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掺镓硅片电阻率对太阳电池性能的研究
发表于:2018-09-06 09:31:46
来源:太阳能杂志作者:宋志成 等

本文将电阻率为0.2~4 Ω•cm 的掺镓硅片分别制备成常规铝背场电池和PERC 电池,并对电池的少子寿命、电性能参数和光致衰减进行测量,研究了电池性能的差别,为掺镓硅片投入工业化生产提供了参考。

实验结果表明:常规铝背场电池的转换效率随着电阻率的增加而增加,电阻率为3~4 Ω•cm 的电池转换效率最高为20.30%;PERC 电池的转换效率随着电阻率的增加而减小,电阻率为0.2~1 Ω•cm 的电池转换效率最高为21.38%。

实验

实验中使用的P 型单晶硅片尺寸为156.75mm×156.75 mm, 面积为244.32 cm2, 厚度为190(±10) μm。实验方案如表1 所示,常规铝背场电池基准组1 和PERC 电池基准组2 都选用目前工业化生产使用的掺硼硅片,电阻率为1~3Ω•cm;常规铝背场电池实验组1~4,选用电阻率依次为0.2~1 Ω•cm、1~2 Ω•cm、2~3Ω•cm、3~4 Ω•cm 的掺镓硅片;PERC 电池实验组5~8,同样选用电阻率依次为0.2~1 Ω•cm、1~2 Ω•cm、2~3 Ω•cm、3~4 Ω•cm 的掺镓硅片;每组样品数量均为400 片。

所有的电池片生产工艺均在常规的单晶硅太阳电池生产线上进行,主要工艺步骤( 其中步骤4)和6) 为PERC 电池独有的工艺) 如下:

1) 去损伤层、制绒:制绒金字塔大小1.5~2.5 μm;

2)PCl3 扩散:高温扩散形成n+ 发射极,方块电阻为90~98 Ω/ □;

3) 刻蚀及去磷硅玻璃层(PSG);

4) 硅片背面沉积Al2O3 和SiNx 钝化膜:Al2O3 薄膜厚度20 nm,SiNx 薄膜厚度130 nm;

5) 硅片正面沉积SiNx 减反射膜:SiNx 薄膜厚度78 nm,折射率2.08;

6) 硅片背面激光开窗:180 根线,线宽为40 μm;

7) 印刷电极;

8) 高温烧结;

9) 测试分选。实验中采用semilab RT-100 设备测量硅片电阻率,四探针法测试扩散后硅片方块电阻,使用semilab WT-1200 设备测试少子寿命,选用BERGER 在线I-V 测试系统,在25 ℃、AM 1.5、1 个标准太阳的条件下测试太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转换效率等电性能参数。


结果与讨论

少子寿命

少子寿命是太阳电池设计和生产中的一个重要参数。它反映了太阳电池基体和表面对光生载流子的复合程度,表明了光生载流子的利用率。少子寿命直接影响太阳电池的开路电压、短路电流等电性能参数;若要提高太阳电池的转换效率,必须尽可能提高少子寿命。测试不同电阻率的掺镓硅片扩散后和镀完背面Al2O3 和正反面SiNx 后的少子寿命,每种电阻率各随机抽取5 片测试,求出5片的平均值。少子寿命对比如图1所示。


由图1 可知,在0.2~4 Ω•cm 的电阻率范围内,不论是扩散后还是PECVD 钝化后,硅片的电阻率越高,其少子寿命也越高[1]。在太阳电池中,少子寿命往往是由几种不同能级状态的复合中心支配的,硅片的电阻率越低,其基体掺杂浓度越高,硅片内部的杂质和晶格缺陷就越多,相应的少子寿命就越短。值得一提的是,相同的基体掺杂浓度,并不意味着有唯一的少子寿命,硅基体的少子寿命还和晶体的生长方式、退火时间和温度、晶体的冷却速度有关[2]。

电池性能

每组实验电池均为400 片,测试每片电池的电性能,并计算各项参数的平均值。图2a 为不同电阻率的掺镓硅片制成常规铝背场电池的电性能数据,图2b 为不同电阻率的掺镓硅片制成PERC 电池的电性能数据。



开路电压

太阳能杂志 宋志成 等 

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