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。
晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究
第36卷 第6期2002年6月 西 安 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF XI′AN J IAO TON G UN IV ERSITYVol.36 №6J un.2002文章编号:0253-987X(2002)0620651204晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究杨 宏1,王 鹤1,于化丛2,奚建平2,胡宏勋2,陈光德1(1.西安交通大学理学院,710049,西安; 2.上海交通大学太阳能研究所)摘要:为了提高晶体硅太阳电池的光电转换效率,研究了用等离子增强化学气相沉积(PECVD)的SiN x:H作为晶体硅太阳电池的表面钝化及减反射膜对电池性能的影响,并采用不同的工艺路线制备了不同类型的电池.实验发现:同SiN x:H比较,SiN x:H/SiO2双层光学减反射结构对晶体硅太阳电池能起到更加有效的表面钝化作用,提高了太阳电池的光电转换效率.基于界面物理,提出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;表面钝化;SiN x:H;等离子增强化学气相沉积中图分类号:TM91414 文献标识码:AInvestigation on Passivating Silicon Nitride Surface ofCrystalline Silicon Solar CellsY ang Hong1,W ang He1,Y u Huacong2,Xi Jianpi ng2,Hu Hongx un2,Chen Guangde1(1.School of Sciences,Xi′an Jiaotong University,Xi′an710049,China;2.Institute of Solar Energy,Shanghai Jiaotong University)Abstract:In order to improve photoelectric conversion efficiency of crystalline silicon solar cells,some effects of surface passivation quality and antireflection properties of silicon nitride prepared by plasma enhanced chemical vapour deposition on crystalline silicon solar cells are investigated.All kinds of crys2 talline silicon solar cells were prepared by different process methods.It was found that the silicon ni2 tride/silicon oxide double layer optical antireflection coatings structure shows excellent passivation properties for crystalline solar cells compared to silicon nitride,so photoelectric conversion efficiency of crystalline silicon solar cells is enhanced.Based on interface physics,a new energy band model of sili2 con nitride/silicon oxide/silicon is presented,differences of efficiency of crystalline silicon solar cells prepared by different methodes are explained by this model.K eyw ords:solar cells;surf ace passivation;silicon nit ri de;plasm a enhanced chem ical vapour deposi2 tion 目前,适于作晶体硅太阳电池光学减反射膜的材料有SiO2、TiO x、SiN x:H等薄膜材料.SiO2的折射率(114)太低,光学减反射效果不好;TiO x的折射率虽然接近晶体硅太阳电池最佳光学减反射膜的收稿日期:2001210211. 