高效太阳能电池---Al2O3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。
一种太阳能电池钝化结构与制备方法
一种太阳能电池钝化结构与制备方法太阳能电池是一种将太阳辐射能转化为电能的设备，具有环保、可再生、无噪音等优点，因此在可再生能源领域具有重要的应用价值。
然而，太阳能电池的效率和稳定性仍然是制约其广泛应用的关键问题之一。
为了提高太阳能电池的性能和稳定性，钝化层成为重要的研究方向之一。
钝化层是太阳能电池中的一个重要组成部分，其作用是防止光生电荷对电池材料的损伤，提高电池的稳定性和寿命。
一种常用的钝化层材料是氧化铝（Al2O3），它具有优异的电学特性和化学稳定性。
制备氧化铝钝化层的方法有很多种，常见的有热氧化法、原子层沉积法等。
热氧化法是一种较为简单的制备氧化铝钝化层的方法。
首先，将太阳能电池基底材料放置在高温炉中，通入氧气，使其与基底材料表面发生氧化反应，生成氧化铝薄膜。
热氧化法制备的氧化铝钝化层具有良好的致密性和平整度，能够有效阻止光生电荷的扩散和损伤。
原子层沉积法是一种高精度的制备氧化铝钝化层的方法。
该方法通过控制气相中的气体分子数目，使其在基底材料表面形成单层沉积，然后通过热处理使其形成致密的氧化铝薄膜。
原子层沉积法制备的氧化铝钝化层具有较高的均匀性和致密性，能够有效地防止电荷的损伤和扩散。
除了氧化铝，还有其他材料可以用作太阳能电池的钝化层材料，如二氧化钛（TiO2）、硅氧化物（SiO2）等。
这些材料具有不同的光学和电学性质，可以根据具体需求选择合适的材料。
太阳能电池的钝化层结构和制备方法对于提高电池的性能和稳定性起着至关重要的作用。
通过选择合适的材料和制备方法，可以制备出具有优异性能的钝化层，从而提高太阳能电池的效率和寿命。
未来的研究工作应重点关注钝化层材料的优化和制备工艺的改进，以进一步推动太阳能电池的发展和应用。
太阳能电池钝化的原理
太阳能电池钝化的原理
太阳能电池钝化是指在电池的表面形成一层钝化膜，阻止了电荷的流动。
其原理如下：
1. 太阳能电池的表面常常被氧化物覆盖，例如二氧化硅或氧化铝。
这些氧化物在电池运行时，会与空气中的水分发生反应形成一层很薄的钝化膜。
2. 钝化膜是一种绝缘体，阻碍了电子和离子的流动，从而减少了电池的效率。
3. 钝化膜的形成是一个自然发生的过程，可以通过对电池进行特殊处理来减缓或阻止钝化的形成。
4. 钝化膜的形成速度与电池的工作温度和湿度有关。
在高温高湿环境下，钝化膜形成速度更快。
5. 钝化膜的厚度非常薄，通常在几纳米至几十纳米之间，但即使是这么薄的一层膜也足以阻碍电子和离子的流动。
6. 钝化膜的形成对太阳能电池的性能有影响，可以减少电池的效率和寿命。
因此，研究钝化膜的形成和控制对于提高太阳能电池的效率和稳定性非常重要。
光伏电池片钝化技术
光伏电池片钝化技术
你知道吗？光伏电池片其实超酷的！它们可以把阳光变成电，
这样我们就可以不用插电线就能给手机充电了。
但你知道吗？为了
让它们更厉害，科学家们还用了个叫“钝化”的技术。
钝化？听起来好像很高级的样子。
但其实，就是给光伏电池片
加了件“护甲”。
就像我们玩游戏时，给角色穿上更好的装备，让
它们变得更强大。
这样，电池片就不怕被灰尘、水这些坏东西攻击了。
你知道怎么钝化的吗？科学家们在电池片的表面涂了一层超神
奇的材料。
这层材料就像透明的玻璃纸，阳光可以穿过，但坏东西
进不来。
这样，光伏电池片就能一直发光发热，为我们服务啦！
真的，钝化技术超重要的！没有它，光伏电池片可能很快就
“罢工”了。
所以，科学家们一直在努力，想让光伏电池片更耐用，这样我们就能一直用电了。
总之，光伏电池片的钝化技术真的很酷！就像给它们加了件
“护甲”，让它们变得更强大。
这技术真是太棒了！。
电池表面钝化
电池表面钝化摘要：文章从提升N型太阳能电池发电效率和降低其加工成本入手，分析了如何通过钝化机制来降低电池的复合，通过对Al2O3薄膜制备过程中臭氧浓度、沉积温度、烧结温度以及Al2O3薄膜的厚度进行对比和分析，发现Al2O3薄膜在一个较宽的范围内能够达到较稳定的钝化效果，因此其工业应用前景广阔。
随着气候条件的不断恶化以及不可再生能源的不断开采，为了保证能源的持续利用，可再生能源受到青睐，尤其是太阳能不断被关注和利用。
