带有本征薄层的异质结太阳能电池

带有本征薄层的异质结太阳能电池刘艳红 , 刘爱民(大连理工大学 物理与光电工程学院 , 辽宁 大连 116024)摘要 : 带有本征薄层的异质结 ( HIT) 太阳能电池制备工艺温度低 、转换效率高 、高温特性好 , 是低价高效电池的一种 。 根据相关文献 , 遵循 HIT 电池发展的过程 , 从原理 、 结构 、 制备工艺等角度对其进行了深入分析 , 指出 PECVD 技术在制备 HIT 电池中存在的问题 , 并对 HWCVD法制备高效 HIT 电池的前景进行了探讨 , 同时分析了 a2Si∶ H/ Si 界面钝化 、双面异质结结构 、表面织构及栅线的优化设计等技术手段对制备高效 HIT 电池的重要性 。关键词 : HIT 太阳能电池 ; PECVD ; HWCVD中图分类号 : TM914141 文献标识码 : A 文章编号 : 10032353X (2010) 0120001207Hetero2Junction with Intrinsic Thin 2Layer Solar CellsLiu Yanhong, Liu Aimin ,( School of Physicsand OptoelectronicTechnology, Dalian University of Technology, Dalian 116024 , China)Abstract : Hetero2junction with intrinsic thin2layer ( HIT ) solar cells explored by Sanyo Group ischaracterizedby low processingtemperature, high efficiency and superiorityof high2temperatureperformances.The principle , structure and technologyof HIT are analyzed. The instability of PECVD , which is the keytechnologyto depositthe a2Si∶ H , is thoughtto limit the further improvementof HIT efficiency. Otherwise,the possibility of HWCVD for high2efficiency HIT is discussed. The interface passivationof a2Si∶ H/ Si ,double hetero2junction structure, surfacetexture and optimizationof grid are also analyzedto be important forhigh2performanceHIT solar cell.Key words : HIT solar cell ; PECVD ; HWCVDEEACC : 25500 引言能源危机下光伏产业发展迅速 。 光伏理论与技术的发展逐渐走向成熟 , 进一步推广光伏应用的关键是提高电池光电转换效率 、 降低电池成本 。 Si 衬底上 HIT 电池是晶体 Si 上生长非晶 Si 薄层的异质结电池 , 具有工艺温度低 、 转换效率高 、 高温特性好的特点 , 是适合于大规模推广应用的低价高效电池之一 。 在日本 Sanyo 公司得到大力发展 。目前 ,其最高实验室效率为 2310 % (10014 cm2) , 其中开路电 压 、短 路 电 流 及 填 充 因 子 分 别 为 01729 V ,3915 mA?cm- 2和 01800。1 HIT 电池结构及其特性Si 衬底上 HIT 结构太阳能电池 (hetero2junctionwith intrinsic thin2layer solar cells) 即带有薄本征层的异质结太阳能电池 , 以 n 型 Si 衬底为例 , 典型结构如图 1 所示 , 在 n 型 Si 衬底迎光面上先后是薄本征非晶 Si 层及 p 型非晶 Si 发射极层 , 形成带有薄本征非晶 Si 夹层的异质 pn 结 ; 在背面 , 薄本征a2Si∶ H 及 n 型 a2Si∶ H 层形成背表面场 ; 在两面掺杂的非晶 Si 薄层上用溅射法沉积透明导电氧化物薄膜 , 最后用丝网印刷技术形成栅状金属电极 。 