晶硅太阳电池表面钝化
太阳能电池钝化的原理
太阳能电池钝化的原理太阳能电池是一种利用光的能量为电能转换的设备。
由于太阳能电池的光电转换机理是通过光照射来激发电子从价带到导带的过程来完成的，表面的光反射率和光吸收率发挥了决定性的作用。
当太阳光照射到太阳能电池表面时，一部分光线会被反射回来，这种反射会使得太阳能电池表面的光吸收率下降，从而导致电池的转换效率下降。
一部分反射的光线又会被太阳能电池吸收，产生额外的热量，影响太阳能电池的稳定性和使用寿命。
太阳能电池的钝化现象是指在太阳光照射下，电池表面形成了一层具有抗反射、保护、隔热等作用的氧化硅膜。
这种氧化硅膜可以防止入射太阳光的反射，增加光在太阳能电池中的吸收率，从而提高太阳能电池的转换效率。
氧化硅膜是由电池表面的硅原子与氧气分子结合而形成的，太阳能电池的钝化效应与电池表面的硅质、氧气状态、电压等因素密切相关。
当太阳能电池处于空气中时，氧气会与电池表面的硅原子结合，形成一个氧化硅膜。
如果氧气的浓度很低，就会导致氧化硅膜的形成速度较慢，从而影响太阳能电池的钝化效应。
电池表面的硅质也会影响电池的钝化效应。
硅的结晶度和纯度越高，太阳能电池的钝化效应就越好。
太阳能电池的工作电压也会影响钝化效应，当电压较低时，表面氧化物的形成速度较慢，从而会影响钝化效应。
由于太阳能电池的钝化效应可以提高太阳能电池的转换效率和使用寿命，因此在太阳能电池的研究和应用中具有重要的意义。
1. 化学钝化：在太阳能电池表面形成一层氧化物膜，从而抑制表面的光反射和提高光吸收率。
这种氧化物膜可以通过将太阳能电池浸泡在稀酸、碱或氧化剂等化学物质中，在适当条件下，表面会出现一层氧化物膜。
这种方法具有简单、易操作和成本低等优点，由于这种氧化物膜具有较弱的物理和化学稳定性，所以难以提高太阳能电池的长期稳定性。
2. 热钝化：通过加热太阳能电池来促进氧化物膜的形成，从而提高太阳能电池的钝化效果。
这种方法具有优点是较简单，效果较好，但是需要大量的热能，耗能较大。
晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究
晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究
晶体硅太阳电池作为一种新兴的太阳能发电技术，其外表面应具有良好的表面活性性能，以保证电池的高效发电性能。
但晶体硅表面的活性性能往往受到空气中的污染物的影响，为了改善这一现象，研究人员开展了对晶体硅太阳电池表面的氮化硅钝化研究。
氮化硅钝化研究是指在高温下，将蒸气中的氮源添加到晶体硅表面，形成一层厚薄的氮化硅膜，以钝化晶体硅表面，减少表面污染，改善电池的稳定性。
首先，在实验中，研究人员使用电弧气体溅射机对晶体硅表面进行氮化硅钝化处理。
在氮化硅钝化处理过程中，将电弧气体添加到晶体硅表面，在高温环境下产生自熔合效应，形成一层薄的氮化硅膜。
氮化硅膜的厚度一般在1~3微米之间，具有良好的耐磨性能，能够有效阻止污染物的吸附，改善晶体硅表面的稳定性。
其次，在试验中，研究人员还将晶体硅表面的氮化硅膜进行了多种改性处理，包括气相添加、物相添加和加热处理等。
通过改性处理，可以提高氮化硅膜的耐磨性能，改善晶体硅表面的表面活性性能，有效阻止污染物的吸附，以保证电池的高效发电效果。
最后，通过对晶体硅表面的氮化硅钝化处理，可以有效抑制污染物的吸附，降低表面活性能，抑制电池表面的电池浪涌现象，保证电池的可靠性。
此外，氮化硅膜也具有良好的耐热和耐腐蚀性能，可以有效保护晶体硅太阳电池免受外界空气环境和污染物的损害，以便提高太阳电池的发电效率和使用寿命。
综上所述，晶体硅太阳电池表面的氮化硅钝化处理，可以有效抑制污染物的吸附，改善电池的稳定性，降低太阳电池的耗能，保证其高效发电性能。
