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晶硅太阳电池表面陷光与钝化技术研究认领

被引量： 3

作者：

陈科汛

学位授予单位：

苏州大学

摘要：

近年来,金刚线切(DWS)技术的普及使得晶硅(Si)太阳电池的成本大幅下降,而钝化发射极背面接触电池(PERC)等新技术的应用则显著提升了电池的光电转换效率。高效晶硅电池对表面绒面结构提出更高的要求,须兼顾陷光和电学性能的提高。然而,DWS硅片表面所特有的密集线痕带来以下问题:一方面,常规碱制绒工艺难以获得均匀的金字塔绒面,并导致较高的光反射损失;另一方面,制绒后残留的线痕形成缺陷和复合中心,表面难以有效钝化,导致电池性能下降。因此,本论文针对DWS单晶原硅片的表面特征开展了以下几个方面的工作:研究四甲基氢氧化铵(TMAH)的刻蚀机制,通过去除表面线痕从而获得均匀的金字塔绒面;研究Ag金属催化化学刻蚀(Ag-MCCE)的单晶刻蚀机制并研发出亚微米制绒技术,从而有望使用MCCE技术统一单、多晶的制绒工艺;针对Ag-MCCE亚微米陷光绒面,探索原子层沉积(ALD)沉积氧化铝(Al2O3)的表面钝化技术。1.TMAH预处理结合常规碱制绒制备高质量金字塔绒面的研究。本工作探究了TMAH的刻蚀机制,并结合常规碱制绒工艺进行了单晶硅表面的陷光研究。结果表明该工艺形成的金字塔结构大小均匀,对线痕去除、形成高质量PN结和Ag栅线的效果明显,DWS单晶硅表面反射率降低至13.1%(常规砂浆切割(MWSS)单晶硅片为13.0%),成功制备最高效率达到19.15%的DWS单晶电池,与常规MWSS单晶电池片效率19.14%相当。2.单晶硅Ag-MCCE刻蚀机制和制绒技术的研究。对DWS单、多晶硅片进行常规酸微米制绒处理,其表面反射率仍分别保持在29.0%和30.3%,残留线痕仍然较明显。然后,着重研究了单晶硅的Ag-MCCE反应动力学,发现其和多晶硅有较大差异。利用MCCE技术引入纳米绒面并结合酸修正步骤对表面进行修饰,使单、多硅片表面反射率分别降低至13.2%和18.4%,线痕得到充分去除。单、多晶电池的效率分别达到19.38%、18.72%;相比之下,常规酸制绒DWS单、多晶电池效率分别为18.17%和18.16%,采用MCCE制备的单晶硅电池效率较碱制绒效率略有提升。结果表明Ag-MCCE能够适用于单、多晶硅电池,对多晶硅电池效率的提升作用更明显。3.MCCE超低反射率硅的制备。首先,对常规Ag-MCCE技术的陷光性能进行研究,结果表明,可制备的最低反射率为2.34%,虽然或可通过进一步细化具体实验配方得出更低的反射率,但其实验配方的窗口过窄,难以稳定控制和重复实验。后经过MCCE工艺流程的改进,通过先保证其深度再扩大结构直径的方法,成功制备出最低反射率为1%的亚微米结构黑硅并具有较高的稳定性,为之后结合ALD钝化技术做好了准备。4.MCCE亚微米绒面ALD钝化技术探索研究。首先研究了湿法黑硅技术Ag附着浓度、酸修正时间等工艺条件对ALD钝化A1203效果的影响。结果表明,在高浓度Ag附着条件下,少子寿命并不随酸修正时间的增加而改变,因而能制备表面反射与表面复合双优的单晶硅片;而低浓度Ag附着条件下,少子寿命随酸修正时间的增加而增加,最高可达～1 ms,而此时硅片反射率也随之增加到1 9%左右。再依据一定Ag银附着浓度下无须酸修正而同样能通过ALD沉积Al2O3获得高少子寿命的规律,在超低反射率黑硅(1%)表面进行ALD钝化,制备出高少子寿命(～300μs)的硅片。综上所述,本论文重点研究了DWS单晶硅片的表面处理新机制和新技术,特别是将Ag-MCCE技术从多晶硅扩展到单晶硅,从而有望统一单、多晶的制绒工艺。通过工艺细节的再优化,使得电池效率得到进一步的提升。另外,初步验证通过MCCE技术与ALD技术的结合,能够制备出低反射率、高少子寿命的硅片,从而为实现兼具优异光学和电学特性的高效晶硅太阳电池提供了一个新的技术途径。

摘要译文

关键词：

TMAH; 湿法黑硅; 抗反射; Al2O3; 钝化

学位年度：

2018

学位类型：

博士

学科专业：

凝聚态物理

导师：

苏晓东

中图分类号：

TM914.4[太阳能电池⑨]

学科分类号：

080709[储能科学与工程];080809[新能源发电与电能存储]

D O I：

10.27351/d.cnki.gszhu.2018.000068