但是由于其效率偏低且成本偏高，导致其利用率并未达到最大化。
为了进一步降低太阳能电池的生产成本并提高其转换效率，应用更薄的硅片成为太阳能行业的发展趋势。
随着硅片厚度的减薄，硅片的表面复合就越来越重要，因此需要开发更优异的表面钝化方法。
表面钝化的方法可以归纳为化学钝化和场效应钝化两类。
由于表面复合的速率直接与界面缺陷的密度相关，化学钝化是通过减少界面处的缺陷数量来达到减少表面复合速率的。
通常使用氢原子或一层薄的半导体膜来实现化学钝化作用，它们可以同未配位的原子（悬挂键）结合，从而减少界面缺陷密度。
场效应钝化是通过内建电场来减少硅片界面处电子或空穴的浓度从而达到表面钝化的作用。
由于复合过程需要同时有电子和空穴的存在，当两者在界面处的浓度在约同一个数量级（假定电子和空穴具有相同的捕获截面）时会达到最高的复合速率，其他情况下复合速率与界面处电子的浓度相关。
在场效应钝化中，硅片界面处的电子或空穴的浓度被界面处的内建电场屏蔽。
这种内建电场可以通过向界面下掺杂或是在界面处形成固定电荷来获得。
1Al2O3薄膜的制备方法沉积Al2O3薄膜的方法有原子层沉积法（ALD）、等离子增益化学气相沉积法（PECVD）、溶胶凝胶法（Solgel）以及属于物理气相沉积的溅射法（sputtering）。
原子层沉积法分为热原子层沉积和等离子辅助原子层沉积，通常使用三甲基铝（TMA）为前驱体，使用水、臭氧或氧气作为氧化剂。
单晶PERC工艺的基本要求
单晶PERC工艺的基本要求摘要：以Al2O3/SixNy为钝化层，制备了PERC单晶硅太阳电池，研究Al2O3钝化层厚度对钝化效果的影响，分析硅片少子寿命变化、烧结曲线对PERC电池电性能参数的影响。
0引言为了进一步优化其生产工艺、提高晶体硅电池片效率、降低生产成本，此前已有诸多研究，20世纪80年代，澳大利亚新南威尔士大学光伏实验室提出了PERC结构太阳电池，打破了当时晶体硅太阳电池转换效率的记录，也是目前唯一产业化的高效太阳电池技术[1,2]。
PERC电池在常规电池基础上增加了背面Al2O3/SiNxHy层叠钝化与激光开孔工艺。
利用Al2O3薄膜的场钝化效应与SiNxHy薄膜的氢钝化效应将硅片的有效载流子寿命由10～20μs提高到100～120μs[3,4]，同时利用激光对Al2O3/SiNxHy层叠薄膜进行局部开孔，使铝浆能通过孔洞与硅片形成良好的欧姆接触。
本文研究工业生产中工艺参数与PERC电池转换效率之间的关系，分析工艺参数对硅片少子寿命的影响，并得出少子寿命与PERC电池转换效率之间的关系，探讨烧结过程对PERC电池性能的影响及其内在机理。
1Al2O3对硅的钝化机理Al2O3中铝原子存在两种配位方式：6个氧原子的八面体中心位置和4个氧原子的四面体中心位置。
在PECVD生长的Al2O3薄膜中，这两种形态的Al2O3同时存在[5]。
经过高温热处理过程，八面体结构会转换为四面体结构，产生间隙态氧原子，间隙态氧原子夺取p型硅中的价态电子，形成固定负电荷，使Al2O3薄膜显出负电性，在Al2O3/Si界面产生一个指向硅片内部的界面电场，使载流子可迅速逃离界面，降低界面复合速率，提高硅片少子寿命[6-8]。
2Al2O3厚度对电池特性的影响采用梅耶博格公司的玛雅2.1设备来制备Al2O3/SixNy薄膜与背面保护氮化硅薄膜，高频信号发生器频率为13.56GHz。
所用气体为三甲基铝(TMA)、高纯氩气、高纯氨气和高纯硅烷，实验时反应气体直接通入反应腔体内，反应腔体压力为10～30Pa，反应温度为300～400℃。
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。
你所不了解的N型高效单晶光伏电池技术
你所不了解的N型高效单晶光伏电池技术目前P型晶硅电池占据晶硅电池市场的绝对份额。
然而，不断追求效率提升和成本降低是光伏行业永恒的主题。
N型单晶硅较常规的P型单晶硅具有少子寿命高、光致衰减小等优点，具有更大的效率提升空间，同时，N型单晶组件具有弱光响应好、温度系数低等优点。
因此，N型单晶系统具有发电量高和可靠性高的双重优势。
根据国际光伏技术路线图（ITRPV2015）预测：随着电池新技术和工艺的引入，N 型单晶电池的效率优势会越来越明显，且N型单晶电池市场份额将从2014年的5%左右提高到2025年的35%左右。