由此，氮化硅钝化技术将成为太阳能发电领域的一项重要技术，对于提高太阳电池的发电性能具有重要意义。
晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究
文 章编 号 ：２ ３ ９ ７ ２ ０ ）６０ ５ —４ ０ ５ － ８ Ｘ（０ ２ ０ —６ １ ０
晶 体 硅 太 阳 电 池 的 氮 化 硅 表 面 钝 化 研 究
杨 宏 ，王 鹤 ，于化 丛 ，奚建平 ，胡宏 勋。 ，陈光德
（． 安交通大学理学院 ， １０９ １西 ７ ０ ４ ，西安 ；２ 上 海 交 通 大学 太 用 能研 究 所 ） ．
ｆ ｕ ｄ ｔ ａ ｈ ｉ ｃ ｎ ｎ ｔｉｅ ｓｌ ｏ ｘｄ ｏ ｂｅ ｌｙ ｒ ｏ ｔ ａ ｎｔ ｅｌｃｉｎ ｃ ａｉ ｇ ｔｕ ｔ ｒ ｏ ｎ ｈ ｔｔ ｅ ｓｌ ｏ ｉ ｄ ／ ｉ ｃ ｎ ｏ ｉ ｅｄ ｕ ｌ ａ ｅ ｐ ｉ ｌａ ｉ ｆｅ ｔｏ ｏ ｔ ｓ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｉ ｒ ｉ ｃ ｒ ｎ
太 阳电池 能起到 更加 有效 的表 面钝 化作 用， 高 了太阳 电池 的光 电转 换 效 率． 于界 面物 理 ， 出 提 基 提 了一种新 的能 带模 型 ， 解释 了用不 同实验 方 法制作 的 晶体硅 太阳 电池性 能 的差异． 关键 词 ；太 阳电池 ； 面钝化 ；ｉ＿： 等 离子 增强化 学 气相 沉 积 表 ＳＮｒ Ｈ； 中图分类号 ；ＴＭ９４ ４ 文献标 识码 ：Ａ １． Ｉ ｅ ｔｇ ｔｏ ｏ ｓ ｉａ ｉ ｇ Ｓ ｌｃ ｎ ＮｉｒｄｅＳ ｒａ ｅ ｏ ｎｖ ｓｉａ ｉｎ ｎ Ｐａ ｓｖ ｔｎ ｉｉｏ ｔ ｉ ｕ ｆ ｃ ｆ Ｃｒ ｓａ ｌｎｅＳ ｌｃ ｎ ｏａ ｌｓ ｙ ｔ ｌｉ ｉｉｏ Ｓ ｌ ｒＣｅｌ
摘要 ：为 了提 高晶体硅 太 阳电池 的光 电转换效 率 ， 究 了用等 离子增 强化 学气相 沉 积（ Ｅ ￣３ 的 研 Ｐ Ｃ ｑ）
ＳＮ －Ｈ作为晶体硅 太阳电池的表 面钝化及减反射膜时电池性能的影响， ｉａ ： 并采用不 同的工艺路线 制 备 了不 同类 型的 电池． 实验发现 ： ＳＮｒ Ｈ 比较 ，ｉｘ： Ｓ０２ 同 ｉ＿： ＳＮ Ｈ／ ｉ 双层 光 学减反 射 结构 时 晶体硅
用于高效硅太阳电池的原子层沉积Al_2O_3表面钝化特性研究_孙昀
０．２
０．０
－２
－１
０
１
２
３
４
Ｖｇａｔｅ／Ｖ
图 ２ 理论计算的理想归一化 Ｃ－Ｖ 曲线和
实验测得的 Al2O3 钝化的 ＭＩＳ 结构的归一化 Ｃ－Ｖ 特性比较
折射指数约为 １．７，这一数值高于具有较高 Ｈ 含量
的薄膜的折射指数（１．５～１．６７）［７，８］，表明样品中 Ｈ 的
平均有效少子寿命 ／µs
１８０ １６０ １４０ １２０ １００
８０ ６０ ４０ ２０
０ ０
９０ １５０ ２００ ２５０ ３００ ３５０ 沉积温度 ／ ℃
图 １ 有效少子寿命与 Al2O3 沉积温度的关系
Al2O3的钝化特性与介质层中具有的固定负电 荷有关［１，６］。如图 ２ 所示，理论计算的理想归一化 Ｃ－Ｖ曲线是在基于假设在介质层中不含电荷，并考 虑到金属与半导体的功函数差的条件下，在解泊 松方程的基础上得出的。与理想归一化 Ｃ－Ｖ 曲线 相比，实验测得的具有 Al2O3 薄膜 ＭＩＳ 结构的 Ｃ－Ｖ 曲线都沿正电压轴平移，这表明在 Al2O3 膜层中存 在着固定负电荷。同时，随着 Al2O3 沉积温度的升 高，介质层中的电荷密度增加，从而提高了场效应 钝化效果。
二 实验技术 为研究 Al2O3 薄层的钝化特性，需严格清洗