所有工艺温度低于 200 ℃ 。 上层的透明导电膜也作为抗反射涂层 。抗反射涂层上的栅状电极间距为趋势与展望Outlook and Futuredoi:1013969/ j1issn110032353x120101011001January 2010 SemiconductorTechnologyVol135 No11 1 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net2 mm, 比扩散法制备的体 Si 电池要小 , 以补偿TCO 膜方块电阻较高的问题 。 它的厚度需要根据其电阻率及透光率来进行优化 。背面电极也是栅状的 , 这样的对称结构有助于降低整个器件热量及机械应力 , 还可以作为双面电池来用 。 对称结构和低温工艺有利于进一步降低电池厚度 [1 ] 。图 1 HIT 电池结构示意图Fig11 Schemitic of HIT solar cell structureHIT 电池突出的特点是 : 在获得异质 pn 结的同时 , 得到高质量的异质结界面 ; HIT 电池本质上是非晶 Si/ 晶体 Si 异质结电池 , 由于 a2S∶ H 的禁带宽度比 c2Si 更高 , 因此相比于体 Si 电池 , 非晶 Si/晶体 Si 电池应该具有较高的开路电压 ( Voc) 。事实上单纯的 a2S∶ H/ c2Si 电池开路电压和填充因子都低于常规的体 Si 电池 。原因在于 a2Si/ c2Si 界面态密度高 , 异质结耗尽区中存在较高的复合电流 。 而插入高质量的薄本征非晶 Si 层 , 极大地降低了界面态密度 , 降低了复合电流 , 从而增加了开路电压 。 另外掺杂 a2Si 中隙态密度达 1018 cm- 3 , 增加了暗隧穿泄漏电流 , 本征 a2Si∶ H 层的隙态密度仅为1015～ 1016 cm- 3 , 能极大地抑制隧穿电流 [2 ] , 从而实现真正意义上的高开路电压 Si 异质结电池 。 Voc高是 HIT 电池的一个特征 , 也是实际发电量较高的一个主要因素 。图 2 开路电压与温度系数 (α T) 的关系Fig12 Relatedbetweentemperature coefficience and open voltage开路电压高的电池还表现出更好的温度特性 ,见图 2[3 ] 。 实际应用中决定输出功率最重要参数之一是电池参数的温度特性 , 降低温度系数意味着在较高的工作温度下电池效率退化较小 。对 Voc超过600 mV的 HIT 电池 , 其温度系数为 - 0133 %/ ℃ ,而传统体 Si 扩散电池的温度系数为 - 0145 %/ ℃ 。对 Voc超过 710 mV的 HIT 电池 , 其温度系数可以降低至 - 0125 %/ ℃ 。与体 Si 电池扩散工艺相比 , HIT 电池制备工艺具有的一个突出特点是温度低 。 目前比较成熟的非晶 Si 沉积技术采用的是等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 技术 , 工艺温度低于 200 ℃ , 避免了晶体 Si 衬底的退化 , 有利于得到突变的异质结 ,同时更加适用于超薄衬底上电池的制备 。2 HIT 电池发展Sanyo 公司 1974年开始研究 a2Si 基太阳能电池技术 , 在 60 mm× 90 mm上实现了 10 %的稳定效率 ,基于此 , 他们发展了 HIT 电池。 HIT 电池源于 1983年提出的非晶 Si 有 / 晶体 Si 堆垛电池结构设计。1990年 Sanyo 公司最早推出了 HIT 结构电池 , 当时采用的薄本征层是微晶结构。 1991年他们用未掺杂a2Si∶ H 薄层代替未掺杂的 μ c2Si 薄层 , 大大降低了界面态密度 , 提高了 c2Si 表面的钝化质量 , 同时将通过掺杂 a2Si∶ H 薄层的隧穿泄漏电流降低下来。 1994年实验室效率达 1817 % (1 cm2 , Voc : 638 mV , Isc :3719 mA/ cm2 , FF : 01755, η : 1817 %) 。 