40-背面氮化硅钝化膜厚度对单晶硅太阳能电池的影响

第 12 届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文（A 晶体硅材料及电池）
背面氮化硅钝化 氮化硅钝化膜厚度对单晶硅太阳能电池的影响 钝化膜厚度对单晶硅太阳能电池的影响
孟庆蕾, 钱洪强, 陆红艳 ,王振交 ,吴甲奇,韩培育, 姜勇飞,陈如龙,杨健,张光春,施正 荣
（无锡尚德太阳能电力有限公司 214028 qinglei.meng@）
摘要：背面局部接触电池可以减少背面复合。本文通过调节背面局部接触电池背场和硅基材之
间 SIN 钝化层不同的厚度，对电池电性能进行研究。电池 IV 参数表明三层氮化硅具有更佳的表 面钝化效果，硅太阳电池的转换效率、开路电压 Voc 和短路电流密度 Jsc 都有所提升。
关键词： 关键词：晶体硅太阳能电池 ；钝化 ；SINx背场；不同SINx厚度 1 前言
高效低成本是当今太阳能电池发展的两大趋 势。 通过硅片的减薄,可以不断地降低硅太阳电池制 造成本。但是当硅片厚度降低到一定程度时，长波 长的光子在被吸收前就有可能透过硅片。 所以， 随着硅片厚度的降低，电池背面需有一定的具有行 之有效的长波反射能力将没有被吸收的光子反射 回到电池内部，从而进行二次或者多次反射后的吸 收。 背面氮化硅膜钝化太阳电池在修复背表面态 方面有很大优势[3]，德国Fraunhofer ISE 的 Schneiderlochner采用Al/PECVD SiNx 薄膜并以激 光烧结背电极技术制备的电池转换效率在10 cm×10 cm 上达到17.1% ，斯图加特大学采用的低
[1]
温背钝化技术和LFC 技术制备的电池的转换效率 达到20.5%[2]。 本文采用PECVD方法在单晶硅背面沉积不同 膜厚的氮化硅,研究不同膜厚的氮化硅对单晶硅太 阳电池的影响。
2 实验
取用体少子寿命在100µs左右单晶片原始硅片, 厚度在200µm左右,实测电阻率范围1～3Ωm。将实 验片分为两组，A组使用PECVD在硅片背面沉积约 180nmSINx，B组使用PECVD在硅片背面沉积约 270nmSINx。再进行光刻以及常规的印刷工艺，制 成电池片，测试不同SINx厚度对电池性能参数影 响，并通过Correscan、QSSPCD等测试手段进行分 析。
3 实验数据对比
表 1 不同SINx厚度电池性能比较 Voc [mV] 659.6 A组 180nmSINx 658.6 653.2 651.5 656 平均值 655.78 Isc [A] 5.988 6.014 5.928 6.035 6.045 6.002 EFF [%] 19.35 19.5 19.03 18.99 19.55 19.284 FF [%] 75.86 76.2 76.08 74.77 76.35 75.852 Rs [Ohm] 0.004 0.0039 0.0039 0.0044 0.004 0.00404 Rsh [Ohm] 228.3 110.4 197.3 323.6 229.9 217.9

Voc [mV] 658.9 B组 270nmSINx 661.7 663.4 664.3 平均值 662.075
Isc [A] 6.139 6.052 5.992 6.003 6.0465
EFF [%] 19.76 19.57 19.39 19.68 19.6
FF [%] 75.63 75.65 75.53 76.4 75.8025
Rs [Ohm] 0.004 0.0039 0.0039 0.0037 0.003875
Rsh [Ohm] 286 930 420.9 349.7 496.65
由表1可以看出，SiNx膜较厚时同一批次内部
电性能参数相对较稳定。 270nmSINx作为背面钝化
层时，Voc、Isc、Eff均比180nmSINx作为背面钝化 层时有提高
4 测试结果讨论
4.1 QSSPCD测试结果讨论 采用QSSPCD测试少子寿命来验证不同厚度氮 化硅对单晶片的背面钝化效果。A组（背面沉积约 180nmSINx） ，B组（背面沉积约270nmSINx）测试 少子寿命变化。 两组初始的少子寿命都在15µs左右, 沉积不同厚度SINx之后,两组硅片少子寿命都有提 高，且提高的幅度相同。如图1。经过烧结后，B组 少子寿命上升的幅度要大于A组。如图2。 沉积背面氮化硅后，氮化硅中的氢原子作用在 背表面，很好钝化背表面的表面态和悬挂键，使少 子寿命上升。经过烧结之后，少子寿命进一步的提 升， 但是B组少子寿命上升的幅度要大于A组这可能 是因为沉积三层SINx， 可把前两层SINx作为在第三 层氮化硅和硅之间的一个缓冲层[ 5 - 6 ]，此缓冲层较 厚，经过烧结之后，SI-H和N-H断裂后的氢不容易 形成氢气溢出， 不仅有表面钝化作用,而且更多的氢 原子会扩散到体内， 进行体内钝化,少子寿命进一步 提升。 4.2 Correscan测试结果讨论
图 2 不同厚度 SINx 烧结后少子寿命分布 Fig2 The minority carrier lifetime distribution of different thickness of SINx after sintering 图 1 不同厚度 SINx 烧结前少子寿命分布 Fig1 The minority carrier lifetime distribution of different thickness of SINx before sintering

IQE如图4所示，反射率如图5所示。从图中可 以看出，270nm SINx作为钝化层与180nmSINx作为 钝化层相比，在红外波段，IQE略有提高，长波段 背反射得到一定程度的提高，这是由于270nmSINx 烧结覆盖性好，可以更好的防止Al浆烧穿SINx，从 而降低Al烧穿SINx形成Al-Si合金高复合层的几率， 相对180nmSINx起到提升Isc 的作用。
180nmSINx （526.1176mv ）
图 4 IQE 与波长的关系 270nmSINx（552.6173mv） 图 3 不同 SINx 厚度 Correscan 测试 Fig3 The Correscan result of different thickness of SINx Fig4 The relationship between IQE and wavelength
在硅片背面分别沉积 180nm、270nm SINx， 再进行光刻以及常规的印刷工艺后， 进行 Correscan 测试。如图 3。进行计算可得到 Voc 的平均值分别 为 526.1176mv、552.6173mv。 由于在硅片表面，存在由于晶体周期性排列中 断而产生的悬挂键，使得在晶体能隙中产生表面态
图 5 不同 SINx 厚度波长与反射率关系
和界面。这些都将在表面和界面内产生空间电荷，
Fig5 The relationship between the wavelength and reflectivity
形成表面和界面势垒，引起表面和界面附近能带弯 曲，从而影响载流子输运[4]。而在烧结过程中，由 于 SINx 的致密性，Al 会穿透 SINx 在硅片表面形 成一个界面场，增加了除局部接触的表面复合面 积。所以 270nmSINx 可以更好的防止 Al 浆烧穿 SINx，宏观的直接表现就是得到更高的开路电压。 4.3 IQE，反射率测试结果讨论
of different thickness of SINx
5 结论
本文通过实验发现，三层氮化硅（270nm）比 二层氮化硅（180nm）具有更佳的表面钝化效果， 硅太阳电池的转换效率、开路电压Voc和短路电流 密度Jsc都有所提升。 因此在背面局部接触电池中可