３００µｍ 的 ｐ 型晶硅片，使之成为疏水界面。之后， 厚 ２０ｎｍ 的 Al2O3 薄膜通过采用 ＴＭＡ 和水蒸气作 为反应气的 Ｔｈｅｒｍａｌ－ＡＬＤ（Ｂｅｎｅｑ ＴＦＳ－２００）技术对 称沉积在硅片的两面。Al2O3 薄层的厚度和光学特 性通过椭圆偏振光谱测试技术（Ｈｏｒｉｂａ Ｕｖｉｓｅｌ ＦＵＶ） 表征。样品的空间平均有效少子寿命（以下称有效 少子寿命） 则通过微波光电导衰减测试系统 （ Ｓ ｅ ｍ ｉ ｌ ａ ｂ Ｗ Ｔ ２ ０ ０ ０ ） 测得。在这一测试中，一个 ９０４ｎｍ 波长和３×１０１２光子／ 脉冲的激光用以激发额 外的载流子，频率为 １０．２４８ＧＨｚ 的微波信号则用 于进行光生额外载流子的动态测试。在微波光电 导衰减（ＭＷＰＣＤ）测试后，样品背面的 Al2O3 薄层 用化学腐蚀法去掉，而只保留前表面的介质层用 以进行电容－电压（Ｃ－Ｖ）测试。为避免在背面形成 欧姆接触中所需退火处理对介质层的影响，我们
(完整word版)背钝化简介
晶硅太阳能电池的表面钝化一直是设计和优化的重中之重.从早期的仅有背电场钝化，到正面氮化硅钝化,再到背面引入诸如氧化硅、氧化铝、氮化硅等介质层的钝化局部开孔接触的PERC/PERL设计。
虽然这一结构暂时缓解了背面钝化的问题,但并未根除，开孔处的高复合速率依然存在，而且使工艺进一步复杂.表面钝化的演进钝化的“史前时代"SiNx:H 第一次进化90年代，科研机构和制造商开始探索使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备含氢的氮化硅（SiNx:H）薄膜用作电池正面的减反射膜。
其中原因之一在于相对合适的折射率，但更重要的原因则在于氮化硅优良的的钝化效果。
氮化硅除了可以饱和表面悬挂键，降低界面态外，还通过自身的正电荷，减少正面n型硅中的少子浓度,从而降低表面复合速率。
SiNx中携带的氢可以在烧结的过程中扩散到硅片中，对发射极和硅片的内部晶体缺陷进行钝化，这对品质较低的多晶硅片尤其有效，大幅提高了当时太阳能电池的效率。
伴随着钝化材料上的创新，银浆材料与烧结工艺上的变革也同时到来，那就是可以烧穿的浆料和共烧（Co—firing）烧结工艺.有了烧穿特性后，可以先进行减反射膜的沉积，后网印浆料,然后烧结.由于顺序的颠倒，不用再担心金属栅线上覆盖的减反射层影响焊接，也省去了沉积TiO2需要的部分遮挡。
同时人们发明了将正反面浆料一次烧结的共烧工艺，在一次烧结中，正面的银浆穿过SiNx与硅形成接触，而背面的铝浆也同步形成背面电极和背电场（back surface field）.这一系列改进大大简化了丝网印刷电池的工艺，并逐渐成为了晶硅电池生产的主流。
AlOx 第二次进化随着电池正面的钝化效果和接触性能由于SiNx的使用和银浆改进在不断提高，进一步优化正面已经进入瓶颈阶段，人们把视线投向了另一个复合严重的区域，那就是电池的背表面.虽然在传统丝网印刷的晶硅电池中,铝背场可以减少少子浓度，减少复合，但仍然无法与使用介质层带来的钝化效果相比较。
PECVD：晶硅太阳能电池效率提升技术
PECVD：晶硅太阳能电池效率提升技术为了提高晶体硅太阳能电池的效率，通常需要减少太阳电池正表面的反射，还需要对晶体硅表面进行钝化处理，以降低表面缺陷对于少数载流子的复合作用。
硅的折射率为3.8，如果直接将光滑的硅表面放置在折射率为1.0的空气中，其对光的反射率可达到30%左右。
人们使用表面的织构化降低了一部分反射，但是还是很难将反射率降得很低，尤其是对多晶硅，使用各向同性的酸腐蚀液，如果腐蚀过深，会影响到PN结的漏电流，因此其对表面反射降低的效果不明显。
因此，考虑在硅表面与空气之间插一层折射率适中的透光介质膜，以降低表面的反射，在工业化应用中，SiNx膜被选择作为硅表面的减反射膜，SiNx膜的折射率随着x值的不同，可以从1.9变到2.3左右，这样比较适合于在3.8的硅和1.0的空气中进行可见光的减反射设计，是一种较为优良的减反射膜。