Sanyo 公司很快意识到这种简单的结构既能达到较高的效率又很适合大规模生产 , 并把目标锁定在大规模生产技术的研发上。 将 HIT 结构成功地应用在电池背面做背表面场 , 结合表面清洁技术、 表面织构技术及栅电极的优化 , HIT 电池的实验室效率及组件效率逐渐提 高。 1997 年 第 一 批 供 货 的 产 品 效 率 就 达 到1713 %。 2003年在 100 cm2面积上实现了 2113 %实验室 效 率 ( Isc : 3816 mA/ cm2 , Voc : 717 mV , FF :01770) , 这次效率的突破 , Sanyo 公司采取的措施包括改进工艺 , 减小表面复合 , 提高少子寿命 , 提高开路电压至 710 mV 以上 ; 降低 a2Si 及 TCO 的光吸收 ; 降低栅线宽度 , 增加有效吸收面积 ; 保持栅线的体积不变以避免电极电阻的增加 [4] 。 当年 200 W组件的模块效率平均达 1915 %。 这在规模化生产中是相 当 高 的。 2004 年 12 月 , 实 验 室 效 率 2115 %(10013 cm2 , I sc : 3813 mA/ cm2 , Voc : 712 mV , FF :01787, AIST) [5] 。 所采用的技术包括 : 导电性更高的刘艳红 等 : 带有本征薄层的异质结太阳能电池2 半导体技术第 35 卷第 1 期 2010 年 1 月? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net导电胶材料 ; 减小导电胶宽度至约 85μ m; 新的印刷技术 , 保证栅线的高宽比 > 015。 2006年 4 月 , 实验室效率达到 2118 % (10014 cm2 , I sc : 3814 mA/ cm2 ,Voc : 718 mV , FF : 01790, AIST) 。 2007年实验室效率 进 一 步 提 高 至 2213 % ( Voc ∶ 01725 V , I sc ∶3912 mA/ cm2 , FF ∶ 01791, 10015 cm2 , AIST) , 所采取的手段主要是 a2Si/ c2Si 界面特性及光陷结构的进一步改进。 2008 年 9 月 9 日 Sanyo 公司进一步报道HIT 电池的研究进展 , 他们在第 23界欧洲光伏会议上 ( EU PVSEC, european photovoltaic solar energyconference) 透 露 , HIT 的 厚 度 已 经 降 低 至 85μ m。2009年 5 月 22日 [6] , Sanyo 公司宣布比原订计划提前一年实现了 23 % (Voc∶ 01729 V , Isc∶ 3915 mA/ cm2 ,FF∶ 01800) 的实验室效率 , 这一次他们在技术上所走的路线仍然是提高 a2Si∶ H/ Si 界面钝化质量 , 降低 a2Si∶ H 及透明导电膜在红光区的吸收 , 改进栅线材料 , 提高栅线高宽比 , 降低栅线串联电阻 , 但他们还没有透露具体的技术细节 。表 1 是 Sanyo 公司 03 年以来所发布的 HIT 电池最高效率及参数 。 η为实验室效率 ; Voc 为开路电压 ; I sc为短路电流 ;FF 为填充因子 ; S 为面积 。表 1 Sanyo 公司 03 年以来所发布的 HIT 电池最高效率及参数Tab11 Efficiency and parameters of HIT by Sanyo since 2003时间 η / % Voc/ V I sc/ (mA?cm - 2) FF S/ cm2200925 2310 01729 3915 01800 10014200727 2213 01725 3912 01791 10015200624 2118 01718 3814 01790 100142004212 2115 01712 3813 01787 100132003 2113 01717 3816 01770 100103 n 型、 p 型 Si 上 HIT 结构电池的比较因工艺等方面的原因 , 体 Si 电池 90 %以上选择 p 型 Si 衬底 。 