,因此是一种用作晶体硅太阳电池减反射及钝化薄膜的理想材料。
热生长的SiO2由于其良好的致密性,具有很好的表面钝化作用,而PECVD法沉积SiNx膜对硅片的表面和体内都有一定的钝化作用。由于短波长的光在电池的上表面很小的薄层内有很大的吸收,因此为了更好地降低电池的上表面复合速率,提高电池的短波响应,同时结合热生长SiO2的表面钝化特性以及PECVD法沉积SiNx良好的减反射以及体钝化特点,硅片表面先生长一层SiO2薄膜,然后在SiO2薄膜上生长一层SiNx。这也是因为SiNx与硅片的附着力不好,容易脱落,通常SiNx中含有电荷,当作为P型钝化的时候有可能会形成一个反型的通道,所以对于N型钝化有理想的效果。
背电极制备以丝网印刷技术为主流
MWT和EWT的基极和发射极都在背面,这就要求两个电极尽可能接近但又不能短路。早期用光刻的方法,但工艺繁琐、成本相对较高,后来随着丝网印刷技术的发展,在制备MWT电极的时候大多采用丝网印刷技术。
MWT需要用丝网印刷技术在前后表面丝印母线和细栅线电极,并且可以填充孔洞,这些都是影响MWT电池性能的直接因素。现在大多数电池的丝网印刷采用银浆来做电极,因为银有良好的导电性,为了降低成本也有用铝浆或者银铝浆的。MWT对浆料也有很多要求,首先是要有良好的黏附性,在丝印的过程中要保证浆料把孔洞填满,不能有缝隙;其次要求高温烧结的过程中不能有太大的收缩,以免从孔壁上脱落下来,裂缝和过度收缩都会大大增加电池的串联电阻。
通过优化浆料金属化的工艺过程,已可获得效率达到16%的多晶硅MWT电池。2010年也有研究人员用丝印的方法制备EWT电池,在单晶衬底上作出了16%转换效率。
中国科学院微电子研究所太阳能电池研究中心贾锐