作者简介:杨 宏(1968～),男,讲师. 基金项目:西安交通大学博士学位论文基金资助项目.理论值,但TiO x没有表面钝化功能;SiN x:H光学薄膜具有折射率(210～212)高、透明波段中心与太阳光的可见光谱波段符合(550nm)且兼具表面钝化和体钝化等特点,是一种用作晶体硅太阳电池减反射及钝化膜的理想材料,其成膜工艺、钝化及减反射性能越来越得到人们的重视.1981年,Hezel和Schorner首先将等离子增强化学气相沉积(PECVD)SiN x:H薄膜的技术引入晶体硅太阳电池的制作工艺中,随后便成功地开发出了转化效率为15%～1518%的M IS-IL太阳电池[1].自此,用PECVD法沉积的SiN x:H作为晶体硅太阳电池的光学减反及钝化膜,引起了人们极大的兴趣,出现了PESC、PERC、PERL等新型结构的高效太阳电池.最近几年的发展说明,PECVD法沉积的SiN x:H是获得高效晶体硅太阳电池最有效的手段之一[2～4].虽然用PECVD法沉积的SiN x:H薄膜作为晶体硅太阳电池的光学减反及钝化膜在国外少数公司里已进入了商业化生产[4],但是关于SiN x:H薄膜的热稳定性及钝化的机理至今却有一些不同的看法[5].一些先进的实验室不断地对其性能进行改进,使其能更好地满足晶体硅太阳电池对光学减反及钝化膜的理论要求[4].本文系统地研究了SiN x: H、SiN x:H/SiO2作为晶体硅太阳电池光学减反射薄膜对电池性能的影响,建立了SiN x:H/SiO2/Si 能带模型,从半导体界面物理的角度解释了实验中发现的问题.1 实验研究实验选用了125×125mm2、晶向为100的太阳电池级准方硅片(CZ-Si),电阻率为1Ω・cm,厚度为350μm.绒面的制作是在NaOH和CH3COOH的混合液中进行的.PN结制作采用POCl3液态源扩散方法,方块电阻(5点平均值)范围为35～40Ω/□.干氧氧化在石英管中进行,干氧氧化层的厚度为10nm左右.采用高频直接PECVD法[3]沉积SiN x:H薄膜,反应气体为SiH4和N H3,衬底温度为375℃.SiN x:H薄膜的折射率为210～211(λ= 63218nm),薄膜的厚度为60～70nm,其折射率n、消光系数k及膜厚由椭偏仪测得.为了避免反应离子对硅片表面的轰击损伤,等离子体的激励频率选为13156MHz.SiN x:H薄膜的烧穿在快速热处理(R TP)炉中进行.3组样品A、B、C是从同一批扩散的硅片中随机选取的,制作工艺分别如下.(1)A:清洗制绒→磷扩散→等离子刻边→印刷烧结→PECVD SiN x:H→测试.(2)B:清洗制绒→磷扩散→等离子刻边→干氧氧化→PECVD SiN x:H→印刷烧穿→测试.(3)C:清洗制绒→磷扩散→等离子刻边→干氧氧化、通汽→PECVD SiN x:H→印刷烧穿→测试.图1示出了晶体硅太阳电池的截面图,绒面的扫描电镜如图2所示,图3为硅片绒面的反射率R 与波长的关系.由图3可以看出,实验制备的绒面结构在整个波长内具有很好的陷光效应.实验结果如表1所示,表2示出了经过一段时间光照后3种电池光电转换效率的比较.图1 晶体硅太阳电池的截面图图2 绒面的扫描电镜照片图3 硅片绒面的反射率与波长的关系256西 安 交 通 大 学 学 报 第36卷 表1 3种样品电池光电转换效率的比较样品光电转换效率/%平均值/%A 13131219131013131312121812191218131113103B 13191410131613191412131713181318131913187C14111319131914101413141113181415141214109表2 经过一段时间光照后3种样品电池光电转换效率的比较样品光电转换效率/%平均值/%A 12121210111912141211111912111210121212109B 13161318131413161318131613161316131713163C141013171318131914101410131614131410131922 SiN x :H/SiO 2/Si 界面特性分析依据界面物理,SiN x :H/SiO 2/Si 应该有如图4所示的能带结构.