PERC结构多晶硅太阳电池的研究_赵素香

1， 2 2 2 1， 3 2， 3 赵素香 ，张松 ，王振交 ，李果华 ，季静佳
（ 1. 江南大学 理学院，江苏 无锡 214122 ； 2 ． 无锡尚德电力控股有限公司，江苏 无锡 214028 ； 3 ． 江苏省 （ 尚德） 光伏技术研究院，江苏 无锡 214028 ） 摘要： 高效、低成本是目前硅太阳电池追求的主要目标 。多晶硅太阳电池成本低，但其电性 能较差。背面钝化及局部背接触是提高多晶硅太阳电池电性能的主要技术。 通过采用 SiO2 / SiN x 叠层膜作为背钝化介质层，依次经过背面开槽、丝网印刷、烧结形成背面局部接触，制备钝化发 V 特性测试系统测试其电性能， 射极和背表面电池 （ PERC ） 结构多晶硅太阳电池。采用恒光源 I结果表明： 较之常规铝背场多晶硅太阳电池 ，PERC 结构电池在开路电压 V oc 、短路电流密度 J sc 、
随着电池 Si 片厚度的不断降低， 需要晶体硅 ［1 ］ 太阳电 池 背 面 具 有 较 高 的 的 背 面 长 波 反 射 率 。 另外，对一定厚度的电池片来说，特别是当少数载 流子的扩散长度大于 Si 片厚度时， 背表面的复合
［2 ］ 速率对太阳电池效率的影响尤为明显 。 尤其是 多晶硅太阳电池，表面缺陷较多，表面复合速率较
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引言
刷全铝背场的多晶硅太阳电池的电性能以及双面钝 化的效果，实验设计了 PERC 结构多晶硅太阳电池 组 A，以及对比组全铝背场多晶硅太阳电池组 B 。 实验使用 Roth＆Rau 公司的平板 PECVD 设备沉积 SiN x 膜。A 组： 双面沉积 SiN x 薄膜， 其中正面膜厚 85 nm，背面 200 nm。 B 组： 正 面 SiN x 厚 85 nm。 背面开槽后经过丝网印刷、烧结形成局部接触，最 后制成电池。图 1 和图 2 分别为实验中样品的结构 示意图和制作流程图。
2
2. 1
实验结果与分析
电池性能 表 1 为不同背结构电池电性能的比较 。可以看
出，PERC 结构多晶硅太阳电池的开路电压， 以及 短路电流密度均比全铝背场多晶硅太阳电池高 ，其
2 分别提高了 13 mV 和 1. 8 mA / cm 。 电池转换效率 也提高了 0. 67 个百分点， 但是串联电阻较大、 FF
较低。 表1
Tab. 1
不同背结构电池电性能的比较
Comparison of the cell performance for different rear structures
样品结构 V oc / mV J sc / （ mA·cm － 2 ） A B 627 614 37. 25 35. 45
2 转换效 率 η 方 面 分 别 提 高 了 13 mV、 1. 8 mA / cm 和 0. 67% （ 绝 对 值 ） ， 其 转 换 效 率 达 到 17. 27% 。PERC 结构多晶硅电池采用了常规丝网印刷工艺 ， 有利于实现高效多晶硅电池的产业 化生产，具有很高的实际意义。 关键词： 多晶硅太阳电池； 背面钝化； 背面局部接触； 钝化发射极和背表面电池 （ PERC ） ； SiO2 / SiN x 叠层膜 中图分类号： TM914. 4 文献标识码： A 文章编号： 1003 － 353X （ 2012） 11 － 0939 － 04
高，少子复合使得光生载流子损失严重 ，就会降低 太阳电池的转换效率。而等离子增强化学气相沉积 （ plasma enhanced
［3 ］
chemical
vapour
deposition，
PECVD） SiN x 膜的氢钝化对多晶硅太阳电池的钝化 效果相当明显 ， 但是常规铝背场工艺只是在电 SiN 池的正面采用 x 减反膜钝化来降低前表面的少子
［1 1 ］
响应仪 来 测 试 内 量 子 效 率、 反 射 率。 利 用 美 国 Gaertner 公司制造的椭偏仪测试 SiN x 薄膜厚度。 在 25 ℃ 条件下， AM1. 5 G 一个标准太阳下， 采用恒 V 特性测试系统 （ IVT solar pte． ltd． 生 产 ） 光源 I测试太 阳 电 池 开 路 电 压 （ V oc ） 、 短 路 电 流 密 度 （ J sc ） 、转换效率 （ E ff ） 、填充因子 （ FF ） 、 串联电 阻 （ R s ） 等多晶硅太阳电池电性能参数。
Study of PERC Polycrystalline Silicon Solar Cells
2 Zhao Suxiang1， ，Zhang Song2 ，Wang Zhenjiao2 ， 3 3 Li Guohua1， ，Ji Jingjia2，
（ 1. School of Science，Jiangnan University，Wuxi 214122，China； 2. Suntech Power Holdings Co． ，Ltd． ，Wuxi 214028，China； 3. Jiangsu （ Suntech） Institute for Photovoltaic Technology，Wuxi 214028 ，China）