本文论述了N型单晶硅及电池组件的优势，并介绍了各种N型单晶高效电池结构和特点，及相关技术发展现状和产业化前景。
1.引言由于晶硅太阳电池成熟的工艺和技术、高的电池转换效率及高达25年以上的使用寿命，使其占据全球光伏市场约90%份额。
理论上讲，不管是掺硼的P型硅片还是掺磷的N型硅片都可以用来制备太阳能电池。
但由于太阳能电池是基于空间航天器应用发展而来的，较好的抗宇宙射线辐照能力使得P型晶硅电池得到了充分的研究和空间应用。
技术的延续性使目前地面用太阳能电池90%是掺硼P型晶硅电池。
而且，研究还发现N型晶硅电池由于p+发射结均匀性差导致填充因子较低，并且长期使用或存放时，由于发射结表面钝化不理想等原因电池性能会发生衰退。
另外，B2O3的沸点很高，扩散过程中始终处于液态状态，扩散均匀性难以控制，且与磷扩散相比，为了获得相同的方块电阻需要更长的时间和更高的温度，导致材料性能变差。
所以与在N型硅片上形成掺硼p+发射结在工业生产中比较困难。
然而，地面应用并不存在宇宙射线辐照的问题，而且随着技术的发展，原来困扰N型晶硅电池的发射结浓度分布、均匀性、表面钝化等技术难题已经解决。
随着市场对电池效率的要求越来越高，P型电池的效率瓶颈已越发明显。
N型晶硅电池由于其高少子寿命和无光致衰减等天然优势，具有更大的效率提升空间和稳定性，成为行业关注和研究的热点。
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ABSTRACT
While Al2O3 has been proven to provide an excellent level of surface passivation on all sorts of p-type doped silicon surfaces, the passivation mechanism of this layer and especially the influence of the post-deposition anneal on the Al2O3/Si interface properties is not yet completely understood. A great increase in the surface passivation is observed after a post-deposition anneal, i.e. a postdeposition anneal is mandatory to activate the surface passivation. Thus, the influence of this anneal on the interface properties, density of negative fixed charges Qf and density of interface traps Dit, will be investigated and correlated to the measured minority carrier lifetime. In the case of plasma enhanced ALD, Qf is already high in the as-deposited state and the annealing process only has a minor effect on Qf (Qf increases by 20-50 %, depending on the annealing temperature). The Dit however is strongly reduced by the post-deposition anneal, decreasing by two orders of magnitude. This large reduction in Dit is a prerequisite for benefiting from the strong field effect induced by the high density of negative charges of the Al2O3.
