N型硅材料整理

N型硅太阳能电池材料整理从理论上来讲，不管是硼掺杂的P型硅片或是磷掺杂的N型硅片都可以用来制备太阳能电池，但是现在世界上大部分的晶体硅太阳能电池生产厂家都采用掺硼的P型硅片生产太阳能电池。因为N型硅片制备的太阳能电池开路电压和填充因子较低，并且长期使用或存放时N型硅片太阳能电池性能会有所退化，而在P 型硅片上形成N+发射结比在N型硅片上形成P+发射结在工业化生产上更容易实现。

目前主流工业化生产的P型硅太阳能电池转换效率已经可以稳定在18%以上，要想在不增加成本的情况下再提高效率已经非常困难，于是人们把眼光转向少数载流子寿命比P型硅高的多的N型硅，并取得了很大进展。

一、N型硅的优点

P型硅太阳能电池具有转换效率高，技术成熟等优点，占有世界太阳能电池产量的绝大部分。但在制造过程中，扩散制结工艺需要在温度约1000℃进行，工艺复杂，成品率低。而N型硅太阳能电池生产工艺可在200℃以下进行。符合低成本、高产量、高效率的要求。

其次，相同电阻率的N型硅片的少数载流子寿命比P型硅片高。（注：少数载流子寿命反映了太阳能电池表面和基体对光生载流子的复合程度，即反映了光生载流子的利用程度，少数载流子寿命越高，太阳能电池的短路电流、开路电压也会提高。是太阳能电池设计、生产的重要参数，但其会受到高温处理过程的影响。）

第三，N型硅片对金属污染的容忍度要高于P型硅片。

二、N型硅片的缺点

N型硅片制备的太阳能电池开路电压和填充因子较低。（注：填充因子是衡量电池输出特性的重要指标，代表电池在最佳负载时所能输出的最大功率，其值越大表明太阳能电池的输出特性越好。）由于N型硅片需要硼元素形成PN结，对于P+发射结这样的太阳能电池结构表面复合严重，并且长期使用或存放时性能会有所退化，而常规的表面钝化手段均无明显效果。但是J．Benick等人利用Al2O3作为钝化层获得了良好的钝化效果。他们采用PERL结构，在N型FZ硅片

上得到了23.4%高转换率的太阳能电池，这也是N型硅太阳能电池的最高世界纪录。有人利用非晶硅作钝化层也取得了很好的钝化效果。虽然N型CZ硅片是高效太阳能电池的理想材料，但现在铸造多晶硅中含有较多的Cr和Fe，这两种金属杂质对材料性能影响很大。

三、N型硅太阳能电池的种类

N型硅太阳能电池有很多种类，除了可以把发射结坐在正面、背面和双面外，还可以做成SE、EWT、PERL、MWT和HIT等结构。目前除了美国SUN POWER公司和日本三洋外，具有生产N型硅太阳能电池产业化生产能力的公司并不多，目前国内有报道的有宁波的杉杉尤利卡太阳能科技发展有限公司。N型硅太阳能电池转换效率平均只有16.5%。

1、PCC太阳能电池

美国SUN POWER公司利用点接触（PCC）和丝网印刷技术，于2003年研制出新一代背面点接触太阳能电池A-300，转换效率为20%。通过进一步的改进，该电池的效率已经达到21.5%，并实现了产业化生产。

SUN POWER 公司A-300结构示意图

2、HIT异质结高效N型硅太阳能电池

2000年日本三洋公司研制出10cm2采用HIT结构异质结太阳能电池。解决了以往的缺陷。所谓HIT结构就是在P型氢化非晶硅和n型氢化非晶硅与n型硅衬底之间增加一层非掺杂(本征)氢化非晶硅薄膜。采取该工艺措施后。改变了PN结的性能。因而使转换效率达到20.7% ,开路电压达到719mV ,并且全部工艺可以在200℃以

