16晶体硅太阳电池背面钝化研究

少子寿命测试结果（μs，6片平均值）
ALD不同厚度Al2O3前后及退火前后少子寿命测试结果
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- 14 2013-7-8
利用Glunz等人提出的俄歇复合模型， 背面复合速率可由如下公式计算获得：
τeff—测量到的有效少子寿命； τb—硅片体寿命； W—硅片厚度； Seff—表面复合速率； Dn—电子扩散常数。
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-22013-7-8
Baidu Nhomakorabea
1、研究背景
硅片厚度不断降低 近来，为了降低太阳电池的成本，硅片的厚度不断降低，从最初的 350μ m到270、240、220、180μ m，将来甚至会向更薄方向发展。
带来的影响 1）背面复合 随着硅片厚度的减薄，少数载流子的扩散长度可能接近或大于硅片的厚度，部 分少数载流子将扩散到电池背面而产生复合，这将对电池效率产生重要影响。
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- 19 2013-7-8
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- 20 2013-7-8
High resolution TEM image showing a 20 nm thick Al 2O3 film on c-Si after a 30 min annealing at 425 ℃ in a N2 environment.
B. Hoex et al. Ultralow surface recombination of c-Si substrates passivated by plasma-assisted atomic layer deposited Al2O3. 太阳能系统研究所
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热氧化SiO2 钝化性能高，常用于制备高效电池，如UNSW的PERC、PERL电池。
UNSW 转换效率为24.7%的PERL太阳电池
原子层沉积（ALD）Al2O3
沉积温度低 （200～400 ℃ ）；薄膜厚度易控制，精确度高；钝化性能 良好；可满足工业化生产（3000片/h）。
2)内表面背反射性能 当硅片厚度降低到200μ m以下时，长波长的光吸收减少，需要电池有良好的 背反射性能。
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-32013-7-8
背面复合速率对电池性能的影响
Armin G.Aberle. Surface passivation of crystalline silicon solar cells: A review. Prog.Photovolt:Res.Appl,2000;8:473-487.
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-82013-7-8
叠层钝化 SiNx/SiO2，SiNx/a-Si，SiO2/Al2O3等，钝化性能良好，也常用于制备 高效电池。
ISFH&TU/e Al2O3/SiOx背面钝化电池 效率20.4%
Fraunhofer ISE a-Si/SiOx背面钝化电池 效率21.7%
第十一届中国光伏大会
晶体硅太阳电池背面钝化研究
中山大学太阳能系统研究所 报告人：朱彦斌 2010.11.19
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-12013-7-8
主要内容
研究背景 晶体硅太阳电池背面钝化方法介绍 实验及结果分析 结论及展望
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- 17 2013-7-8
2.ALD-Al2O3需要退火原因分析： 退火增加了Al2O3钝化层中固定负电荷密度，从而增强场效应钝化作用。 退火过程中Si- Al2O3界面生成SiOx薄层，从而使Si- Al2O3界面缺陷密度降 低。
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3.实验及结果分析
SiNx、SiO2及SiO2/SiNx背面钝化工艺流程
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- 10 2013-7-8
少子寿命测试样品结构示意图
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不同钝化法少子寿命测试结果 （单片）
2013-7-8
ALD-Al2O3钝化工艺流程及少子寿命测试样品结构示意图
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2、晶体硅太阳电池背面钝化方法介绍
SiNx：H 沉积温度低（≤450 ℃ ），良好的体和表面钝化效果，沉积速率高适 合工业化生产。
a-Si：H
沉积温度低（200～250 ℃ ）良好的钝化及陷光效果，可用于制备高 效电池，如Sanyo公司的HIT电池。
采用a-Si钝化，Sanyo公司得到转换效率为22.3%的HIT太阳电池，厚度可降到70 μm
怎样降低背面复合速率，提高背反射率？
背面钝化是一个很好的途径
作为背反射器，增加长波光的吸收；
介于硅基体和铝背场间，可以有效地减少电池片的翘曲； 钝化层 原子态的氢饱和基体表面悬挂键
降低背面复合 大量的固定电荷的场钝化效应
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ALD 100nm Al2O3前后少子寿命测试结果
2013-7-8
SiNx背面钝化前后背反射率测试结果
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- 16 2013-7-8
实验结果分析
1.钝化后少子寿命增加，背面复合速率降低：
化学钝化作用：
钝化层中原子态的氢饱和硅片表面悬挂键，从而起到化学钝化作 用，包括SiNx钝化层和ALD-Al2O3钝化层。 场钝化效应： 钝化层中含有一些固定电荷，这些固定电荷会产生场钝化效应，排 斥一种载流子，使电子和空穴不能同时到达背面而产生复合。包括 SiNx、SiO2（固定正电荷）和Al2O3（固定负电荷）
通过上式，计算得到在ALD-Al2O3钝化层前， 硅片的背面复合速率为2.34×103㎝/s， ALD-Al2O3钝化层（100nm）后背面复合速率降低为 3.09×102㎝/s，背面复合速率降低一个数量级。
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- 18 2013-7-8
3、结论及展望
PECVD SiNx，PECVD a-Si，热氧化SiO2、ALD-Al2O3都具有良好钝化性能， 特别是ALD-Al2O3，可使硅片背面的复合速率由钝化前的2.34×103㎝/s，降 低到钝化后的3.09×102㎝/s，背面复合速率降低一个数量级。 钝化层可以作为背反射器，增加背反射率，提高长波吸收。 ALD -Al2O3具有良好的钝化性能，并且能满足大规模生产，在将来大规模制备 高 效太阳电池中将得到越来越多的应用。
背面没有钝化处理
背面SiNx钝化
背面SiO2钝化
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背面SiNx/SiO2钝化
2013-7-8
16 14 12 10.62
14.33 13.12
10
8 6 4 4.36
2
0
不同钝化法少子寿命测试结果（μs，5片平均 值）
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背反射率对电池性能的影响
Technische Universiteit Eindhoven TU/e
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