INTRODUCTION
In recent years Al2O3 has been proven to be capable of providing an excellent passivation on all sorts of p-type doped surfaces [1, 2]. Especially in photovoltaics this closes a gap, as an effective low-temperature passivation on p-type surfaces was missing in the past. A first application is the reduction of the surface recombination at the rear side of p-type silicon solar cells. For this purpose Al2O3 is a promising alternative to thermally grown SiO2. On p-type PERC solar cells several authors showed that Al2O3 is at least as effective for the rear side passivation as thermally grown, alnealed SiO2 [3, 4]. Furthermore the realization of alternative solar cell concepts, e.g. on n-type silicon, might be enabled by the application of Al2O3 as well. Due to the effective passivation of the front side boron emitter by Al2O3, we were able to realize conversion efficiencies of 23.5% on n-type PERL solar cells. Thus, the properties of the Al2O3 passivation using different deposition techniques (ALD, PECVD, rf sputtering) are being investigated by various authors [5-10]. However, the passivation mechanism of Al2O3 is not yet completely understood. In general, two different strategies for the passivation of surfaces, i.e. the reduction of the surface recombination, exist: (i) reduction of the interface trap density (Dit) and (ii) field effect passivation due to fixed charges (Qf) within the dielectric passivation layer.
Particularly a very high density of fixed negative charges, Qf, (up to -1013 cm-3) is one of the special characteristics of the Al2O3. However, to be able to reach a high level of surface passivation as is reported for Al2O3, in addition to an effective field effect passivation, the density of interface traps has to be greatly reduced as well. Indeed, low densities of interface traps, Dit, in the range of ~8×1010 to 2×1011 cm-2 eV-1 are reported [6, 11]. However, in the asdeposited state, no passivation is provided by the Al2O3 at all, regardless of the deposition method. An additional post-deposition anneal is required to activate the surface passivation. In practice the initial carrier lifetime of 1 µs increases to >2 ms after annealing at 425°C (1 Ω cm ptype FZ-Si). Thus, substantial changes in the Al2O3 layer itself or at the silicon interface occur during the post deposition anneal. The influence of this post-deposition anneal on the Al2O3/Si interface properties (density of negative fixed charges Qf as well as on the density of interface traps Dit) is investigated within this work and will be correlated to the measured minority carrier lifetime. A thin (~1–2 nm) layer of SiOx is often observed to be present at the silicon interface or to develop during the anneal process [1, 12], i.e. an Al2O3/SiOx-Si interface. In the following, however, the interface will be referred to as Al2O3/Si.
Presented at the 35th PVSC, June 20-25, 2010, Honolulu, Hawaii
ห้องสมุดไป่ตู้
Effect of a post-deposition anneal on Al2O3/Si interface properties
J. Benick1, A. Richter1, T. T. A. Li3, N. E. Grant2, K. R. McIntosh2, Y. Ren2, K. J. Weber2, M. Hermle1, S. W. Glunz1 1Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE), Heidenhofstrasse 2, D-79110 Freiburg, Germany 2Centre for Sustainable Energy Systems, The Australian National University, Canberra, ACT 0200, Australia