由于Si/SiO 2界面是一个过渡区域,即从硅氧四面体结构的SiO 2到共价结构的Si 的过渡层,从实验结果来看,这种结构较A 型电池中的SiN x :H/Si 结构具有更好的表面纯化性能及稳定性.这一方面是由于在SiN x :H/Si 结构中,界面陷阱密度高,因而在界面处会引入更多的界面态;另一方面很可能是因为SiN x :H 对Si 形成的势垒较低,发射区外的电子被SiN x :H 中的陷阱所俘获,从而使表面能带向上弯曲,在界面形成少子势垒,阻碍了界面产生的少子在电场中的漂移运动,加速了界面的复合.但是,对SiN x :H/SiO 2/Si 结构而言,界面态密度较小,且绝缘层中的正电荷使Si 的表面能带向下弯曲,弯曲方向与结区能带弯曲方向一致,成为空穴的势垒,反射了界面的光生少子2空穴,从而降低了表面复合.图4 SiN x :H/SiO 2/Si 的能带结构图3 结果和讨论(1)由表1可看出,A 型电池的性能不及B 型电池的性能.这一方面是因为SiN x :H 的表面钝化效果不如SiO 2/SiN x :H 双层结构好;另一方面是因为在B 型电池的制备过程中,SiN x :H 中大量的氢原子在烧结工艺中会扩散至Si/SiO 2界面,饱和了剩余的悬挂键,从而进一步降低了表面复合速度[6].(2)在表1中,B 型电池的性能不及C 型电池的性能.这是因为干氧氧化有较高的界面态密度,加入1%～2%左右的水蒸气减少了界面态密度,从而降低了表面复合速度,提高了电池性能,但过量的水蒸气反而会降低电池的性能[7].(3)由表1和表2的对比可看出,经过长时间光照后,B 型和C 型电池的电性能变化不是很明显,A 型电池的性能则有明显的退化现象.这很可能是因为在Si 上直接沉积的SiN x :H 薄膜附着力不好,长时间光照引起的温度冲击使SiN x :H 膜层脱落所致.4 结 论(1)SiN x :H 薄膜的表面钝化降低了晶体硅太阳电池发射极的表面复合速度,减小了暗电流,提高了太阳电池的开路电压,从而提高了太阳电池的光电转换效率.(2)基于SiN x :H 表面钝化的烧穿工艺,免去了电池焊接时的主栅线去减反射膜工艺,可直接焊接,提高了焊接的可靠性和劳动效率.356 第6期 杨 宏,等:晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究这个和我以前的想法相反丆湿法原来不是那么好的钝化效果(3)SiN x:H中含有大量的原子氢,在烧穿工艺中,高温瞬时退火断裂了N H和Si H键,氢原子扩散进界面及基片,钝化了表面及位错上的悬挂键,减小了界面态密度.(4)PECVD法沉积SiN x:H薄膜具有沉积温度低、薄膜性能稳定等优点,是未来廉价晶体硅太阳电池最理想的光学减反射和钝化膜.(5)从实验结果来看,SiN x:H/SiO2双层钝化及减反射膜较SiN x:H单层减反射膜效果好.参考文献:[1] Aberie A G.talline siliconS olar Cells[2] Nijs J FfectiveTransactions967.[3] 杨 宏,王 鹤,陈光德,等.多晶硅太阳电池的氮化硅钝化[J].半导体情报,2001,(6):39～41.[4] Schmidt J,K err M.Highest2quality surface passivation oflow2resistivty p2type silicon using stoichiometric PECVD silicon nitride[J].S olar Energy Materials&S olar Cells, 2001,65:249～259.[5] Fujii S,Fukawa Y.Production technology of large areamulticrystalline silicon solar cells[J].S olar Energy Mate2 rials&S olar Cells,2001,65:269～275.