16晶体硅太阳电池背面钝化研究

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,-,20,-,太阳能系统研究所,Institute for Solar Energy Systems,2024/9/22,晶体,硅太阳电池,背面,钝化研究,中山大学太阳能系统研究所,报告人：朱彦斌,第十一届中国光伏大会,主要内容,研究背景,晶体硅太阳电池背面钝化方法介绍,实验及结果分析,结论,及展望,1,、研究背景,硅片厚度不断降低,近来，为了降低太阳电池的成本，硅片的厚度不断降低，从最初的,350m,到,270,、,240,、,220,、,180m,，将来甚至会向更薄方向发展。,带来的影响,1,）背面复合,随着硅片厚度的减薄，少数载流子的扩散长度可能接近或大于硅片的厚度，部分少数载流子将扩散到电池背面而产生复合，这将对电池效率产生重要影响。,2),内表面背反射性能,当硅片厚度降低到,200m,以下时，长波长的光吸收减少，需要电池有良好的,背反射性能。,背面复合速率对,电池性能的,影响,Armin G.Aberle. Surface passivation of crystalline silicon solar cells: A review. Prog.Photovolt:Res.Appl,2000;8:473-487.,背反射率对,电池性能的,影响,Technische Universiteit Eindhoven,TU/e,怎样降低背面复合速率，提高背反射率？,作为,背反射器，增加长,波光,的吸收；,介于,硅基体和铝背场间，可以有效地减少电池片的翘曲；,原子,态的,氢饱和,基体表面悬挂,键,大量,的固定电荷的场钝化,效应,钝化层,背面钝化是一个很好的途径,降低背面复合,2,、晶体硅太阳电池背面,钝化方法介绍,SiN,x,：,H,沉积温度低（,450,），良好的体和表面钝化效果，沉积速率高适合工业化生产。,a-Si,：,H,沉积温度低,（,200,250, ）,良好的钝化及陷光效果，可用于制备高效电池，如,Sanyo,公司的,HIT,电池。,采用,a-Si,钝化，,Sanyo,公司得到,转换效率为,22.3%,的,HIT,太阳电池，厚度可降到,70,m,热氧化,SiO,2,钝化性能高，常用于制备高效电池，,如,UNSW,的,PERC,、,PERL,电池。,原子层沉积（,ALD,）,Al,2,O,3,沉积温度低 （,200,400, ）；薄膜厚度易控制，精确度高；钝化性能 良好；可满足工业化生产（,3000,片,/h,）。,UNSW,转换效率为,24.7%,的,PERL,太阳电池,叠层钝化,SiN,x,/SiO,2,，,SiN,x,/a-Si,，,SiO,2,/Al,2,O,3,等，钝化性能良好，也常用于制备高效电池。,ISFH&TU/e Al,2,O,3,/SiO,x,背面钝化,电池,效率,20.4%,Fraunhofer ISE a-Si/SiO,x,背面钝化,电池,效率,21.7%,3.,实验及结果分析,SiN,x,、,SiO,2,及,SiO,2,/SiN,x,背面钝化工艺流程,少子寿命测试样品结构示意图,背面没有钝化处理,背面,SiN,x,钝化,背面,SiO,2,钝化,背面,SiN,x,/SiO,2,钝化,不同钝化法少子寿命测试结果（,s,，,5,片平均值）,不同钝化法少子寿命测试结果（单片）,ALD-Al,2,O,3,钝化工艺流程及少子寿命测试样品结构示意图,ALD,不同厚度,Al,2,O,3,前后及退火,前后少子寿命,测试,结果,少子寿命测试结果（,s,，,6,片平均值）,利用,Glunz,等人提出的俄歇复合模型，,背,面,复合速率可由如下公式计算获得：,eff,测量到的有效少子寿命；,b,硅片体寿命；,W,硅片厚度；,S,eff,表面复合速率；,D,n,电子扩散常数。,通过上式，计算得到在,ALD-Al,2,O,3,钝化层前，,硅片,的,背,面,复合速率为,2.34,10,3,/s,，,ALD-Al,2,O,3,钝化,层,（,100nm,）,后,背,面,复合,速率,降低,为,3.09,10,2,/s,，,背,面,复合速率降低一个数量级,。,ALD 100nm Al,2,O,3,前后少子寿命,测试结果,SiN,x,背面钝化前后背反射率测试结果,实验结果分析,1.,钝化后少子寿命增加，背面复合速率降低：,化学钝化作用：,钝化层中原子态的氢饱和硅片表面悬挂键，从而起到化学钝化作用，,包括,SiN,x,钝化层和,ALD-Al,2,O,3,钝化,层。,场钝化效应：,钝化层中含有一些固定电荷，这些固定电荷会产生场钝化效应，排斥一种载流子，使电子和空穴不能同时到达背面而产生复合。包括,SiN,x,、,SiO,2,（固定正电荷）和,Al,2,O,3,（固定负电荷）,2.ALD-Al,2,O,3,需要退火原因分析,：,退火增加了,Al,2,O,3,钝化层中固定负电荷密度，从而增强场效应钝化作用。,退火过程中,Si- Al,2,O,3,界面生成,SiO,x,薄层，从而使,Si- Al,2,O,3,界面缺陷密度降低,。,High resolution TEM image showing a 20 nm thick Al,2,O,3,film on,c-Si after a 30 min annealing,at 425,in a N,2,environment,.,B. Hoex,et al. Ultralow surface,recombination of c-Si substrates passivated by plasma-assisted atomic layer deposited Al,2,O,3,.,3,、结论及展望,PECVD SiN,x,，,PECVD a-Si,，热氧化,SiO,2,、,ALD-Al,2,O,3,都,具有良好钝化性能，,特别是,ALD-Al,2,O,3,，可使硅片背面的复合速率由钝化前的,2.34,10,3,/s,，降,低到钝化后的,3.09,10,2,/s,，,背,面复合速率降低一个数量级,。,钝化层可以作为背反射器，增加背反射率，提高长波吸收。,ALD -Al,2,O,3,具有,良好的钝化性能,，并且,能满足大规模生产,，在将来大规模制备高 效太阳电池中将得到越来越多的应用。,