对 HIT 结构电池不存在这一问题 ,即选择 n 型或 p 型 Si 衬底 , 工艺上都是可以实现的 , 难易程度差别也很小 。为了与体 Si 电池工艺保持一定的连续性 , 许多科研机构仍然在 p 型 Si上开展 HIT 结构电池的研究 。 Sanyo 公司坚持在 n型衬底开发 HIT 结构电池技术 , 他们的产品也都是n 型 Si 衬底 。 这实现了在衬底材料选择上的一个突破 。 大规模体 Si 电池生产中 90 %以上采用 p 型 Si衬底 , 意味着对 p 型 Si 材料的需求将随着太阳能电 池 产 业 的 发 展 而 大 增 。随 着 生 产 量 达 到10 GW/ 年时代的到来 , 企业间竞争以及原材料采购的问题日益突出 , n 型 Si 材料是对 p 型 Si 衬底材料的极大补充 。下面从带阶的角度比较 n 型 Si和 p 型 Si 衬底上 HIT 电池的性能 [7 ] 。图 3 是 n 型和 p 型 Si 衬底 HIT 结构电池能带结构示意图 [7 ] 。 非晶 Si 和晶体 Si 的导带 Δ EC 和价带带阶差 Δ EV 分别约为 0115 , 0145 eV , 显然价带带(a) n 型 Si 衬(b) p 型 Si 衬底图 3 n 型 Si 衬底和 p 型 Si 衬底上 HIT 结构太阳能电池的能带图Fig13 Energy band of HIT on n2and p2type Si阶更大 。 对 n 型 Si 衬底 HIT 电池 , 前表面处较大的价带带阶 , 形成少子空穴陷阱 , 势阱中空穴势垒较高 , 热发射概率小 , 有效地阻止了光产生空穴的传输 。 背面薄本征 a2Si∶ H 及 n 型 a2Si∶ H 与 n 型 c2Si形成有效的背表面场 (BSF) , 其价带处较大的带阶及较厚的本征层形成了空穴镜 。 而导带处较小的带阶差对电子的传输不构成阻碍 。 也就是说 a2Si∶ H(i/ n) 提供了完美的多子输运的背接触及少子反射的反射镜 。 对 p 型衬底 HIT 电池 , 前表面处 , 导带带阶小 , 电子受到较小的阻滞 , 比在 n 型衬底结构中更容易被收集 , 因此内建电压比 n 型衬底的低很多 。 在背面 , 导带带阶小 , 形成的反射镜作用弱得多 。 另外 , 价带处大的带阶 , 极大阻碍了多子的收集 。 可见 , 理论上从带阶的比较中可以看出 n 型 Si刘艳红 等 : 带有本征薄层的异质结太阳能电池January 2010 SemiconductorTechnologyVol135 No11 3 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net衬底 HIT 电池性能更为优越 。n 型 Si 衬底还具有其他优势 , 一方面 n 型衬底Si 电池克服了 p 型 Si 衬底上电池的光致衰退现象 ,另外 n 型 Si 材料中高效复合中心的密度远低于 p型材料 ; 电子具有更高的寿命及扩散长度 ; 高温稳定性也更好 ; n 型 Si 电池的光电转换效率更高 。人们对 n 型 Si 电池给予了相当大的期望 [8 ] 。HIT 结构是在 n 型 Si 上制备太阳能电池的有效解决方案 。 受到 HIT 电池卓越性能的鼓舞 , 世界上几十家科研机构在努力开发 HIT 电池技术 。 可是由于对异质结界面性能的不充分理解 , 缺乏对界面严格处理及其他工艺相关的文献 , 各机构取得的成功受到限制 。 Sanyo 对技术和工艺参数严格保密 , 进行积 极 的 产 业 化 建 设 , 分 别 在 Nishikinohama 及Shimane建厂 , 在全球经济危机阴影的笼罩下 , 他们在 2009 年 2 月仍然决定追加投资 , 将 HIT 电池的生产能力在 2010年前提高 600 MW 。4 HIT 电池的关键工艺 — — — a2Si∶ H 薄膜的沉积方法高效 HIT 电池的核心技术是 a2Si∶ H 薄膜的沉积 , 要求所沉积的本征 a2Si∶ H 薄膜的缺陷态密度低 、 掺杂 a2Si∶ H 的掺杂效率高且光吸收系数低 ,最重要的是最终形成的 a2Si∶ H/ Si 界面的态密度要低 。 