[6] Slufzik J,de Clercq K.Improvement in multicrystallinecells after thermal treatment of PECVD siliconcoating[A].The12th European PhotovoltaicConference[C].Stephens:Bedford,1994.1He,Chen Guangde,et al.A study offor monolithic polycrystalline siliconS olar Energy Materials&S olar Cells,412.(编辑 杜秀杰)《西安交通大学学报》自动化技术类论文回顾(二)15.基于线性变参数H∞反馈的机器人迭代学习控制器设计.西安交通大学学报,2001(06)16.Volterra泛函级数辨识中维数灾难的一种解决方法.西安交通大学学报,2001(06)17.闪速炉的仿人模糊质量控制模型.西安交通大学学报,2001(07)18.一种基于软件寻位的数控加工技术.西安交通大学学报,2001(07)19.用于业务流设计的一种多Agent模型.西安交通大学学报,2001(08)20.具有极点配置的不确定性机器人鲁棒H∞控制.西安交通大学学报,2001(08)21.多色集合在加工系统建模与分析时的应用.西安交通大学学报,2001(09)22.基于快速成型制造技术的滴管快速制造方法研究.西安交通大学学报,2001(09)23.基于粗糙集与模糊神经网络的多级压缩机诊断.西安交通大学学报,2001(09)24.基于模糊彩色Petri网的知识表示与获取研究.西安交通大学学报,2001(10)25.基于Volterra级数模型的非线性系统的鲁棒自适应辨识.西安交通大学学报,2001(10)26.具有矩形模糊参数的大工业过程关联平衡法.西安交通大学学报,2001(10)27.混凝土生产输送浇注过程计算机综合监控系统.西安交通大学学报,2001(10)28.具有死区的饱和工业过程控制系统的迭代学习控制.西安交通大学学报,2001(10)29.含可变时延的大规模通用神经网络动力系统的吸引域.西安交通大学学报,2001(10)456西 安 交 通 大 学 学 报 第36卷 。
太阳电池背表面钝化
不同衬底上的Al2O3膜的少子寿命随注入水平的变化
最大少子寿命6ms（Seff<2cm/s） 7nm膜的Seff<4cm/s
少子寿命达到3ms（Seff<5cm/s）
由于Al2O3具有负电荷，因此对于p-Si的少子寿命不随注入水平变化；而对于n-Si衬 底，由于反型层的出现，使得少子寿命随注入水平降低而降低。 Source: Hoex et al., APL 89, 041202 (2006) Source: Hoex et al., JAP 104, 044903 (2008)
对于正表面电荷Qf>0， 则Qsc<0，表面处于 “耗尽型”。表面势 随着电荷量有较大的 变化，这是由于P-Si 少子较少，要想得到 较多的表面平衡电荷 就的使表面能带更弯 曲。
在Ψs=ΨB时出现反 型，当Ψs=2ΨB时 出现强反型，一旦 出现强反型，表面 势随电荷的变化出 现饱和。
P-type Si Dielectric
P-Si的钝化
Source: 1 Dauwe et al., 29th IEEE PVSEC, 2002, p. 1246, 2 Kerr et al., SST 17, 166 (2002), 3 Kerr et al., SST 17, 35 (2002)
原子层沉积设备
ALD的工艺流程
实验室设备ALD工艺流程
轻掺杂n-Si表面镀膜
n-type emitter Passivation layer P-Si n-type emitter Passivation layer
SiO2有明显的钝化在高阻 时效果不明显 SiNx的钝化效果次之 Al2O3膜对于n型发射区也 具有较好的钝化作用，出 了在较大的方阻时。
晶硅电池, 激光致氢钝化
晶硅电池, 激光致氢钝化
晶硅电池是一种常见的太阳能电池类型，它利用硅材料来转换
太阳光能量为电能。
晶硅电池通常由硅晶体制成，这种材料在太阳
光下会产生电荷，从而产生电流。
晶硅电池具有高效率和长期稳定
性的特点，因此被广泛应用于太阳能发电系统中。
而激光致氢钝化是一种利用激光技术来改善晶硅电池性能的方法。
在这个过程中，激光被用来改变硅表面的特性，使其在光照条
件下更好地吸收太阳能。
这种方法可以提高晶硅电池的转换效率，
从而提高太阳能电池系统的整体性能。
从技术角度来看，激光致氢钝化可以通过调控硅表面的微观结
构和化学成分来增加其光吸收能力，从而提高光电转换效率。
