详解:你不了解的钝化接触太阳能电池

2020-04-08      2237 次浏览

晶硅太阳能电池的表面钝化一直是设计和优化的重中之重。从早期的仅有背电场钝化,到正面氮化硅钝化,再到背面引入诸如氧化硅、氧化铝、氮化硅等介质层的钝化局部开孔接触的PERC/PERL设计。虽然这一结构暂时缓解了背面钝化的问题,但并未根除,开孔处的高复合速率依然存在,而且使工艺进一步复杂。近几年来,一种既能实现背面整面钝化,且无需开孔接触的技术成为机构研究的热点,这就是钝化接触(PassivatedContact)技术。当电池两面均采用钝化接触时,还可能实现无需扩散PN结的选择性接触(SelectiveContact)电池结构。本文将详细介绍钝化接触技术的背景,特点及研究现状,并讨论如何使用这一技术实现选择性接触电池。


表面钝化的演进


图1,太阳能电池表面钝化结构的演进


钝化的史前时代


在90年代之前晶硅电池商业化生产的早期,太阳能电池制造商已经开始采用丝网印刷技术,但与我们如今使用的又有所不同。重要的差别在于两点:首先当时的正面网印银浆没有烧穿(Fire-through)这一功能,因此在当时的生产线上,要先进行网印,而后沉积当时的TiO2减反射层。另一个差别在于当时的银浆与硅形成有效欧姆接触的能力较差,只有与高掺杂的硅才可以接触良好。由于TiO2没有很好的钝化功能,人们在当时并没有过多的考虑钝化。而且由于减反射层在金属电极之上,因此沉积的时候要用模版遮挡主栅,以便后续的串焊。


虽然这一时期,在实验室中,科研人员已经采用SiO2钝化电池表面,并取得不俗的开路电压和效率。


SiNx:H第一次进化


90年代,科研机构和制造商开始探索使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备含氢的氮化硅(SiNx:H)薄膜用作电池正面的减反射膜。其中原因之一在于相对合适的折射率,但更重要的原因则在于氮化硅优良的的钝化效果。氮化硅除了可以饱和表面悬挂键,降低界面态外,还通过自身的正电荷,减少正面n型硅中的少子浓度,从而降低表面复合速率。SiNx中携带的氢可以在烧结的过程中扩散到硅片中,对发射极和硅片的内部晶体缺陷进行钝化,这对品质较低的多晶硅片尤其有效,大幅提高了当时太阳能电池的效率。


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