N-PERT电池表面钝化技术研究-上海神舟新能源.pdf

光伏事业部 技术研发中心 N-PERT电池表面钝化技术研究上海神舟新能源发展有限公司2014年11月8日 光伏事业部 技术研发中心 万方数据 光伏事业部 技术研发中心光伏事业部 技术研发中心 银铝电极 metal contact P+层 硼掺杂（Boron diffusion）氧化/钝化层 passivation layerN型硅 N type wafer银电极metal contact N+层 磷掺杂(Phosphorus diffusion)利用高效掺杂技术、双面钝化技术等，研制出N型PERT双面电池技术！较常规电池仅增加两道工序双面受光，双面发电，度电成本更低无LID效应 N-PERT电池简介 万方数据 光伏事业部 技术研发中心 太阳电池转换效率与正面及背面复合速率的关系要制造出批产转换效率在20.0%以上的高效电池，优异的钝化是有效的效率提升手段之一。 研究目的 万方数据 光伏事业部 技术研发中心 00 22)( n lsp ls issn lsp ls issstths S ppS nn npnppnn npnNU    复合速率正比于缺陷密度，从制造技术上讲，可以通过沉积或生长一层合适的钝化薄膜来有效地降低表面态密度 Nst，从而降低表面复合!钝化理论研究复合速率Us与固定于能量Et的单能级表面态的关系由下式给出：Nst：单位面积表面态数目 万方数据 光伏事业部 技术研发中心 钝化膜 钝化机理 表面钝化 体钝化 成膜质量 高温稳定性 主要应用SiNx:H 较高的正电荷密度H钝化 Good Excellent Good Average N+发射机钝化SiNx/SiNySiO2/SiNxSiO2 表面缺陷补偿 Excellent Average Excellent Excellent SiO2/SiNxAlOx 高负电荷密度 Excellent Good Excellent Excellent P+区钝化AlOx/SiNx:H当原始硅片具有足够长的少子寿命时，提高效率的最大挑战是使太阳电池两个表面上的复合损失最小化，以下为常用表面钝化膜的钝化机理和效果比较：Step1：表面钝化，降低表面态密度Nst；Step2：氧化层中引入固定负电荷，产生场效应钝化作用。钝化膜机理比对 万方数据 光伏事业部 技术研发中心 钝化膜机理比对 本文比较以上三种钝化膜结构的钝化效果，寻找适合N-PERT电池的表面钝 化技术： 氮化硅 氧化硅+氮化硅 氧化铝+氮化硅 三种钝化膜结构图 万方数据 光伏事业部 技术研发中心 氧化硅钝化效果分析制备方式 密度（g/cm3） 折射率（λ=546nm） 界面陷阱密度 表面钝化效果干氧 2.24 ～2.27 1.460～1.466 高 较好湿氧 2.18 ～2.21 1.435～1.458 低 好水汽 2.00～2.20 1.452～1.462 低 好用热氧化SiO 2作表面钝化，可以极大地降低了表面态密度。在高效率晶体硅太阳电池中，常用高温干氧氧化工艺形成的二氧化硅薄膜来作为太阳电池前后两个表面的钝化膜。三种制备方式中，从机理上分析，干氧钝化效果最好，比对如下： 万方数据 光伏事业部 技术研发中心 使用氧化硅+氮化硅钝化膜与氮化硅钝化膜进行性能比对，制备条件如下： 沉积模式 沉积温度℃ 沉积时间（min） 沉积厚度（nm）氧化硅 热氧化 700 30 2~5氮化硅 PECVD 400~450 15 70~85氧化硅钝化效果分析钝化膜类型 少子寿命（us) Implied Voc(V)单片值 平均值 单片值 平均值氮化硅 59.00 59.72 0.6554 0.6528 60.44 0.6502 氧化硅+氮化硅 73.89 84.00 0.6628 0.6679 94.11 0.6729 金属化前分别测试不 同 钝 化 膜 硅 片 的Implied Voc以及少子寿命，氧化硅+氮化硅的硅片Implied Voc提升了15mv。 万方数据 光伏事业部 技术研发中心二氧化硅膜可有效地消除硅的表面态，对电池开路电压以及短路电流提升明显，表面复合的减少使电池填充因子也有一定提升。钝化膜类型 Voc(V) Isc(A) FF(%) Eta(%)氧化硅+氮化硅 0.6430 9.701 77.600 20.290 氮化硅 0.6305 9.561 76.840 19.390 氧化硅钝化效果分析 万方数据 光伏事业部 技术研发中心 氧化铝钝化膜制备与氮化硅膜钝化相比，使用氧化硅+氮化硅膜钝化，开压、效率明显提升；但与常规P型电池不同，N型电池表面使用硼掺杂，如使用带负电荷的氧化铝+氮化硅钝化膜，可同时实现表面钝化及场效应钝化，常见的氧化铝沉积方式比对如下：沉积方式 沉积速度nm/min 均匀性 热稳定性 钝化效果ALD 2~70 Good Good Excellent PECVD 100 Good Good Good磁控溅射 1~2 poor Poor NormalALD及PECVD两种方式沉积的氧化铝钝化效果相对更好！ 万方数据 光伏事业部 技术研发中心 ALD与PECVD 氧化铝钝化膜制备 万方数据 光伏事业部 技术研发中心组合1 组合2 组合3 组合4 组合5 组合6dSiNx（nm） 60 70 80 55 65 75dAlxO3（nm） 15 15 15 8 8 8 氧化铝钝化效果分析模拟分析氧化铝膜厚度与氮化硅膜厚度的最佳匹配，分别选取氧化铝膜厚度为8nm和15nm时，匹配不同氮化硅厚度，比对入射光波长400~800nm段的反射率曲线。 选择组合1和组合5进行实验 模拟分析 万方数据 光伏事业部 技术研发中心 氧化铝钝化效果分析钝化膜类型 Implied Voc(V)单片值 平均值氧化硅+氮化硅 0.6740 0.6647 0.6554氧化铝8nm+氮化硅65nm 0.6730 0.6755 0.6779 氧化铝15nm+氮化硅60nm 0.6820 0.6806 0.6791比较两种钝化膜的Implied Voc数据，由于氧化铝薄膜的场钝化效应，氧化铝+氮化硅较氧化硅+氮化硅高10mv以上，其中氧化铝薄膜厚度为15nm的批次又较氧化铝薄膜为8nm的高2.5mv。 效果比对 万方数据 光伏事业部 技术研发中心 结论通过比较三种结构的钝化膜的性能，确定最适合N型双面电池的钝化技术，氧化铝+氮化硅的钝化结构表现出更优异的性能，后续将开发基于氧化铝+氮化硅钝化结构的N型双面电池。 其中氧化硅+氮化硅的双层钝化膜结构产出的156mm*156mm尺寸的N型双面电池平均转换效率达到20.2%，最高单片效率20.8%。 万方数据 光伏事业部 技术研发中心地址：上海市闵行区江月路505号 电话：021-54322900 传真：021-54322912 邮编：201112 Thanks for your kindly Attention. 万方数据