黑硅太陽(yáng)電池及鋁擴(kuò)散發(fā)射極背結(jié)背接觸太陽(yáng)電池的研究.pdf

1、為了使太陽(yáng)電池能在未來(lái)取代傳統(tǒng)能源成為主要能源，太陽(yáng)電池的成本必須進(jìn)一步降低。降低太陽(yáng)電池成本最完美的解決方案是在不提高電池制造成本的基礎(chǔ)上提高太陽(yáng)電池的效率。黑硅太陽(yáng)電池和背結(jié)背接觸(IBC)太陽(yáng)電池可以有效降低太陽(yáng)電池的光學(xué)損失從而提高太陽(yáng)電池的效率，其中黑硅太陽(yáng)電池是通過(guò)降低電池表面反射率減小光學(xué)損失的，IBC太陽(yáng)電池則是通過(guò)將電池柵線(xiàn)設(shè)計(jì)到電池背面減小金屬遮擋來(lái)減小光學(xué)損失的。但是，黑硅太陽(yáng)電池有著嚴(yán)重的復(fù)合問(wèn)題，電池效率依然低

2、于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電池，還需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究;而IBC太陽(yáng)電池一般采用光刻、硼擴(kuò)散等高成本工藝制備，制備工藝復(fù)雜、成本較高，很難被大規(guī)模商用，通過(guò)低成本技術(shù)實(shí)現(xiàn)IBC太陽(yáng)電池的制備有著重要意義?；诖?，本文基于傳統(tǒng)太陽(yáng)電池產(chǎn)線(xiàn)制備了高效率p型黑硅太陽(yáng)電池，采用低成本全絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備了n型IBC太陽(yáng)電池器件原形，并系統(tǒng)研究了這兩種電池相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題。本論文分為七章，其中第三章到第六章為我們的主要工作，最后第七章給出全文的總結(jié)與展望。

3、　　第一章緒論部分簡(jiǎn)要介紹了本論文的研究背景，闡述了高效率硅基太陽(yáng)電池目前的發(fā)展?fàn)顩r。在第二章，簡(jiǎn)單介紹了本文研究工作當(dāng)中所涉及到的理論基礎(chǔ)知識(shí)以及測(cè)試分析手段。
　　第三章，利用金屬輔助化學(xué)刻蝕(MACE)法，在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)156×156mm2尺寸硅片上制備了大面積均勻的納米孔陣列，并研究了其形成機(jī)制。分析了制備過(guò)程中銀沉積時(shí)間、氧化劑濃度以及腐蝕時(shí)間對(duì)黑硅結(jié)構(gòu)以及黑硅減反射特性的影響。
　　第四章，以MACE法制備的納米孔陣

4、列作為前表面減反射結(jié)構(gòu)，制備了黑硅太陽(yáng)電池，重點(diǎn)在于對(duì)所制備黑硅電池復(fù)合機(jī)制的分析以及工藝優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明黑硅太陽(yáng)電池的復(fù)合增加主要是由兩方面原因引起的:第一是表面積增加所帶來(lái)的表面復(fù)合增大;二是表面形貌導(dǎo)致的表面摻雜濃度增高引起了俄歇復(fù)合增大。為了降低黑硅結(jié)構(gòu)的表面復(fù)合，提出了在擴(kuò)散前后分別使用不同溶度的KOH溶液對(duì)黑硅的表面形貌以及發(fā)射極擴(kuò)散濃度進(jìn)行優(yōu)化，并且在優(yōu)化的納米結(jié)構(gòu)上制備SiO2/SiNx疊層鈍化膜來(lái)進(jìn)一步降低表面復(fù)合。

5、優(yōu)化后的黑硅電池的效率提高到了18.5％，與原始黑硅電池相比，提高了3.7％。優(yōu)化后黑硅電池的開(kāi)路電壓、短路電流密度以及填充因子分別達(dá)到了640mV、37.02mA/cm2和78.04％，與原始黑硅電池相比，開(kāi)路電壓提高了34mV，短路電流密度提高了3.65mA/cm2，填充因子也提高了4.75％。
　　第五章，將MACE制備納米孔陣列與微米結(jié)構(gòu)金字塔相結(jié)合，制備了微/納多尺寸織構(gòu)黑硅太陽(yáng)電池。在微米金字塔結(jié)構(gòu)上制備納米尺寸結(jié)構(gòu)形

6、成微/納多尺寸表面織構(gòu)可以同時(shí)提供入射光反射和衍射，有效降低硅片表面反射率。提出了利用四甲基氫氧化銨(TMAH)溶液對(duì)電池發(fā)射極進(jìn)行修飾，通過(guò)減小硅片表面附近的摻雜濃度，電池表面附近的載流子復(fù)合得到了有效的降低。利用TMAH溶液修飾30s后的黑硅電池效率達(dá)到了19.03％。這個(gè)效率較普通的黑硅電池效率有了可觀(guān)的提高，比同時(shí)制備的傳統(tǒng)金字塔制絨的電池高出0.18％。
　　第六章，對(duì)IBC太陽(yáng)電池進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要工作包括采用低成

7、本工業(yè)化技術(shù)制備IBC太陽(yáng)電池，結(jié)合PC1D、TCAD以及Quokka等仿真工具對(duì)所制備IBC太陽(yáng)電池進(jìn)行分析研究。本文通過(guò)印刷鋁漿料燒結(jié)直接制備Al-p+發(fā)射極，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)直接燒結(jié)形成的Al-p+發(fā)射極存在漏電問(wèn)題，漏電位置包括Al-p+層厚度較薄位置以及邊緣鋁直接與n基底接觸位置，結(jié)合實(shí)驗(yàn)和TCAD仿真工具，提出在發(fā)射極制備后引入Al-p+發(fā)射極修飾過(guò)程，成功解決了電池發(fā)射極漏電問(wèn)題，提高了電池的效率;本文通過(guò)印刷含磷硅墨高溫處理制備

8、n+高摻雜背表面場(chǎng)(BSF)，通過(guò)控制高溫過(guò)程時(shí)間來(lái)控制所形成n+區(qū)的方阻，以保證制備的n+BSF與Ag電極形成歐姆接觸;本文以上述兩種技術(shù)為基礎(chǔ)，采用全絲網(wǎng)印刷技術(shù)代替光刻掩膜和激光刻蝕技術(shù)，制備完成IBC電池原形器件最高效率達(dá)到了18.14％。
　　本文還結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)，建立了IBC太陽(yáng)電池的二維三維模型，并基于此對(duì)IBC太陽(yáng)電池的前表面場(chǎng)(FSF)、BSF以及發(fā)射極進(jìn)行系統(tǒng)的研究。其中對(duì)FSF研究結(jié)果表明FSF主要有兩個(gè)作用