此外，激光致氢钝化还可以改善硅表面的反射特性，减少光能的损失，进
一步提高电池的性能。
从应用角度来看，激光致氢钝化技术可以帮助太阳能电池制造
商提高其产品的竞争力，从而推动太阳能发电行业的发展。
通过提
高晶硅电池的效率和性能稳定性，激光致氢钝化有望降低太阳能发
电的成本，使其更具吸引力和可行性。
总的来说，晶硅电池和激光致氢钝化技术都是太阳能领域中非常重要的技术和发展方向。
它们的结合可以为太阳能电池系统的性能提升和成本降低提供新的可能，有助于推动清洁能源技术的发展和应用。
太阳电池钝化技术
太阳电池界面钝化技术
2010-12-22
一．钝化的作用：
1)作为背反射器，增加长波光的吸收
2)介于硅基体和铝背面场间，可以有效地减少电池片的翘曲，有利于产业
化良率的提高
3)原子态的氢饱和基体表面悬挂键，有效降低界面复合，提高载流子收集
效率
4)大量的固定电荷的场钝化效应，提高载流子收集效率，增加短路电流，改善
电池的整体性能
二．晶硅电池背面钝化方法：
1)H plasma处理钝化晶硅表面悬键，减小界面复合，适用于HIT结构
2)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
3)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
4)热氧化SiO2：钝化性能高，常用于制备高效电池，如UNSW的PERC、
PERL电池
5)原子层沉积（ALD）Al2O3：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）6)叠层钝化：SiN x/SiO2，SiN x/a-Si，SiO2/Al2O3等，钝化性能良好，也常用于
制备高效电池
ISFH&TU/e Al2O3/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%。
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随着环境污染的严重，大规模应用可再生能源以减少碳排放已成为全球共识，太阳能发电作为可再生能源的主要来源之一受到了广泛关注。
太阳电池作为太阳能发电的基本组成部分，其能量转换效率直接影响发电效率，因此研究其表面抗反射技术是提高太阳能转换效率的关键。
晶体硅太阳电池是当前主要应用的太阳电池类型之一，它的表面反射率较高可达20％，这将导致太阳能发电效率降低，因此必须采取措施改善表面反射性。
氮化硅具有良好的光学特性，可以在表面形成一层抗反射膜，以达到降低反射率的目的。
针对晶体硅太阳电池的表面反射性，我们研发出一种新的氮化硅表面钝化技术，可大大改善晶体硅太阳电池的表面反射率，从而提高太阳能转换效率。
该技术的原理是在被修饰表面上用气体直接制备氮化硅抗反射膜。
在此过程中，采用等离子体将硅源物质（硅烷）和氮源物质（氮气）以一定比例混合，并利用高温等离子体条件催化气体反应，使氮气和硅烷气体分子迅速反应，形成能够在表面形成一层稳定的氮化硅反射膜。
该技术以晶体硅太阳电池为测试材料，在不同条件下，如氮气流量、反应温度、料体比例等，研究不同反应条件下氮化硅抗反射膜的覆盖面积、厚度以及反射率。
研究发现，当氮气流量达到200 sccm，反应温度达到400℃，硅烷和氮气的比例为1：1时，氮化硅薄膜覆盖面积最大，膜厚度最低，表面的反射率也最低，只有3.68％。
此外，研究还显示，氮化硅表面钝化技术可将晶体硅太阳电池表面反射率从20％降低到3.68％，极大地提高了太阳能转换效率。
总而言之，研究发现氮化硅表面钝化技术可以有效改善晶体硅太阳电池的表面反射性，增加其能量转换效率，为太阳能发电的发展提供了技术支持。
综上所述，氮化硅表面钝化技术为太阳能发电技术以及可再生能源利用提供了新思路，希望未来能有更多专家加入这项研究，共同研究在有限的环境中发挥最大的能源优势。
硅晶电池表面钝化机制
硅晶电池表面钝化机制硅晶电池是一种常见的太阳能电池类型，其表面钝化机制十分重要。
本文将深入探讨硅晶电池表面钝化的原理、方法和应用，以及我对此的观点和理解。
一、硅晶电池表面钝化的原理硅晶电池的表面钝化是为了减少表面缺陷和电子复合的损失，从而提高光电转换效率。
在正常情况下，硅表面上存在着大量的表面缺陷，如氧化物和杂质等。
这些缺陷导致电子与空穴复合，减少了电池的光电转换效率。
因此，通过表面钝化可以修复这些缺陷，并提高电池的性能。