目前 , 普遍采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD) 沉积本征及掺杂的 a2Si∶ H 膜 , 同时热丝化学气相沉积技术 (HWCVD) 制备 a2Si∶ H 薄膜并用于 HIT 电池的研究也非常活跃 , 被认为是进一步提高 HIT 电池效率的有效途径 。411 PECVD 法制备 a2Si∶ H 薄膜利用等离子体中丰富的活性粒子实现非晶 Si薄膜的低温沉积 , 几十年来一直是 a2Si∶ H 薄膜沉积的重要方法 。等离子体是离化了的气体 , 由离子 、 电子 、 活性粒子及中性粒子组成 , 离化率可以是 100 % (全离化 ) 也可以非常低 (只有 10 - 4～10- 5 , 部分离化 ) [9 ] 。在用于薄膜沉积的低温非平衡等离子体中 , 质量较高的离子 、 中性粒子及各种处于激发态的活性粒子的温度保持在室温 , 因此放入其中的衬底如果没有外部加热的话可以保持较低的温度 ; 而电子可以从电场中获得足够的能量(2～ 5 eV) , 通过与分子的碰撞将其电离 、激发 ,所以等离子体中含有大量的活性粒子 , 使需要在较高温度下进行的化学反应在等离子体中可以在较低的温度下实现 , 将其用于薄膜沉积即为 PECVD 。PECVD 的一个典型应用就是 a2Si∶ H 的沉积 , 尤其是 1975年 W1E1Spear等人 [10 ] 报道了 a2Si∶ H 的可控掺杂以后 , 大量文献 [11213] 研究了等离子体与所沉积 Si 薄膜结构 、组成 、电子学特性及光学特性之间的关系 , 促使器件级 a2Si∶ H薄膜 PECVD 沉积技术飞速发展 , 并成功应用于薄膜晶体管及薄膜太阳能电池中 , Sanyo 公司的 HIT 电池大规模生产中沉积 a2Si∶ H 薄膜的关键技术就是 PECVD。在 Si 系薄膜太阳能电池及 HIT 电池大规模生产中尽管 PECVD 成功的应用于 a2Si∶ H 薄膜沉积 ,但 PECVD 技术固有的自身难以克服的不足也是显而易见的 , 表现在两个方面 : 一是等离子体的不稳定性 ; 二是等离子体中电子及离子辐照对沉积薄膜结构及电子学特性损伤 。等离子体的稳定性是一个复杂的问题 。 等离子体本身是由电子 、 离子等带电电荷组成的准中性气体 , 因此 , 它的状态容易受到外界条件的影响而发生变化 。 衬底表面的带电状态 、 反应器壁的薄膜附着 、 电源的波动 、 气体的流速等都会改变等离子体的状态 , 改变其中活性粒子的种类及数量 , 从而改变所沉积薄膜的性质 ; 另外在大规模生产中 , 在较大的面积上保持等离子体的均匀性也是一件困难的事 , 所以宏观上在生产中工程技术人员经常可以遇到大面积沉积薄膜的不均匀或二次沉积之间的不一致 。 这种差异的原因往往是隐性的 , 解决这一问题需要时间 、 等离子体的专门知识以及一定的机遇 。这类不稳定对电池性能的影响已有报道 [14215] 。从微观上来说 , 等离子体的产生经过了起辉 、稳定 、熄灭整个过程 。 在起辉阶段 , 等离子体中的活性粒子是难以控制的 , 而薄膜已经开始生长 , 这一阶段往往是界面建立的过程 , 是晶核孕育的阶段 , 因此决定了薄膜的电学质量和结构质量 。 对 HIT 电池来说 , 其电池效率从根本上来说依赖于界面质量 , 因此等离子体在这一阶段的不稳定已引起了研究人员的重视 , 见文献 [16 ]报道 。等离子体加工过程中另一方面的问题是等离子体损伤 , 主要指离子轰击及光子辐照 , 除了会降低沉积膜的质量外 , 还对晶体 Si 衬底带来损伤 。光谱响应的研究结果发现利用等离子体技术制备的HIT 电池 , 在蓝光区 , 光谱响应提高 , 而在红光刘艳红 等 : 带有本征薄层的异质结太阳能电池4 半导体技术第 35 卷第 1 期 2010 年 1 月? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net区 , 光谱响应降低 , 这一方面表明本征层的钝化作用提高了蓝光区的光量子效率 , 另一方面表明等离子体对器件的损伤深入到器件内部 , 造成主要在 Si体内被吸收的红光区的量子效率下降 [17 ] 。