另一方面，硅表面有很多悬挂键，对于N型发射区的非平衡载流子具有很强的吸引力，使得少数载流子发生复合作用，从而减少电流。
因此需要使用一些原子或分子将这些表面的悬挂键饱和。
实验发现，含氢的SiNx 膜对于硅表面具有很强的钝化作用，减少了表面不饱和的悬挂键，减少了表面能级。
综合来看，SiNx膜被制备在硅的表面起到两个最用，其一是减少表面对可见光的反射；其二，表面钝化作用。
PECVD技术的分类用来制备SiNx膜的方法有很多种，包括：化学气相沉积法（CVD法）、等离子增强化学气相沉积（PECVD法）、低压化学气相沉积法（LPCVD法）。
在目前产业上常用的是PECVD法。
PECVD法按沉积腔室等离子源与样品的关系上可以分成两种类型：直接法：样品直接接触等离子体，样品或样品的支撑体就是电极的一部分。
间接法：或称离域法。
待沉积的样品在等离子区域之外，等离子体不直接打到样品表面，样品或其支撑体也不是电极的一部分。
单品硅太阳能电池的背场钝化技术研究
关键 词 钝化
ｓＮ 背场 ＳＯ 背场 Ｉ Ｅ响应 ｉｘ ｉ： Ｑ
Ｂａ ｋｓ ｆ ｃ ｓ ｉ ａ ｉ ｎ ｍ ｅ ｈ ｄ ｏ ｉ ｃ ｏｌｒｃ ｌ ｃ ｕｒａ ｅ ｐａ ｓ ｖ ｔ ｔ ｏ ｏｆｍ ｎｏ ｓ ｌ ｏｎ ｓ ａ ｌ ｏ ｉ ｅ Ｅ ｕＲ ｎ ｉ ＊Ｗ ａ ｇＸ ｓ ｅ ｇａ ｄＺ ａ ｇＬ ｊｎ ｈ ａｑｎ ， ｎ ｕ ｈ ｎ ｎ ｈ ｎ ｉｕ ｇ ｎ
使用 了ＳＯ 或 ＳＮ 背场钝化层 后， ｉ： ｉ 长波 区域 的 Ｉ Ｅ响应相 比正 常电池片有明显提升， 明 ＳＯ 或 ＳＮ 确实起到钝化 作用。而再 对电 Ｑ 说 ｉ： ｉ
性参数分析后发现，ｉ： Ｓ ＳＯ 与 ｉ 相比可 以有效提高 电池的 Ｒ ｈ降低反 向电流 。同时在 Ｅ Ｆ测试 方面， Ｏ 与 ＳＮ 相 比， Ｎ ｓ， Ｆ Ｓ ｉ ｉ 也具有 一定 的
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｐ ｌ ａｏ ｌｒ ｎｒｙｉ ａ ｅｔ ｅａｄｐ ｓ ｉ ｅｈｄｔ ｓｌ ｈ ｎ ｉ ｎ ｅｔａｄｅ ｒ ｒ ｉ ｎｗ ｄｙ． ｉｈ ｓｒ ｃ Ａ ｐｉ ｔ ｎｏ ｓ ａ ｅｇ ｎｅ ｃｉ ｎ ｏｉ ｅｍ ｔｏ ｏ ｅｔｅｅｖｒ ｍ ｎ ｎ ｎ ｇ ｃｉｓ ｏ ａ ａｓ Ｈｇ ｃｉ ｆ ｏ ｅ ｓ ｆ ｖ ｔ ｖ ｏ ｖ ｏ ｅ ｙ ｓ ｅ ｃ ｎｙ ｌ ｏｔ ｎ ａｉ ｏｓｐｏｕｔ ｎｉ ｔｅｕｔ ａ ｏｌｏ ｔ ｏａ ｅｌ ｅｅ ｐ ｅ ｔＩ ｅｅｔ ｅ ｓ ｍ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ｅ ｆ ｉ ｃ， ｏ ｃｓ ａｄｅｓｙＦ ｓ ｒｄｃｉ ｈ ｌｍ ｔ ｇａ ｆ ｈ ｓｌ ｃｌ ｄｖｌ ｍ ｎ ｎ ｒ ｎ ａ ， ａｙｈ ｈｅ ｃ ｎｙｃｌ ｉ ｆ ｅ ｗ ｌ ｎ ｏ ｓ ｉ ｅ ｅ ｒ ｏ ． ｃ ｙｒ ｇ ｆ ｅ ｉ ｌ
的 目标。近年来 高转换效 率技术层 出不穷， 例如 Ｓ Ｅ电池（ ｌｃｖ ｍ ｔｒＣ ｌ， Ｓ ｅｔｅｅ ｉｅ ｅ） ｅ ｉ ｔ １ＭＷＴ电池ｆ ｔ ａ ｒｕｈｃｌ和 Ｅ Ｍｅ ｌ ｒ ｔ ｏｇ ｅ ） ＷＴ 电池（ｍ ｔｒ ａｗ ｐ ｈ １ Ｅ ｉｅ ｔ
高效晶体硅太阳能电池背场钝化技术
高效晶体硅太阳能电池作者：S.W. Glunz，Fraunhofer Institute of Solar Energy System如今的晶体硅光伏组件的成本分布主要是材料成本，特别是硅片成本。
因此，采用更薄的硅片以及增加电池的转换效率引起了光伏业界的广泛兴趣。
表面钝化电介质钝化与背表面场所有转换效率大于20%的电池结构都具有电介质层的钝化表面。
然而，目前业界的晶体硅太阳能电池的表面结构多采用的是丝网印刷和热场Al背表面场（Al-BSF）。
