n型TOPCon结构钝化和传输的研究-张志-中国科学院.pdf

中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology CNITECH n 型 TOPCon 结构钝化和传输的研究 报告人张志 20181110 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology 团队介绍 中科院宁波材料所 TOPCon 技术研发团队 目前由 叶继春研究员、闫宝杰研究员、曾俞衡 副研究员、廖明墩工程师 以及六 名硕士研究生 组成 ， 2017年 3月开始 TOPCon 技术的研究旨 在开发出一套完整的高效 TOPCon 电池的工艺 路线。 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology 科研条件 3 可独立完成晶硅电池的制备和测试 1. 实验环境 500平米的光伏用超净间 2. 扩散 /退火 小型退火扩散炉 3. 钝化膜 /减反膜 PECVD、 ALDAlOx 4. 电极材料 电镀 装置、丝网印刷、热 蒸镀、电子束蒸镀、 磁控溅射、光刻机 5. 普通化学实验 通风橱、手套箱 6. 电池 /材料测试 寿命测试仪（ Sinton、 μ-PCD）、结深测试仪（ ECV）、效率测试 仪、量子效率 测试仪、反射率 仪、电致发光 仪、膜厚测试椭偏仪、 XPS、 TEM 7. 模拟计算 电池数值模拟、 COMSOL、 CASTEP、 DMol3 PECVD ALD 电镀装置 椭偏仪电子束和热蒸镀 结深测试仪 1.3 科研条件 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology n 型 TOPCon 结构钝化和传输的研究  SiOx隧穿层电子传输机理 后处理 对 n-TOPCon结构钝化性能的提升作用 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology TOPCon Solar cell 5 2013年 ,德国 Fraunhofer 研究所 F.Feldman 博士在 28thEU- PVSEC首次报道 TOPCon（ Tunnel Oxide Passivated Contact） 电池概念。 高质量的超薄氧化硅 掺杂多晶硅层 主要特点 ⚫ 全面积钝化背表面，无硅 /金属 接触界面，有利于提升 Voc； ⚫ 全面积收集载流子 ，降低寿命 敏感度，有利于提升 FF； TOPCon η 25.8 TOPCon 电池 结构以及其隧穿效应示意图 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology 目录  SiOx隧穿层电子传输机理 后处理 对 n-TOPCon结构钝化性能的提升作用 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology SiOx隧穿层 电子传输机制 7 掺磷非晶硅高温晶化 SiOx 层出现 pinhole 电子传输方式 tunneling pinhole pinhole as angle or devil 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology SiOx隧穿层 电子传输机制 8 c-AFM 图像 电流峰证明存在 pinhole 存在 ➢ 软件模拟 ⚫ 不同 SiOx 层厚度对电子传输的影响 ⚫ 不同量级 pinhole 传输对暗态 J-V 特性影响 ⚫ SiOx 厚度、 pinhole 数量对电池特性的影响 ➢ 实验验证 ⚫ 钝化测试 ⚫ 接触电阻率测试 ⚫ 电池性能 AFORS-HET 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology 不同 SiOx 层厚度对电子传输的影响 9 假设无 pinhole 仅通过隧穿传输时，氧 化层的存在展现出明显的整流效应 Simulated J-V characteristics of a, b GaIn/n-c-Si/SiOx/Al and c, d GaIn/n-c- Si/SiOx/n-poly-Si/Al. Solar Energy Materials and Solar Cells 187 2018 113–122 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology 不同量级 pinhole 传输对暗态 J-V 特性影响 10 引入一定数量 pinhole 接触可变为线性欧姆接触 Simulated J-V characteristics of a, b the GaIn/n-c-Si/SiOx/Al, and c, d GaIn/n-c-Si/SiOx/n-poly-Si/Al structures with different magnitudes of transport possibility through pinholes, where the SiOx thicknesis nm SiOx 高温退 火后 pinhole 增多 -肖特基 趋向欧姆 Solar Energy Materials and Solar Cells 187 2018 113–122 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology SiOx 厚度、 pinhole 数量对电池特性的影响 11 a the J-V curves of the TOPCon solar cell performance as a function of the possibility of transport through pinholes for the SiOx thickness of 1.4 nm.b to ethe performance parameters of the four sets of solar cells with the SiOx thickness of 0.6, 1.0, 1.4, and 1.6 nm as a function of the possibility of transport through pinholes. Solar Energy Materials and Solar Cells 187 2018 113–122 一定数量的 pinhole 有利于 降低 Rs,提高 FF 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology 小结 12 ➢ 电 子隧穿能力有限， 无 pinhole 存在时接触为肖特基 接 触 ➢ 一 定数量 的 pinhole 为 电子传输提供有效通道，有利于 降 ---- --低 串阻，提高 FF ➢ 过量 pinhole 会造成复合增减、降低 Voc 从而降低效率 ➢ pinhole 数量与 SiOx 厚度和掺磷非晶硅退火温度有关 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology 目录  SiOx 隧穿层电子传输机理 后处理对 n-TOPCon 结构钝化性能的提升作用 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology 后处理对 n-TOPCon 结构钝化性能的提升作用 14 Best iVocmV Average iVocmV Range iVocmV crystallizated★ 721 718 714-721 ★ Post-annealed 731 729 725-731 ★ FGA 727 724 721-727 ★ SiNx 735 732 728-735 ★ AlOx 743 739.83 737-743 ★ AlOxSiNx 747 744.17 742-747 TOPCon 掺磷非晶硅钝 化后经不同工艺处理后 iVoc最高 747mV, J0最低 1.9 fA/cm2 晶化后 Forming Gas 双面氮化硅 双面氧化铝 双面氧化铝 氮化硅 不同后处理方式钝化效果表 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology AlOx 钝化 TOPCon 结构 15 AlOx 钝化效果显著， HF酸去除 AlOx后钝化 无明显降低 AlOx不同厚度 AlOx不同退火温度 AlOx不同退火温度 不同后处理 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology The Best Passivation Data 16 硅片参数酸抛 SG-170um- 17Ωcm Lifetimeus J0fA/cm2 iVocmV 4072.81 1.9 747 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology The Best Passivation Data 17 硅片参数酸抛 SG-170um- 0.22 Ωcm Lifetimeus J0fA/cm2 iVocmV 1930.60 3.9 744 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology 小结 18 ➢ 降低串阻 -提高 FF ➢ 优化钝化减反层 -提高 Jsc ➢ 优化背钝化 -提高 Voc 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology 电池效率 19 2*2cm2 中国科学院宁波工业技术研究所 Ningbo Institute of Industrial Technology 致谢 20 Thank for your attention 特别感谢叶继春研究员的大力支持 感谢闫宝杰研究员、曾俞衡副研究员的指导 感谢团队成员（廖明墩、黄玉清、郭雪琪、王志学、杨清、高天）的共同努力