为降低等离子体损伤 , 需要严格控制等离子体的放电功率 , 将其降低至最小 , 以能维持放电为准 , 这实际上降低了等离子体的稳定性 , 增加了工艺参数控制的难度 [18 ] 。412 HWCVD 法制备 a2Si∶ H 薄膜热丝 化 学 气 相 沉 积 技 术 HWCVD ( hot wirechemical vapor deposition) 在 几 个 方 面 优 于PECVD[19 ] , 2008 年第五界国际 HWCVD 会议对此进行了详细论述 [20 ] : HWCVD 是利用金属热丝对反应气体进行热分解或催化分解 , 这一过程是软性的 , 不会产生高能离子轰击 , 对衬底的损伤较小 ,这对用于钝化层的沉积是有利的 ; HWCVD 中不存在与衬底间的耦合 , 衬底不影响沉积过程 , 可以容易地进入或移出沉积室 , 通过简单的尺寸放大 , 就可以将实验室设备放大到工业生产中 , 方便实现大规模连续生产 。 虽然至今性能较好的 HIT 电池中的非晶 Si 都是用 PECVD 法沉积的 , 但是用 HWCVD制备性能更好的 HIT 结构电池一直被认为是进一步提高 HIT 电池效率的有效途径 。美国 NREL 的科学家王齐领导的小组一直致力于 HWCVD 法制备 HIT 电池的研究 , 他们在 p 型区熔 Si 衬底上制备的双面 HIT 电池效率达到 1911 %( Voc : 01678 V , FF : 01779, J sc : 3519 mA/ cm2 ) [21] 。经界面优化后 , 在只有一个抗反射涂层 (ARC) ,没有表面织构的 p 型 CZ2Si 上的 HIT , 开路电压Voc > 640 mV , 表面 复 合 速 率 < 15 cm/ s, 效 率 达1418 % , 在没有表面织构 、单层 ARC、丝网印刷Al2BSF 的 p 型 FZ2Si 上达到 1517 % 的效率 [22 ] 。很多条件下 , HWCVD 容易导致 Si 的低温外延 , 即使生长温度只有 200 ℃ [22 ] 。高效 HIT 电池中 , 非晶 Si 发射极与晶体 Si 间必须有 5 nm厚 、缺陷密度低于掺杂非晶 Si 的本征非晶 Si。带间态密度低可以降低 a2Si/ c2Si 界面间陷阱辅助的带内隧穿复合速率 , 抑制饱和电流的退化 。 如果发生意料外的 Si 外延生长 , 而不是 a2Si∶ H 沉积 , 那么外延 Si可能成为缺陷 , 表面粗糙度增加会导致未钝化的 Si悬挂键或其他缺陷 ; 更糟的是 , 如果外延穿过本征层 , 晶体 Si 与掺杂非晶 Si 直接接触 , 那么这一界面将是高缺陷的 。 部分外延 、 高缺陷外延或混合相的本征层都会引起高的暗电流 , 原因是界面面积和缺陷态密度都将增大 。 附加的暗电流通过不完全钝化的界面会降低 Voc 。 所以 , 对 HWCVD 法制备 HIT电池工艺 , 将衬底温度控制在 200 ℃ 以下 , 避免本征和掺杂 a2Si∶ H 发射极的外延生长 , 就可以保证得到较小的界面态密度 , 从而降低耗尽区中 SRH复合及界面处陷阱辅助隧穿复合发生的概率 。5 进一步提高 HIT 电池效率需要解决的问题包括美国可再生能源国家实验室在内的各国科学家积极开展 HIT 结构电池的实验室研究 。 普遍认为严格控制 a2Si∶ H/ c2Si 界面质量 , 降低缺陷态密度是实现高效 HIT 电池的关键点 。事实上 , 从 HIT电池发展历史可以看出 , HIT 电池效率达到目前的高度 , 不仅仅是优良界面钝化的结果 , 还包括其他一些技术上的精益求精 , 以及通过优化光陷降低反射率 、 降低非晶 Si 发射极的光吸收 、提高透明导电膜的电导率 、 降低金属栅的接触电阻等 。511 提高界面钝化质量在目前先进的表面制绒技术及背表面场技术支持下 , 进一步提高 HIT 效率需要解决的关键问题仍在于晶体 Si 表面钝化特性的改进。 当 a2Si∶ H/ c2Si 界面陷阱密度由 1011/ cm2 增加至 1012/ cm2 时 , 电池效率会降低超过 20 %。 所以目前对本征非晶 Si 层钝化特性的研究非常活跃。 发现本征非晶 Si 层的钝化效果因 (p + ) a2Si∶ H 膜的存在而降低 , 可能的原因是衬底中的少子波函数可以越过较薄的 (i ) a2Si∶ H 与(p + ) a2Si∶ H 中的缺陷态相互作用 , 形成载流子的复合通道。 