SHJ电池用单晶硅绒面织构及界面钝化工艺研究.docx

? ? SHJ电池用单晶硅绒面织构及界面钝化工艺研究 ? ? 杜 鹏，张军芳，刘建晓，李 辉，薛俊明 SHJ电池用单晶硅绒面织构及界面钝化工艺研究 杜 鹏1a，张军芳1b，刘建晓1a，李 辉1a，薛俊明2 （1. 衡水学院 a. 电子信息工程学院；b. 数学与计算机科学学院，河北 衡水 053000；2. 河北汉盛光电科技有限公司，河北 衡水 053000） 采用（100）晶向N型抛光单晶硅衬底，研究氢氧化钠与IPA混合溶液体系对单晶硅片各向异性腐蚀过程，通过优化氢氧化钠质量浓度、IPA体积含量、溶液温度和腐蚀时间等影响参量，制备出反射率10.65%的金字塔绒面结构；采用PECVD沉积技术制备非晶硅钝化层，优化硅烷沉积浓度，在6%的硅烷浓度下制备出光敏性在105非晶硅钝化层，硅片少子寿命为951 μs。利用上述优化参数，制备出开路电压（oc）为0.64 V，电池效率为16.89%的SHJ太阳能电池。 各向异性；绒面；少子寿命；钝化层 现阶段，关于异质结太阳能电池的研究已经由实验阶段进入量产阶段，高效率、高稳定性、低温度系数是各机构和公司研究的重点。晶体硅异质结电池（SHJ电池）结合了薄膜硅和晶体硅两方面的性能和工艺优势，根据诸多研究结构[1-6]对SHJ电池研究的方法和测试结果，陷光结构和钝化层工艺均为SHJ电池效率的决定性工艺之一。单晶硅绒面结构能够增加光程，提升光生载流子的数量；薄膜硅钝化层能够降低硅片表面的悬挂键数量，降低载流子在硅片表面的复合速率，从而提升SHJ电池的光学性能和电学性能。 根据上述研究思路，以（100）晶向N型抛光单晶硅为衬底材料，利用湿法化学腐蚀工艺制备单晶硅绒面结构。利用等离子体化学气相沉积（PECVD）低温沉积工艺，通过调整工艺参数，制备薄膜硅钝化层，研究相关的制备工艺参数及对SHJ电池性能的影响。 1 实验 实验分为两部分。第一部分为湿法化学腐蚀制备单晶硅绒面结构。实验材料选用（100）晶向区熔N型单晶硅片，电阻率为1～3·cm，取整片（125×125 mm2）的1/4作为实验原材料。实验步骤：1）硅片清洗。先后采用分析纯丙酮和酒精进行超声清洗，去除硅片表面有机杂质。2）去除硅片表面损伤层。采用80 ℃、质量分数10%的氢氧化钠（NaOH）溶液去除表面损伤层，恒温装置采用恒温水浴锅，反应时间120 s。3）绒面织构化。改变溶液温度（70～90 ℃）、NaOH质量分数（范围0.25%～1.5%）、异丙醇（IPA）体积分数（1%～6%）和复合型添加剂配制各制绒溶液，利用各向异性原理制备绒面结构。实验采用控制变量法，在前人实验基础数据上首先研究绒面制备温度参数，确定好温度参数后，再研究氢氧化钠含量对绒面结构的影响，实验反复进行多次，依次确定IPA参数和腐蚀时间的优化参数。4）绒面反射率测定和形貌测试。利用紫外可见光分光光度计（7-SCSPEC太阳能电池光谱性能测试系统）测试绒面反射率，利用德国卡尔蔡司SUPERTM 55VP场发射扫描电镜观察绒面形貌。 第二部分为薄膜硅材料的制备工艺探究。实验采用RF-PECVD沉积工艺，以高纯硅烷（SiH4）和氢气（H2）为反应气体，制备了一系列不同硅烷浓度的氢化本征硅薄膜。实验控制气体总流量100 mL/min，沉积压强40～100 Pa，功率密度10～30 mW/cm2衬底温度100～200℃，硅烷与氢气比例变化范围在4%～10%。本征薄膜硅衬底材料选用康宁（Corning）7095玻璃和上述第一部分实验制备的绒面单晶硅片分别研究光学特性和电学特性，薄膜沉积厚度分别在250 nm和10 nm左右。薄膜样品厚度利用反射计薄膜厚度测量系统（Anstrom Sun Technologies Inc.）测量，利用微波光电导寿命测试仪测试硅片的少子寿命。HIT电池采用Al/ITO/a-Si:H(P)/a-Si:H(I)/c-Si(N)/Al，透明导电膜（ITO）薄膜采用磁控溅射工艺制备，Al薄膜采用蒸发工艺制备，电池光态J-V曲线在室温下采用AM1.5，100 mW/cm2的光照条件测试。 2 结果与讨论 2.1 单晶硅绒面结构制备工艺 鉴于晶硅绒面结构的好坏直接影响电池对光的有效吸收，故此制备高吸收率、低反射率的绒面结构是电池制备工艺的关键技术之一。实验通过调整硅片与溶液的反应温度，物质浓度（氢氧化钠质量分数，IPA体积比）、反应时间等工艺参数测试不同条件下物质的反射率以此确定反应的工艺参数。图1为硅片表面反射率随温度参数变化曲线。随着溶液温度的升高，硅片反射率先降低后升高，溶液温度在80 ℃时具有最低的反射率，反射率为10.65%。依据反射率的高低和绒面结构的关系判断，在溶液温度为80 ℃时织构化效果明显，绒面金字塔结构最好。温度过低，参与反应的物质活性低，制