下实现。双面结构的HIT电池由于能接收到来自地面的反射光，不论地面是否光滑，它都能发出比单面电池至少多8.1%的电能。三洋公司大规模工业化生产也获得18.5%的效率。三洋公司在HIT太阳能电池的基础上，还推出了正反对称形的HIT 双功率太阳能电池组件，这种组件能够利用正反两面的光照。和单侧光照射的构造相比，年平均增加6%-10%的输出。

日本三洋HIT太阳能电池结构示意图

尽管三洋公司已经取得如此高的效率，并实现了HIT的产业化，但有关于PECVD 沉积参数及详细制备过程却没有报道。世界各国实验组至今还没有一个能达到或重复三洋公司如此好的实验结果。

3、发射结钝化一全背场扩散(PERT)N型硅太阳能电池

发射结钝化一全背场扩散太阳电池是赵建华博士在澳大利亚新南威尔士大学期间设计的一种N型硅太阳电池。面积为22cm2的N型FZ单晶硅太阳电池效率达N21．5％，PERT电池采用电阻率为0.9Ω·cm的FZ单晶硅片，正表面KOH腐蚀倒金字塔结构，浅磷扩散形成前表面场(FSF)，背面浅硼扩散形成发射结，再在两面生长高质量的SiO2钝化层，通过光刻工艺在前电极下实现重磷扩散，背电极的点接触处实现重硼扩散。前电极采用电镀工艺镀银背电极热蒸发铝形成点接触结构，最后前面沉积ZnS／MgF，双层减反射薄。这种结构的电池虽然效率不错，但是比现在的P型硅生产工艺复杂，并不适合工业化生产。2006年赵建华等申请了

带有正面钝化N型扩散层的N型硅太阳电池专利，并计划在中电三期工程中投入生产。

4、N+NP太阳电池

2006年，J．Schmidt、A．G．Aberle等人利用几乎和现代工业化生产P型硅太阳电池完全相同的方法制备出N NP太阳电池ll ，实验室效率为19％(4cm前电极为蒸铝电极)，产业化效率为17％(100cm2前电极为丝网印刷银电极)，在N型基片上正面扩散磷形成N+层，背面发射结由丝网印刷铝浆烧结而成。值得指出的是这种结构的电池发射结在背面，少数载流子的扩散长度至少要大于基片厚度，因此对少子寿命要求很高。

5、背接触背结(BC-BJ)太阳电池

2008年德国Fraunhofer实验室的F．Granek，M．Hermle等人提出背接触背结太阳电池结构，在lΩ·cm N型FZ硅片上得到了21．3％效率”。该电池结构采用160gmN型硅片，首先正面制备金字塔结构，然后扩散磷形成N+前表面场(FSF)，最后用SiO2钝化表面再镀SiNx减射膜，背面通过扩散阻挡层实现硼和磷的扩散，形成P 发射结和N+背表面场。电极都在背面，采用丝网印刷然后电镀的工艺完成。

6、PERL太阳电池

J．Benick、B．Hoex等人采用PERL结构，基片采用1Ω·cmN型FZ硅片，表面制备倒金字塔陷光结构，正面扩散硼形成P发射结，然后在其上用Al3O3作为钝化层，上面沉积SiNx减反射膜。背面采用SiO2钝化层，再在背电极下面重扩散磷形成N+背表面场，取得了23.4％的N型硅最高转换效率。

7、双面N型硅太阳电池

双面N型硅太阳电池是Gamma Solar公司研发的一种新型结构。在N型CZ单晶硅基底上，正面扩散硼形成P+发射结，背面扩散磷形成N+背表面场。详细的工艺目前还无法知晓。该公司称在180μm厚、156mm X 156mm的N型硅片上两面效率均达到了17％，并计划在2009年9月正式投产。

四、国内N型硅太阳能电池情况

阿特斯公司发明公开了一种基于Ｎ型硅片的黄铜矿类半导体薄膜异质结太阳电池，包括依次叠层结合的受光面电极、透明导电层、Ｐ型黄铜矿半导体薄膜、Ｎ型晶体硅、Ｎ↑［＋］背表面场和背金属电极，形成ＰＮＮ↑［＋］的异质结