二、硅晶电池表面钝化的方法1. 氧化钝化：氧化钝化是最常见的硅晶电池表面处理方法之一。
通过将硅片暴露在氧气环境中，表面形成一层氧化硅薄膜。
该氧化层可以修复表面缺陷并防止电子和空穴的复合。
2. 成膜钝化：成膜钝化使用一种或多种材料在硅表面形成一层薄膜。
常用的材料包括硅氮化物、硅氧化物和硅碳化物等。
这些膜层可以修复表面缺陷并提高光电转换效率。
3. 离子注入：离子注入是一种通过将离子注入硅表面来修复缺陷的方法。
通过注入不同种类的离子，可以改善表面的缺陷并提高电池性能。
三、硅晶电池表面钝化的应用硅晶电池表面钝化在太阳能电池领域具有广泛的应用。
通过表面钝化，硅晶电池的光电转换效率可以显著提高。
这使得硅晶电池成为当前最常用的太阳能电池类型之一。
此外，硅晶电池表面钝化还可以应用于其他光电器件，如光电传感器和光电发射器等。
通过钝化表面，可以降低电子和空穴之间的复合速率，提高器件的性能。
四、对硅晶电池表面钝化的观点和理解从我的观点来看，硅晶电池表面钝化在太阳能电池领域具有重要的作用。
通过钝化表面，可以修复缺陷、减少能量损失，并提高电池的效率和稳定性。
这对于太阳能的可持续发展至关重要。
此外，硅晶电池表面钝化的方法不断在不同科研领域进行探索和改进。
新的表面钝化方法的研究有助于提高电池的性能，并推动太阳能电池技术的发展。
总之，硅晶电池表面钝化是提高光电转换效率和电池性能的重要手段。
通过深入研究和探索，我们可以不断改进表面钝化方法，为可再生能源的广泛应用做出更大的贡献。
晶硅表面钝化原理
晶硅表面钝化原理
晶硅表面钝化是指在晶硅表面形成一层氧化硅薄膜，用于保护晶硅表面免受化学腐蚀和电学损伤。
晶硅表面钝化的原理主要是氧化硅具有很好的绝缘性能，可以防止外部杂质和电子进入晶硅内部，从而避免了晶硅器件的损坏和失效。
此外，氧化硅可以改善晶硅表面的电学特性，提高晶体管和集成电路的性能和可靠性。
晶硅表面钝化的方法包括热氧化、化学氧化和物理气相沉积等，其中热氧化是最常用的方法。
在热氧化过程中，晶硅表面与氧分子反应生成氧化硅薄膜，其厚度可以控制，通常在几纳米到几百纳米之间。
晶硅表面钝化技术是集成电路制造中不可或缺的一项关键技术，其质量和性能直接影响集成电路器件的品质和可靠性。
- 1 -。
一种晶体硅太阳电池的硼扩散背钝化工艺[发明专利]
![一种晶体硅太阳电池的硼扩散背钝化工艺[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8f692b8e1ed9ad51f11df24d.png)
专利名称：一种晶体硅太阳电池的硼扩散背钝化工艺专利类型：发明专利
发明人：刘进,王丽,郝延蔚,孙瑞敏,周永恒,师兆忠,赵辉申请号：CN201910977470.6
申请日：20191012
公开号：CN110993722A
公开日：
20200410
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及太阳能电池生产领域，具体是一种新型太阳能晶硅电池技术(PERC)的背钝化工艺改进及提升。
步骤一、扩散，保持载舟温度，按一定流量的氮气、高浓度的三溴化硼和氧气进行扩散；步骤二、均化过程，保持扩散时温度，按照氮气保持一定流量进行均化处理；步骤三、推进，保持氮气流量进行推进工艺；步骤四、退火处理；步骤五、降温完成扩散过程。
本发明实现高浓度浅层扩散，并提高了扩散的均匀性，提高背钝化的致密性，提高太阳能电池的转换效率。
申请人：开封大学
地址：475004 河南省开封市东京大道开封大学
国籍：CN
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1
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。
6
非晶SiNx钝化 SiH4+NH3=SiNx+H2
7
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
8
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
10
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。
11
Thanks for your attention!
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