How to suppress the surface recombination of Si surfaces without...-陈剑辉

2018年 11月 08日 How to suppress the surface recombination of Si surfaces without use of vacuum equipment and thermal budget 报告人陈剑辉 河北大学，物理科学与技术学院， 071002，保定 一、产业关键科学问题和技术需求 二、新型聚合物钝化技术 三、应用探索 四、总结 汇报内容 一、产业关键科学问题和技术需求 二、新型聚合物钝化技术 三、应用探索 四、总结 汇报内容 2016年光伏首次成为装机最大的新增电源 随着效率逼近理论极限，进一步的工作焦点应转向 低成本 的研究 PERL HIT HBC SQ limit 29.4 26.7 1.8 产业现状和发展趋势 Glunz， Solar Energy Materials and Solar Cells 185 2018 260–269 表面复合 26.7 关键科学问题 表面复合损失 1-3 Ωcm 7 ms J. Appl. Phys. 104, 044903, 2008 氧化硅 顿化 层 背面技术 电极 P 型硅衬底 氧化硅 顿化 层 倒金字塔 绒面 银 栅 线电极 P P P P N N 发射极 PERC 25 Topcon 25.7 1000℃ 高阻片 29 ms 10 ms 1-3 Ωcm PECVD SiNx、 a-SiH ALD/PECVD Al2O3 高温 /后退火 SiOx 高 质 量 钝 化 → 高 效 率 SHJ 26.7 钝化层 N - t y p e a - Si i - t y p e a - Si p - t y p e a - Si 电极 关键技术问题 表面复合抑制 清洗 /制绒 扩散 SSE PECVD SiNx 丝印 /烧结ALD Al2O3 真空装备 重资产）， 制约成本的进一步降低 需非真空钝化技术 清洗 /制绒 PECVD a-SiH PVD TCO 丝印 /烘烤 PERC HIT 制约成本因素 真空装备 一、产业关键科学问题和技术需求 二、新型聚合物钝化技术 三、应用探索 四、总结 汇报内容  一个新的材料体系 基于某些特殊官能团的高分子薄膜 -SO3H  无需真空设备  RT-200℃ 廉价高分子 我们的工作 高效聚合物钝化技术 10 14 10 15 10 16 10 -3 10 -2  e ff s V IV II III Minority ca rri er de nsity c m -3 I  高质量钝化效果 与行业最佳的非晶硅持平 与高温氧化硅钝化持平 高阻片 3kΩ cm Jianhui Chen et al. Appl. Phys. Lett., 110, 083904 2017. 太阳电池用硅片 1-3 Ωcm Seff0.5 cm/s Seff0.65 cm/s 28.6 ms 10 14 10 15 10 16 1 10  e ff m s Minorrit y c arrier dens ity cm -3 9.6m s Im pli ed V o c 721mV 高效聚合物钝化技术  机理 98 99 100 101 102 103 104 105 Si 0 Fitti ng Si 0 SiO x Si 1 Si 0 Si 2 Si 3 Si 4 the am bient 24h, f ailure Inten sity a. u. Binding e nergy eV Ra w data in O 2 , high  e ff PSS 高效聚合物钝化技术  特性  可翻转的界面态，界面开关效应 高效聚合物钝化技术  光诱导增强效应  电致增强 /衰减 0 20 40 60 80 100 0 50 100 150 280 320 PS S/n -Si/PS S after ITO dep. after p olin g -3.5 V , 20 min 1.5 V, 20 mi n 1.1 V, 20 mi n  eff  s Time mi n 0.8 V, 10 mi n 0 10 20 0 1 2 3 4 5 6 7 Ti m e m in 1h 1 .5h 1 .5h 1 .5h 1 .5h  eff m s l i g ht so a ki ng 1.5 h 0 10 20 0 10 20 0 10 20 1 .5h 0 10 20 0 10 20 0 10 20 0 10 20 500 550 26. 0 26. 5 27. 0 64 66 68 0 5 10 15 20 25 30 35 8. 5 9. 0 9. 5 Voltage bias tim e m in 520 540 560 25. 5 26. 0 62 64 66 0 5 10 15 20 8 9 10 V oc mV J sc mA / cm 2 FF Light soaki ng ti m e m in P CE 高效聚合物钝化技术 0 20 40 60 80 100 3 4 5 6 7 8 9 RT in Ar Ar ent ering in O 2 init ial Time mi n O 2 ent ering in O 2 Ar ent ering in Ar am bient  e ff ms O 2 ent ering 100  氧增强效应 高效聚合物钝化技术 0 20 40 60 80 100 120 200 250 300 350 400 450 Circ le PS -b-PERB Diamond Nafion Am bie nt RH 40-60 Air RH 10-20  ef f  s Ti m e m in  稳定性问题 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 10 LIE LI D uns table 0 s table 10 LS 1h LS 1h LS 1h  ef f ms Ti m e min S qua re P S S Dia m ond P S S MoO 3 LS 1h 0 2 4 6 8 10 12 14 喜 氧 惧 水 场 调 制 高效聚合物钝化技术 一、产业关键科学问题和技术需求 二、新型聚合物钝化技术 三、应用探索 四、总结 汇报内容 钝化多晶黑硅 eff 238 μs iVoc 683 mV eff 1.3 ms iVoc 713 mV Nanopore-pyramid texture eff 1.1 ms iVoc 705 mV pyramid texture 钝化大比表面积硅片 （ SiNx 40 μs）  简单便捷  瞬时监测  无需制备成电池便可以评估硅片质量 0 100 200 300 400 500 600 700 0 5 10 15 20 25 30 35 少子寿命 /us 测试次数 钝化效果 厂家 A 厂家 B 硅片质量评估 立竿见影的应用 Self-formed point-contact Implied Voc 656 mV 聚合物钝化背表面太阳电池 多晶 156片 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 2 4 6 8 10 PCE 18. 7 FF 74. 4 I s c A 9. 5 V oc m V 643.3 Volta ge V Current A  IBC电池 400 600 800 1000 1200 10 20 30 60 80 100 R /Si T R W ave le ngth nm 0 nm 50 nm 100 nm 150 nm 300 nm 500 nm 800 nm T /glas s 0 200 400 600 800 6 8 10 12 14 R PSS thick ness nm 600 nm 900 nm 0.0 0.2 0.4 0.6 0 10 20 30 with PSS Cu rrent den s i t y mA / cm 2 Volta ge V w/o PSS n - Si n p n p S i N x e l e c t ro d e p P o ly m e r a n ti r e f l e c ti o n 300 600 900 1200 10 20 30 bare Si R  nm PSS/Si 10 14 10 15 10 16 1 2 3  eff ms n cm -3 2.3 ms 0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 100 120 Voc Jsc F F P CE Percent age o f in it ial v alu e Ti m e da ys 常规太阳电池中应用探索 一、产业关键科学问题和技术需求 二、新型聚合物钝化技术 三、应用探索 四、总结 汇报内容 新的钝化体系，以官能团为材料基础，以电化学翻转 的界面态为操作机制，其钝化效果可以媲美非晶硅薄 膜钝化技术； 非真空、低温； 评估硅片质量方面实现应用； 可提升电池效率； 潜力低成本，简化工艺，消除重装备 总结与展望 谢谢您的聆听