氧化硅钝化技术在p型硅太阳电池中的应用-庄宇峰

氧化硅钝化技术在 p 型硅 太阳电池中的应用 庄宇峰 1，张松 2，沈文忠 1 1. 上海交通大学太阳能研究所 上海 200240 2. 上海神舟新能源发展有限公司 上海 201120 E-mail: wzshen@sjtu.edu.cn, Tel: +86-21-54747552 2018.11.09 ① 表面钝化背景简介 ② 液相沉积氧化硅薄膜研究进展 ③ 热氧化工艺在 Al-BSF电池中的应用 ④ 氧化硅钝化在 PERC电池中的应用 ⑤ 总结与展望 目录 Cited from ANU σ pp σ nn Dvnpn U - n 1s p 1s itth 2 iss s + + + ) = ( Us为表面复合速率， ns和 ps分别为表面电子和空穴密度 ni为本征载流子浓度 vth为电子的热运动速度 Dit为表面态缺陷密度 n1与 p1为统计因子 σp和 σn分别为空穴和电子俘获截面 硅片 表面的钝化效果可以用肖克利 -里德 -霍尔 SRH复合理论来表示 ： 化学钝化可以减少表面态缺陷密度 ， 固定电荷形 成的电场排斥表面的电子 /空穴 ， 减少表面的电 子 /空穴浓度 ， 从而减小表面复合速度 。 表面钝化背景简介  氧化硅的制备分为两大类 • UV/O3: 720 mV @800℃, 725 mV @ 900℃ • DIO3法： 725 mV@ 800℃, 690 mV @ 900℃ Fraunhofer ISFH / Hannover (planar) • Chemical oxide: 1.5 fA/cm2, 742 mV • Ozone oxide: 0.5 fA/cm2, 743 mV • Thermal oxide: 1.1 fA/cm2, 742 mV 湿法和干法均能制备高质量的氧化硅 1. HNO3法 3. 液相沉积法  湿法 优点：制备方法简单，厚度容易控制 2. 臭氧水 (DIO3) 法 4. UV/O3法 5. 热氧化法 干法 优点：兼容产业化应用 6. PECVD法 表面钝化背景简介 1.液相沉积氧化硅薄膜生长机理 液相沉积氧化硅 薄膜 在 硅基 底上生长 的 模型 图 (2) (1) 液相沉积氧化硅薄膜研究 退火前后液相沉积氧化硅薄膜的 FTIR光谱图 K. Tsukuma, Journal of Non-crystalline Solids (1997) 退火后，氧化硅薄膜膜厚减小，折射率增加 液相沉积氧化硅薄膜研究 Si SiO2 液相沉积氧化硅薄膜研究 液相沉积氧化硅薄膜研究 小结  液相沉积氧化硅工艺简单，薄膜生长易于控制，生 长温度低 (~50℃ )，生长速率高，生长的氧化硅薄膜 能均匀覆盖衬底  沉积初钝化效果不佳，退火后钝化性能大幅提升  对 p型硅片和 n型硅片都能表现出良好的钝化特性  沉积条件对钝化性能的影响不大 R EF 2. 13 2. 15 2. 18 2. 20 75 90 105 120 135 150 165 180 195 Im pl i ed V oc Effectiv e Li fetime (  s ) Ef f ect i ve Lif et i m e 620 625 630 635 640 645 650 655 660 665 Impli ed V o c (mV ) PV Lighthouse Wafer Ray Tracer BSF + Back-Contact Layer (Al) n++ Emitter Passivation Layer (SiO2 /SiNx) Front-Contact Finger (Ag) 清洗及制绒 扩散 刻蚀 ARC沉积丝印 开路电压提升 ~3mV; 短路电流提升 25-30mA; ① 界面氧化层钝化效果存在； ② 降低表面复合速度； ③ 改善蓝光响应； ④ 接触特性降低 ， 填充因子损失 ~0.3%；  电池外观颜色改善 可拓展底层膜折射率工艺窗口下限 ， 改善电池颜色的分布 ， 减少色差片 。  热氧引入外观不良比例 --白点 ① 判定为热氧工艺前药液残留； ② 降低热氧工艺温度及高温时间可有效降 低白点比例 ， 但氧化效果大幅降低 ， 电池提效不明显； ③ 管式 PECVD镀膜 ， 镀膜前清扫表面 ， 可完全消除白点 ， 但容易造成损伤 ④ 可以考虑采用 PECVD低温沉积氧化硅及氮化硅 ， 同时减少转用过程带来 的其他问题 热氧化工艺在 Al-BSF电池中的应用 BSF + Back-Contact Layer (Al) n++ Emitter AR/Passivation Layer (SiNx) Front-Contact Finger (Ag) LBSF (p+) Back-Contact Layer (Al) Passivation Layer (SiO2/SiNx) 清洗及制绒 扩散 刻蚀 退火 背钝化膜沉积 正钝化膜沉积 背面激光开膜 丝网印刷 &烧结 电注入 测试分选 PERC电池工艺流程 氧化硅钝化在 PERC电池中的应用 清洗及制绒 扩散 刻蚀 退火 背钝化膜沉积 正钝化膜沉积 背面激光开膜 丝网印刷 &烧结 电注入 测试分选 PERC电池工艺流程改良 碱抛光 清洗及制绒 去 PSG 扩散 正钝化膜沉积 背面激光开膜 丝网印刷 &烧结 电注入 测试分选 背钝化膜沉积 氧化硅钝化在 PERC电池中的应用 20 μm 20 μm 改良前背抛绒面 改良后背抛绒面 工艺改良后 ， 背面抛光效果明显提升 , 抛光绒面塔基尺寸达到 20μm， 背绒 反射率提升至 ~45% 20 μm 改良前背抛绒面 氧化硅钝化在 PERC电池中的应用 氧化硅钝化在 PERC电池中的应用  氧化硅是一种很好的钝化材料 ， 可以应用于背钝化电池 ,电池效率提 升明显 ， 去 BSF电池相比 ， 效率可提高 1.2%以上；  氧化硅 PERC电池制备工艺方案简单 ， 对设备要求较低；  针对填充因子较低的问题 ， 后续可采用 SE及多主栅技术 ， 以提升电 池的接触特性 ， 提升电池效率；  考虑降低背表面钝化膜膜厚 ， 改善镀膜均匀性问题 ， 提升效率分布 的收敛性 ， 同时满足制备双面电池对背膜的要求；  后续可叠加氧化铝钝化工艺 ， 寻求更好的场钝化效果 ， 进一步提升 背表面钝化效果 。  总结与展望  致谢 非常感谢上海神舟新能源发展有限公司，无 锡嘉瑞光伏有限公司给予的支持与帮助！ Thank You Very Much For Your Attention!