02-效率20.7%的TOPCon高效晶体硅太阳能电池的研究-陶科

Jsc(mA/cm2) Voc(mV) FF(%)
40.6
698.1 81.1
41.4
703.2 82.5
41.5
715.1 82.1
41.5
719 83.2
42.1
718 83.2
Eff(%) 23 24 24.4 24.9 25.1
通过优化Ag背电极，减小背面光吸收； 优化前电极，降低遮光损失； 增加选区发射等，降低发射极串联电阻
Effective carrier lifetime(sec)
1E-3
Hybird Si layer consists of two layers: 10 nm a-Si and 15 nm μc-Si
Implied Voc(mV)
TOPCon太阳电池的研究结果
背表面钝化研究
Effective carrier lifetime(µs)
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
500
740
a-Si µc-Si
720
700
680
carrier lifetime
Implied Voc
1E19
n+ poly-Si
1E源自文库8
1E17
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Depth (µm)
ECV profile for p+ emitter
PECVD of Si doped films
Formation of Tunnel oxide
优化前、背表面钝 化，降低复合损失 ，提高转换效率
electrode P doped Si n-c-Si
N doped Si
Tunneling Oxide
electrode
PERC电池，电流密度分布模拟
TOPCon电池的电流分布
TOPCon太阳电池的研究方案
1E21
1E20
结深： ~430nm 方阻： ~ 40 ohm/sq
Concentration(cm-3)
中国科学院微电子研究所
2016-11-26
报告提纲
前言 TOPCon太阳电池的研究方案 TOPCon太阳电池的研究结果
背表面的钝化研究 电池性能
结论与展望
前言
电学 损失
复合 损失
光学损失
太阳能电池核心课题：
1. 提高转换效率 2. 降低生产成本
俄歇复合
SRH复合
陶科 (K. Tao), 贾锐 (R. Jia), 李强 (L. Qiang), 侯彩霞 （C. Hou）姜帅 (J. Shuai), 孙昀 (Y. Sun)
Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
0.8
1.0
Depth (µm)
出现起泡的样品，掺杂原子很 容易扩散到晶体硅衬底内部， 而没有起泡的样品，则能有效 的阻挡杂质原子进入晶体硅。
混合型钝化结构解决起泡问题
0.1
0.1
µc-Si(n) Hybrid α-Si(n)
τeff=960 µs τeff=3.2 ms
0.01
@5x1015cm-3 0.01
injection level@5x105cm-3
660
(a)
B-800oC
(b)
B-700oC
B-600oC
B-as dep.
A-800oC A-700oC A-600oC A-as dep.
Intensity (a.u.)
Intensity (a.u.)
100 200 300 400 500 600 700 800
Raman shift (cm-1)
(a) a-Si、(b) µc-Si 薄膜在不同温度退火后的拉曼谱
100
200
300
400
500
600
700
Raman shift (cm-1)
存在的问题：a-Si薄膜在结晶过程中出现blistering现象
(a) a-Si
(b) µc-Si
Concentration (cm-3)
R. Peibst et al. / Solar Energy Materials & Solar Cells 158 (2016) 60
租用中科院EDA中心软件和 C++结合，对TOPCon太阳 电池进行模拟：
电流分布呈现典型的一维分布， 载流子输运距离短
电子和空穴分别通过隧穿穿越氧 化层最后被电极收集
氧化硅薄层对TOPCon钝化效果的影响
TOPCon电池的载流子输运机制
良好的热稳定性 载流子选择性收集
电子
EC
EF
p++-Si
EV 空穴
SiOx n-c-Si
电子 EC EF
EV 空穴
n++-Si
n-c-Si
SiO
TOPCon电池的载流子输运机制
最新的研究对TOPCon电池的传输机制提出了新的看法： 除了doped-Si/c-Si界面的非局域带间遂穿，还发现了载流子的局域输运通道； 该通道的形成是因为氧化层在高温退火过程中减薄甚至出现局部漏洞。
第十二届中国太阳级硅及光伏发电研讨会（12thCSPV） 嘉兴，中国，2016.11.24-26
效率20.7%的TOPCon高效晶体硅太阳能电池的研究
The study on 20.7% efficient Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon) N type silicon solar cells
表面复合
解决方案：全面钝化
1.使用非晶硅作为钝化层； 非晶硅异质结钝化结构
理想的载流子选择性接触
2. 使用超薄氧化层作为钝化层； 隧穿氧化层钝化接触结构
钝化介质通常不导电，因 此在有效钝化和电流导出 之间存在矛盾；
2013年德国Fraunhofer 研究所的Frank Feldmann博士在 28th EU-PVSEC首次报道了TOPCon电池概念
1）优良的界面钝化能力
2）有效的掺杂使得硅衬底中费米能级 分离（高Voc）
3）很强的多子输运能力（高FFs）
SiOx 厚度小
SiOx 带隙宽
TOPCon
硅薄膜 电导大
TOPCon VS HIT
光的寄生吸收损失降低 Si薄膜电阻降低，缺陷态密度
也较低 Si/TCO的接触电阻降低
氧化层的作用
1E22
Without blistering
1E21
Blistering
1E20
1E19
c-Si
1E18
a-Si:H thin films after anneal at 800oC
µc-Si:H thin films
1E17
after anneal at 800oC
1E16
0.0
0.2
0.4
0.6