研究结果还表明 , 多形 Si (pm2Si) 作为钝化层具有更低的缺陷态密度及暗电流。另一方面 , 薄的本征层很容易受到后续工艺的影响而性能退化 , 如 B 掺杂覆盖层的沉积 [23 ] 。研究表明 , B 掺杂 a2Si∶ H (p + ) 覆盖层能引起 H2 从下面几个纳米厚的薄本征层中扩散 。这种现象与c2Si/a2Si ∶ H ( i ) / a2Si ∶ H ( p + ) 结 构 在 低 温( < 260 ℃ ) 下退火后钝化特性退化是一致的 。这种退化与 Si — H 键断裂有关 , 很可能引起 Si 悬挂键缺陷 。 原因在于 a2Si∶ H (p + ) 材料中费密能级的位置可以降低 Si — H 键断裂所需要的能量 。刘艳红 等 : 带有本征薄层的异质结太阳能电池January 2010 SemiconductorTechnologyVol135 No11 5 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net512 光陷结构及表面清洗光陷结构是提高电池性能的有效途径 。对 HIT电池来说 , 在光陷工艺之后形成的金字塔形表面上直接沉积非晶 Si , 其界面就是 pn 结的位置 , 因此光陷及其后的清洗对降低 HIT 电池界面态密度非常重要 。将扩散体 Si 电池中的制绒技术稍加改进即可应用于 HIT 电池的制绒 , 体 Si 电池的制绒技术普遍利用 Si (100) 芯片在碱性溶液 ( KOH) 中的各向异性特性 , 得到随机分布的正金字塔 , 这一工艺应用到 HIT 电池制备时需要做的是将制绒后织构表面层进行氧化然后再将这一氧化层剥离 , 以去除制绒后织构表面的缺陷层 , 并使表面粗糙度降低 。 图4[24 ]反映的是 (n) a2Si∶ H/ (p) c2Si 结构太阳能电池在制绒后两种处理方式对电池参数的影响 , 一种方式是简单地将芯片在 HF 溶液中浸一下 (虚的直方图 ) , 另一种方式是将芯片经氧化后再将氧化层剥离 (实的直方图 ) 。可见氧化剥离工艺使电池的各项参数都得到提高 , 参数的分布也更加集中 , 效果非常明显 。(a) 短路电流(b) 开路电压图 4 制绒后采用氧化层剥离技术对电池参数影响Fig14 Influence of oxide layer lift2off technique on theparameters of sdar cells湿法氧化工艺简单 , 不增加工艺的复杂性。 氧化液采用微电子加工中普遍用到的 H2SO4/ H2O2 液 , 腐蚀液采用 HF (1 % , 60～ 180 s) , Si 织构表面经过这样处理后 , 表面禁带中间处隙态密度可降低至 Dit ≈515 × 1011/ cm2?eV- 1 , 可以与抛光 Si 表面相比 [25] 。513 栅电极的优化设计处于表面上的栅线起到光电流收集的作用 , 它的电阻率会影响光电流收集的效率 , 另一方面栅线遮蔽了部分光线 , 所以降低栅线宽度 , 即提高栅线的纵横比 , 可以降低入射光的损失 , 提高光电转换效率。 分析表明 , 去除栅线延展部分 , 纵横比提高到 110 以后 , 效率可以在 2118 %的基础上再提高116 %。 如果将栅线宽度降低至原来的 60 % , 效率还会有大幅度提高。 栅线设计需要解决的问题是银浆粘度与流变性质的优化及丝网印刷工艺参数的优化。6 结语HIT 电池结构简单 、 工艺成本低 , 具有广泛的应用前景 。 目前除 Sanyo 一家公司掌握了全套技术外 , 多国科学家对其开展了广泛的研究 。 本文根据文献 , 对 HIT 电池的原理 、 结构 、 制备工艺等进行了分析 , 总结了制备高效 HIT 电池的关键技术及提高其效率的途径 。 作者希望以此文引起我国科技工作者 、 企业界人士的重视 , 尽快开展 HIT 电池的生产工艺技术的研究 , 以为未来新能源的发展进行必要的技术储备 。参考文献 :[1 ] EIJ I M ,AKIRA T ,MIKI O T ,et al. 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