太阳电池效率优化总体解决方案

太阳电池生产线效率优化方案

中科院电工所

Institute of Electrical Engineering

王文静

Wang Wenjing

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太阳电池生产线高效运作要素

λ高水平的设备——内在品质的保证

λ尽可能多的自动化——减少人为干预

λ净化系统的保证

λ工艺技术的深刻理解和彻底贯彻执行

λ完善的现场管理体系

+ +

好的硬件设施好的管理体系好的技术控制30% 40% 30%

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太阳电池生产线工艺控制的三个层次

可控制的平均效率+集中的分布

第三层次

第二层次第一层次

高的平均效率+集中的分布

高的平均效率

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提高太阳电池效率的技术总体解决方案

背面光反射层 背面光反射层

背场 背场

高欧姆接触的发射层 高欧姆接触的发射层 1.0

L eff = 470祄

0.9 em itter:

43 Ω/sq -> 60 Ω/sq

L eff = 350祄 43祍 0.8 0.7 0.6

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

refl.back 90%

S eff : 55000 -> 40000 cm /s

350 cm /s 前表面钝化 前表面钝化

Multi 1, 14.8%

cell eff. 14.8%

Scanwafer TOPSICLE (June 2003) Al/P 析杂 Al/P 析杂

Baysix (processed in 2003) Multi Ref, 15.5% cell eff. 15.5% PC1d - sim ulation

PC1d - sim ulation 18% cell

weighted refl. 15% -> 8% (grid: 8% -> 6% )

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

W avelength (nm )

表面织构化 表面织构化

改进的反射膜 改进的反射膜

细栅线 细栅线

太阳电池的主要控制工艺

六大控制工艺四大特性三个参数

饱和电流清洗

表面钝化特性

结特性短路电流开路电压填充因子

织构化

扩散

制备SiN

丝印电极接触特性

减反射特性方块电阻

烧结

测试

串并联

电阻

量子响

应曲线

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解决的问题归纳

λ织构化技术

λ减反射膜技术

λ高阻扩散技术

λ前表面钝化技术

λ背场技术

λ P/Al吸杂技术

λ背面光反射

λ细栅线技术

λ测试技术

λ净化间设计

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晶体硅太阳电池生产工艺的关联性

洁净度

栅线面积

PECVD

清洗 钝化 时间比 扩散 烧结

温度

？

烧结曲线

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一、发射区设计

各种电活性的磷扩散浓度的纵向分布

磷在硅中的固溶度为

1021cm-3。

对于32Ω/ 的磷掺杂，其

表面杂质浓度已经接近固

溶度。

RƆ= ρ/d

掺杂重→ ρ ↓ → RƆ↓

结浅→ d ↓ → RƆ↑

掺杂轻→ ρ ↑ → RƆ↑

结深→ d ↑ → RƆ↓

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300K下硅的实测电阻率与杂质浓度的关系

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掺杂的有效性

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太阳电池发射极扩散设计1—掺杂浓度

在较高掺杂时空穴的迁移率

迅速下降

高掺杂 ⇒低μ ⇒低D

⇒低L

但是，在扩散层的扩散长度

L 必须大于扩散层厚度，扩

散层的少子是空穴

L = √ D τ

D = (kT/q) μ

μ—迁移率

D —扩散系数（典型值：50 cm 2/s ）

τ —少子寿命（10-9s~ms ）

太阳电池发射极扩散设计2—少子寿命在高掺杂的情况

下少子寿命迅速

下降。

其原因是Auger

复合，与材料纯

度无关。

直线的斜率近似

为2，因此：

1/n2

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Auger复合

Auger复合：

电子-空穴对发生符合将

能量或动量交给自由电子

或空穴。

电子或空穴越多，这种复

合的几率约高。在高掺杂

2

条件下，少子寿命与n成

反比

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Auger复合造成的问题

对于n型掺杂：估计掺杂浓度：10 /cm

19 3

D h ~ 1…2 cm /s

2

~ 10-9 sec

L h ~ 10 …10 cm = 0.1 to 1 um

-4 -5

为了收集在发射区的少数载流子，我们需要使其厚度低于0.5 um => 以确保发射层电阻率 !

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