它有两个主要的限制：由烧结工艺带来的硅片弯曲；更低的电学和光学特性。
特别是，Sback、背表面再复合速率是关键的参数，但是在文献中却有着大量的数值。
这使得衡量Al-BSF的潜力与电介质钝化变得很困难。
我们对不同的背表面结构并结合高效前表面结构进行了实验。
这将有可能准确的确定表面的再复合速率、Sback以及内部反射率Rback。
图1表示了不同背表面结构的内部量子效率，从低质量的欧姆Al接触开始一直到PERL/LBSF背表面。
有效的Sback和Rback已经从IQE和反射率测量中去除。
采用这些参数就有可能确定不同背表面结构对太阳能电池性能的影响（图2）。
电介质钝化甚至比高质量的发射极和更薄的硅片带来的好处更多。
电介质层的钝化机理良好的表面钝化有两种不同的机理：交界面状态Dit的降低；场效应钝化，即钝化层中一种载子类型与固定电荷Qf结合时的显著降低。
尽管这些机理或两种机理的结合会导致较低的表面再复合速率，Seff(Δn)曲线显示了不同的特性（图3）。
热生长的SiO2层更容易获得交界面状态的降低，而对于PECVD沉积的薄膜，如SiNx，场效应钝化和中等程度的Dit降低则更为常见。
SiO2的Dit=1010cm2eV-1，Qf=1010cm2。
而SiNx的Dit=1011cm2eV-1，Qf=1011cm2。
沉积温度形成电介质钝化层的一个关键问题是沉积温度。
目前为止，最好的电池钝化是热生长的氧化层。
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Outline
晶硅太阳电池表面钝化的必要性 晶硅阳电池表面钝化的必要性
悬挂键
表面态能级的位置 与表面态密度有关。 表面态密度越大， 能级越趋于深能级， 复合能力越大。
3
晶硅太阳电池表面钝化的必要性
4
晶硅太阳电池表面钝化的类型 氧化层钝化 非晶SiNx钝化 SiO2/SiNx叠层钝化 背场钝化
5
氧化层钝化
CTO(经典热氧化)：1050 ℃+38min=105nm氧化层 RTO(快速热氧化)：1050 ℃+2min=12nm氧化层 氧化层厚度越厚，钝化效果越好。 SiO2对n型硅的钝化效果要比p型硅好。 SiO2钝化层需要高温长时间热处理，容易造成材料污染，材料体质量 的恶化。 由于SiO2的绝缘性，使用时需要设计特殊的接触结构。
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非晶SiNx钝化 SiH4+NH3=SiNx+H2
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非晶SiNx钝化
SiNx的钝化效果还受热处理温度、热处理气氛等的影响
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SiO2/SiNx叠层钝化
先在硅表面热氧化一层薄氧化层，然后PECVD一层SiNx。
钝化效果好 仍需要设计特 殊的背接触结 构
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各种钝化方法间的比较
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背场钝化
B背场需要用离子注入，或者高温热扩散，成本高。 铝背场容易实现，生产效率高，处理温度较低。
铝背场的钝化效果与烧结温度、印刷重量和铝背场形成的 均匀性有关。
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Thanks for your attention!
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