异质结背接触(HJ-IBC)太阳能电池的模拟研究
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4. 前表面非晶硅层的禁带宽度需大于1.4 eV ；
光刻工艺间 电池工艺间
B、P扩散炉 标准RCA清洗
椭偏仪
PV2000A
量子效率综合测试仪
完
整
的
测
试
平
台
SEM
拉曼-AFM综合测试系统
ALD系统
完
整
的
研
发
平
链式烧结炉
台
超高真空CVD
磁控濺射 系统
自制PECVD
谢谢
Thank you for your attention!
• aSi 禁带大于1.4 eV 时电池性能的改善最佳
总结：
1. 模拟研究了HJ-IBC电池的前表面非晶硅层，证明了该非晶硅层具有良好的钝 化作用；
2. 前表面非晶硅层的掺杂浓度应足以和衬底之间形成足够的内建电场来在前表 面排斥少数载流子，聚集多数载流子以实现场钝化；
3. 前表面非晶硅层均应该尽量薄以避免造成严重的光学损失和复合损失；
一、 IBC电池和HIT电池的优势 背接触（IBC）电池
批量化制备的IBC电池
一、 IBC电池和HIT电池的优势
IBC + HIT
1. 前表面钝化对IBC电池
极为重要；HIT电池已
经展示了非晶硅的钝化
效果；
H
E
2. 可以深刻认识HJ-IBC电 池机理，为其效率提高 奠定基础；
一、 IBC电池和HIT电池的优势
40 35 30 25 20
1.2
700 650 600 550
1.2 82
80
78
1.2 25
20
15
10 1.2
1.4
1.6
1.8
1.4
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1.4
1.6
1.8
Eg of i-a-Si (eV)
Jsc 2.0
Voc 2.0
FF 2.0
Eff 2.0
FF (%)
Eff (%)
Voc (mV)
39.0
38.5
38.0 0
ຫໍສະໝຸດ Baidu701 700 699 698 697 696
0
81.4 81.2 81.0 80.8 80.6
0 22.2 22.0 21.8 21.6 21.4
0
Jsc
5
10
15
20
Voc
5
10
15
20
FF
5
10
15
20
Eff
5
10
15
20
thickness of i-a-Si(nm)
2015第十一届中国太阳级硅及光伏发电研讨会 杭州，中国，2015.11.26-11.28
异质结背接触(HJ-IBC)太阳能电池的模拟研究
The Simulation Study of HeterojunctionInterdigitated Back Contact (HJ-IBC) Solar Cells
IQE
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
200
5nm 10nm 15nm 20nm
400
600
800
1000
1200
wavelength (nm)
掺杂非晶硅掺杂浓度1e21
1. 非晶硅层内复合损失 2. 非晶硅层内光学吸收损失
二、2. 前表面非晶硅层厚度对HJ-IBC电池效率的影响
Jsc (mA/cm2)
利用中科院EDA中心TCAD专用软件进行模拟
为了体现和突出前表面钝 化的影响，我们将模拟的 重点放在前表面，同时保 持背面的异质结不变；
二、1. 前表面非晶硅层掺杂浓度对HJ-IBC电池效率的影响
22
5nm
10nm
15nm
21
20nm
20
随着厚度增加 效率下降
Eff (%)
随着厚度增加 效率上升
19
消除了前表面遮光损耗 前表面独立优化 背表面金属接触面积增大，串阻下降 简化组件连接
HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) solar cells
低温工艺 温度系数小，高温环境下效率衰减小 本征非晶硅钝化，开路电压大
一、 IBC电池和HIT电池的优势
提供整套高效电池测试、关键工艺 、专业模拟和测试分析服务
拥有完整研发平台，欢迎合作研究
联系方式：jiarui@ime.ac.cn
2015-11-28
一．IBC电池和HIT电池的优势 二． HJ-IBC太阳能电池的模拟研究
1. 前表面非晶硅层掺杂浓度对HJ-IBC效率的影响 2. 前表面非晶硅层厚度对HJ-IBC效率的影响 3. 前表面非晶硅层禁带宽度对HJ-IBC效率的影响 三． 总结
一、 IBC电池和HIT电池的优势
IBC (Interdigitated Back Contact) solar cells
二、1. 前表面非晶硅层掺杂浓度对HJ-IBC电池效率的影响
电场强度小
横向电子电流聚 集在衬底前表面
电场强度大
横向电子电流出现 在掺杂非晶硅层
(a)(b)掺杂非晶硅厚度5nm，掺杂浓度5e18 (c)(d)掺杂非晶硅厚度5nm，掺杂浓度1e21
二、2. 前表面非晶硅层厚度对HJ-IBC电池效率的影响
18
17 1E+15
1E+16
1E+17 1E+18 1E+19
doping (cm-3)
1E+20
1E+21
效率在1e18出 现了迅速增长
二、1. 前表面非晶硅层掺杂浓度对HJ-IBC电池效率的影响
电场强度小
电场强度与 厚度相关
电场强度大
电场强度发 生变化
(a)(b)掺杂非晶硅厚度5nm，掺杂浓度1e15 (c)(d)掺杂非晶硅厚度20nm，掺杂浓度1e15
IQE
1.0
0.8
0.6
0.4
1nm
5nm
0.2
10nm
20nm
0.0
200
400
600
800
1000
1200
wavelength (nm)
1. 削弱内建电场
2. 光学吸收损失
FF (%)
Eff (%)
二、3. 前表面非晶硅层禁带宽度对HJ-IBC电池效率的影响
Jsc (mA/cm2)
Voc (mV)
李强(Q. Li), 陶科(K. Tao), 孙昀(Y. Sun), 贾锐 (R. Jia), 王绍蒙(Sh.M. Wang), 姜帅(Sh. J)
Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
中国科学院微电子研究所
光刻工艺间 电池工艺间
B、P扩散炉 标准RCA清洗
椭偏仪
PV2000A
量子效率综合测试仪
完
整
的
测
试
平
台
SEM
拉曼-AFM综合测试系统
ALD系统
完
整
的
研
发
平
链式烧结炉
台
超高真空CVD
磁控濺射 系统
自制PECVD
谢谢
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• aSi 禁带大于1.4 eV 时电池性能的改善最佳
总结：
1. 模拟研究了HJ-IBC电池的前表面非晶硅层，证明了该非晶硅层具有良好的钝 化作用；
2. 前表面非晶硅层的掺杂浓度应足以和衬底之间形成足够的内建电场来在前表 面排斥少数载流子，聚集多数载流子以实现场钝化；
3. 前表面非晶硅层均应该尽量薄以避免造成严重的光学损失和复合损失；
一、 IBC电池和HIT电池的优势 背接触（IBC）电池
批量化制备的IBC电池
一、 IBC电池和HIT电池的优势
IBC + HIT
1. 前表面钝化对IBC电池
极为重要；HIT电池已
经展示了非晶硅的钝化
效果；
H
E
2. 可以深刻认识HJ-IBC电 池机理，为其效率提高 奠定基础；
一、 IBC电池和HIT电池的优势
40 35 30 25 20
1.2
700 650 600 550
1.2 82
80
78
1.2 25
20
15
10 1.2
1.4
1.6
1.8
1.4
1.6
1.8
1.4
1.6
1.8
1.4
1.6
1.8
Eg of i-a-Si (eV)
Jsc 2.0
Voc 2.0
FF 2.0
Eff 2.0
FF (%)
Eff (%)
Voc (mV)
39.0
38.5
38.0 0
ຫໍສະໝຸດ Baidu701 700 699 698 697 696
0
81.4 81.2 81.0 80.8 80.6
0 22.2 22.0 21.8 21.6 21.4
0
Jsc
5
10
15
20
Voc
5
10
15
20
FF
5
10
15
20
Eff
5
10
15
20
thickness of i-a-Si(nm)
2015第十一届中国太阳级硅及光伏发电研讨会 杭州，中国，2015.11.26-11.28
异质结背接触(HJ-IBC)太阳能电池的模拟研究
The Simulation Study of HeterojunctionInterdigitated Back Contact (HJ-IBC) Solar Cells
IQE
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
200
5nm 10nm 15nm 20nm
400
600
800
1000
1200
wavelength (nm)
掺杂非晶硅掺杂浓度1e21
1. 非晶硅层内复合损失 2. 非晶硅层内光学吸收损失
二、2. 前表面非晶硅层厚度对HJ-IBC电池效率的影响
Jsc (mA/cm2)
利用中科院EDA中心TCAD专用软件进行模拟
为了体现和突出前表面钝 化的影响，我们将模拟的 重点放在前表面，同时保 持背面的异质结不变；
二、1. 前表面非晶硅层掺杂浓度对HJ-IBC电池效率的影响
22
5nm
10nm
15nm
21
20nm
20
随着厚度增加 效率下降
Eff (%)
随着厚度增加 效率上升
19
消除了前表面遮光损耗 前表面独立优化 背表面金属接触面积增大，串阻下降 简化组件连接
HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) solar cells
低温工艺 温度系数小，高温环境下效率衰减小 本征非晶硅钝化，开路电压大
一、 IBC电池和HIT电池的优势
提供整套高效电池测试、关键工艺 、专业模拟和测试分析服务
拥有完整研发平台，欢迎合作研究
联系方式：jiarui@ime.ac.cn
2015-11-28
一．IBC电池和HIT电池的优势 二． HJ-IBC太阳能电池的模拟研究
1. 前表面非晶硅层掺杂浓度对HJ-IBC效率的影响 2. 前表面非晶硅层厚度对HJ-IBC效率的影响 3. 前表面非晶硅层禁带宽度对HJ-IBC效率的影响 三． 总结
一、 IBC电池和HIT电池的优势
IBC (Interdigitated Back Contact) solar cells
二、1. 前表面非晶硅层掺杂浓度对HJ-IBC电池效率的影响
电场强度小
横向电子电流聚 集在衬底前表面
电场强度大
横向电子电流出现 在掺杂非晶硅层
(a)(b)掺杂非晶硅厚度5nm，掺杂浓度5e18 (c)(d)掺杂非晶硅厚度5nm，掺杂浓度1e21
二、2. 前表面非晶硅层厚度对HJ-IBC电池效率的影响
18
17 1E+15
1E+16
1E+17 1E+18 1E+19
doping (cm-3)
1E+20
1E+21
效率在1e18出 现了迅速增长
二、1. 前表面非晶硅层掺杂浓度对HJ-IBC电池效率的影响
电场强度小
电场强度与 厚度相关
电场强度大
电场强度发 生变化
(a)(b)掺杂非晶硅厚度5nm，掺杂浓度1e15 (c)(d)掺杂非晶硅厚度20nm，掺杂浓度1e15
IQE
1.0
0.8
0.6
0.4
1nm
5nm
0.2
10nm
20nm
0.0
200
400
600
800
1000
1200
wavelength (nm)
1. 削弱内建电场
2. 光学吸收损失
FF (%)
Eff (%)
二、3. 前表面非晶硅层禁带宽度对HJ-IBC电池效率的影响
Jsc (mA/cm2)
Voc (mV)
李强(Q. Li), 陶科(K. Tao), 孙昀(Y. Sun), 贾锐 (R. Jia), 王绍蒙(Sh.M. Wang), 姜帅(Sh. J)
Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
中国科学院微电子研究所