太阳能电池背表面钝化的研究

收稿日期:2008-11-04

作者简介:周国华(1981-),男,江苏泰州人,检测技术与自动化装置。主要从事高效太阳能电池方面的研究。

太阳能电池背表面钝化的研究

周国华1

,施正荣

2,3

,朱　拓2,吴　俊3,梅晓东3,姚海燕

3

(1.江南大学信控学院,江苏无锡214122;2.江南大学理学院,江苏无锡214122;

3.无锡尚德太阳能电力有限公司,江苏无锡214000)

摘　要:利用PC1D 模拟不同少子寿命的电池效率与背表面复合速率的关系,采用氮化硅和及其与二氧化硅薄膜的叠加层作为背面钝化膜,通过丝网印刷的方法形成条形局域背接触和局域背面点接触,条形接触的面积为背表面的25%,背面点接触孔径为250

μm,间距2mm 。经过RTP 处理之后,两种不同的接触方式存在相同的问题,串联电阻大,并联电阻小,而利用腐蚀浆料的方法形成背面点接触,在电性能参数有少许改善。结果表明,在正常的烧结状态下,常规铝浆很难完全穿透氮化硅薄膜及其叠加层背面钝化层。而利用腐蚀浆料的方法形成背面点接触,在电性能参数有少许改善。关键词:背面钝化;背面局域接触

中图分类号:T M914.4 文献标识码:A 文章编号:1004-3950(2009)01-0017-04

Study on the rear surface pa ssi va ti on of sol ar cells

ZHOU Guo 2hua 1

,SH I Zheng 2rong

2,3

,ZHU Tuo 2

,et al

(1.School of Communicati on &Contr ol Engineering,Southern Yangtze University,W uxi 214122,China;2.School of Science,Southern Yangtze University,W uxi 214122,China;3.Suntech,W uxi 214000,China )Abstract:The relati onshi p bet w een the battery efficiency with different m inority carrier life and the conversi on efficien 2cy on the backside surface different bulk life ti m e silicon was si m ulated by using PC1D.The SI N and SI N /SI O stacks were used as the dielectric rear passivati on layers .The screen p rinting technol ogy was used t o f or m the grid back con 2tact with the area of the rear surface 25%and point contact with dia meter of 250u m and s pace 2mm.There is the sa me p r oble m in the t w o different f or m s .The series resistance is t oo big,and the shunt resistance is t oo s mall .By using acid method,the electric perfor mance para meters become a little better .The results above indicate that it is difficult t o go thr ough the dielectric rear passivati on layers by using the common A l paste,while using acid method,the electric per 2f or mance para meters become a little better .

Key words:rear surface passivati on;l ocal back contact

0　引　言

降低晶体硅成本,是竞争日益激烈的光伏产

业追求的目标之一,降低硅原料成本,一般需要向更薄的硅片发展,采用更薄的硅片是以后晶体硅太阳能电池产业发展的趋势之一。

硅原料的缺乏,加速了硅片向薄片化发展,许多光伏企业所用的硅片的厚度已经在180～220μm 之间,而现阶段的太阳能电池背面基本上是采用ALBSF (铝背场),这种BSF (背场)起到一个P +

层的作用,阻止少数载流子向背表面的迁移,

虽然可以减少背面的复合速度,使背面复合速度在1000～10000c m /s,但同时也会带来一些新的问题,由于铝和硅的热膨胀系数的不同,在硅片小于150μm 的时候,经过fire (烧结)之后,片子就会弯曲,在一定程度上提高了电池生产线和组件的碎片率,影响产能输出。而且由于晶体硅是间隙带材料,光吸收系数小,太阳能电池厚度减小时,由于透射光引起的损失随着厚度的减小而增大,对于间接禁带材料硅来说,这种损失比直接禁带材料的大,但硅片减薄时,怎样保证光的吸收也是一个难题。这就需要新的技术和薄片化相结合。

一方面,开发出新的抗弯曲的浆料(对于薄片)是一种途径,虽然这方面已经取得不错的成

绩,但是由于铝背场的本征缓和钝化的特性[1]

,当硅片的厚度小于150μm 的时候,铝背场的这种特性就会对太阳能电池效率存在很大的限制。另一方面,对于薄片化的电池片,需要很好的背面钝化效果。有研究表明,许多介质膜可以有很好的背面钝化效果,诸如氮化硅、非晶硅、热生长的

二氧化硅、二氧化硅叠层等等[2]

。本文采取低温PECVD 氮化硅、二氧化硅和氮化硅叠加层(Stack )作为背面钝化介质膜。

1　实　验

为了保持实验的稳定性选择由德国Dus olar

公司提供的cz 单晶片,厚度在210

μm 左右,实测电阻率范围为0.5～2Ωm 。

利用PC1D 软件模拟不同少子寿命的电池效率与背表面复合速率的关系。

采用条形装背接触和背面点接触的形式制成背面局域接触电池,并对其结果进行分析。

2　结果及分析

2.1　背面复合损失

在太阳能电池的电性能参数中,背面复合究竟会带来哪些损失,文献[3]提到有效的扩散长度l eff ,与背面复合体材料,硅片的厚度的关系,如方程

l eff =l b

(D +S rear tanh

w l b

)D

tanh w

l b

+S rear l b

(1)

式中:l b 为基区的扩散长度,w 为硅片的厚度,D 为

少数载流子的扩散系数,S rear 为背面复合速度。而有效扩散长度又和J 0b 有一定的关系

J 0b =

q DN 2i

L eff

N a (2)

又因为

J 0=J 0b +J 0e (3)V oc =

KT q (J l

J 0

)(4)

综合式(1)～(4)可得出背面复合速度对太阳能电池的扩散长度和电池的开路电压有一定的影响。

文献[4]提到当基区扩散长度和有效扩散长度相等时,硅片的厚度要超过基区扩散长度3倍

以上,即对于100μm 厚度的硅片来说,体少子寿命必须低于0.4μs,这样电池开路电压和有效扩散长度才不会受背面复合速度的影响。而对于一般的硅片来说,硅片的体少子寿命都在几十个微秒内,所以在体少子寿命正常的情况下,背面复合速度对有效扩散长度和电池电压有很大的影响。2.2　PC1D 模拟不同少子寿命的电池效率与背

表面复合速率的关系

图1显示了背面复合速度对不同少子寿命电池效率的影响

。

图1　不同少子寿命的电池效率与背表面复合速率的关系

从图1可以看出,当体少子寿命很低的时候,背面复合速度对电池效率的影响不是很大,而当体少子寿命很高的时候,背面复合速度就显得很重要了,这与方程(1)理论分析的结果基本一致。2.3　背面钝化电池2.3.1　实验方案及过程

传统高效背面钝化电池采用CT O 的方法进行背面钝化,背面接触采取光刻工艺或激光烧成,本实验采取丝网印刷的方法尝试背面电极的制备。

工艺流程如图2

。

图2　形成局域背电极的工艺流程