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［10 ］
命
采用 Sinton 公 司 的 QSSPC 仪 器 测 量 少 子 寿 。利用美国 Optronic Laboratories 公司的光谱
长度和背表面钝化情况。晶硅太阳电池中对中长波 光子的吸收系数小，这部分光子在结区，甚至基区 才能被材料吸收并产生光生载流子
Abstract： High efficiency and low production costs are always the goal for silicon solar cells． Polycrystalline silicon solar cells are low production costs， but poor cell performance， rear surface passivation and rear local contact are main technologies to improve the performance of polycrystalline silicon solar cells． SiO2 / SiN x was taken as the rear surface passivation layer． Rear laser ablation， screen printing and sintering processes were taken in sequence to form rear local contact． From above steps，passivated emitter and rear cell （ PERC ） polycrystalline silicon solar cells can be prepared． Measurements of IV features show that the open circuit voltage （ V oc ） ， conversion efficiency （ η ） and short circuit current （ J sc ） of the PERC polycrystalline silicon solar cells are significantly higher than that of AlBSF （ aluminium back surface field ） ． The values are 13 mV， 0. 67% ， and 1. 8 mA / cm2 ， respectively，and the conversion efficiency of the cell is 17. 27% ． The PERC polycrystalline silicon solar cell using a conventional screen printing process is valuable to the industrial production of high efficiency polycrystalline silicon solar cells． Key words： polycrystalline solar cell； rear surface passivation； rear local contact； passivated emitter and rear cell （ PERC） ； SiO2 / SiNx stack EEACC： 8420
复合，背表面采用铝背场来降低背表面复合速率 ， 工艺控制良好的铝背场工艺的背面复合速率也只有 750 cm / s 左右， 依然限制了太阳电池的背面长波 光谱响应。 介质膜钝化形成局部背接触结构是目前最有潜 ［4 － 6 ］ 。 S． Gatz 等人［7］ 通 力替代全铝背场结构之一 过丝网印刷方式的单晶硅局部背接触太阳电池的效 率达到 19. 2% ，背表面复合速率 （ 70 ± 30 ） cm / s。 S． Kluska 和 F． Granek［8］ 的高效单晶硅太阳电池局 部背场的掺硼转换效率达到 20. 9% 。 无锡尚德公 司 的 PERC 以及钝化发射极背面局部扩散电池 （ passivated emitter andrear locally diffused， PERL ） 结构 的 单 晶 硅 电 池 效 率 分 别 达 到 了 19. 7% 和 20. 3% 。但是局部背接触多晶硅太阳电池研究的不 多，而多晶硅太阳电池背表面复合速率高以及转换 效率低又是多晶硅太阳电池的缺点 。 综合以上各种影响因素，本文采用 PERC 结构 的多晶硅太阳电池，在制绒、扩散和刻蚀后的 p 型 多晶硅 Si 片上先经过热氧化后利用 PECVD 制备 SiO2 / SiN x 叠层膜钝化背表面， 通过丝网印刷的方 式在背面开槽后烧结形成铝硅合金局部接触 。 最 后，根据内量子效率实验数据通过 PC1D 软件模拟 出背表面复合速率。