掺镓 Cz-Si在TOPCon钝化接触结构中的应用--中国科学院智雨燕

高效柔性 轻质晶硅太阳电池 产业化项目 掺镓 Cz-Si 在TOPCon 钝化接触结构中的应用 报告人: 智雨燕 中国科学院宁波材料技术与工 程研究 所 E-mail: zhiyuyan@nimte.ac.cn 2020年11 月5 日太 阳 能 及光电子器件团队 报告提纲 一、研究背景 二、研究内容 ➢ 掺Ga 直拉单晶硅片钝化表现 ➢ 掺杂源在掺Ga 单晶硅硅片中的扩 散特征 ➢ Ga 单晶硅钝化片光照稳定性 三、总结与展望 2太 阳 能 及光电子器件团队 P型电池现状 研究背景 PERC ✓ p型衬底成本较低 ✓ p型衬底扩磷技术成熟，生产制程简单  p 型Cz-Si 存在B-O对导致的衰减问题 10ppma Ran Chen et al. Prog Photovolt Res Appl. (2020) 1–9 S.W. Glunz, et al. 2th PVSEC,1343-4346 3太 阳 能 及光电子器件团队 P 型PERC电池LID 问题 研究背景 • 在含O的掺B Cz硅片中光照促进形成 亚稳态B-O复合体 • B-O复合体与硼浓度成正比，与氧浓 度成平方关系 光再生处理  再生处理仍存在衰减问题 Jan Schmidt et al. PHYS REV B. 69 (2004) 024107 C. Derricks, et al. SOL ENERG MAT SOL C. 195 (2019) 358–366 4太 阳 能 及光电子器件团队 掺Ga直拉单晶硅Si 片 引入 研究背景 ✓ 掺镓衬底光照前后效率无衰减 B doped Ga doped S. W. Glunz et al. Prog. Photovolt: Res. Appl. 7 (1999) 463–469 Teimuraz Mchedlidze et al. Phys. Status Solidi RRL. No. 2 (2015) 108–110 V. Meemongkolkiat et al. Prog. Photovolt: Res. Appl. 14 (2006)125–134 5太 阳 能 及光电子器件团队 掺Ga衬底在PERC中的应用 研究背景 N.E. Grant et al. SOL ENERG MAT SOL C. 206(2020) 隆基乐叶；爱旭 6太 阳 能 及光电子器件团队 P 型TOPCon 研究背景 Fz ✓ 无背面开孔和额外局部掺杂，避免金属 电极与硅片直接接触，降低复合损失 Armin Richter et al. Prog Photovolt Res Appl. 26 (2018) 579–586 Yan et al. Appl. Phys. Lett. 113 (2018) 061603 7太 阳 能 及光电子器件团队 二、 工作内容介绍 8太 阳 能 及光电子器件团队 TOPCon结构 研究内容技术路线 p-type Ga-doped Cz-Si wafer p-type B-doped Cz-Si wafer n-type P-doped Cz-Si wafer p + a-Si:H N 2 O-SiO x p(Ga)-type c-Si p + a-Si:H N 2 O-SiO x p(B)-type c-Si p + a-Si:H N 2 O-SiO x n(P)-type c-Si PECVD: SiO x /a-Si:H Annealing in N 2 &H2O 820℃-960 ℃ ALD: AlOx:H 9太 阳 能 及光电子器件团队 研究内容技术路线 隧穿氧化硅层 • 工艺优势：SiO x 层在PECVD中与 Si:H层一起沉积 • 钝化性能已在n-TOPCon 结构中得 到验证 Y. Huang et al.SOL ENERG MAT SOL C. 208 (2020) 110389 10太 阳 能 及光电子器件团队 钝化特征 • 掺Ga 衬底可以在 较高的温度范围 内保持钝化性能 • 得到较低的J 0,s 705mV 703mV 708mV 11 1 ×10 16 cm -3 1 ×10 16 cm -3 1 ×10 16 cm -3 unpublished太 阳 能 及光电子器件团队 钝化特征 ✓ 掺Ga 衬底体区J 0 整体低于掺B衬底 Matthias Muller. Energy Procedia 92 (2016)138-144 表面与体区J 0 (饱和暗电流密度) 12 820 850 880 900 920 940 960 0 10 20 30 40 50 60 Saturated Dark Current (fA/cm 2 ) Temperature (° C) B-doped Cz-Si Ga-doped Cz-Si 2 ×10 16 cm -3 19.15 fA/cm 2 18 fA/cm 2 820 850 880 900 920 940 960 0 50 100 150 200 250 Saturated Dark Current (fA/cm 2 ) Temperature (° C) B-doped Cz-Si Ga-doped Cz-Si unpublished太 阳 能 及光电子器件团队 寿命特征 • 掺Ga 衬底在低注 入下复合较少 • 掺Ga 衬底随温度 升高寿命逐渐升 高，掺B衬底与 之相反 13 unpublished太 阳 能 及光电子器件团队 扩散特征 ✓ 掺Ga衬底与掺B衬底高温下掺杂源扩散深度几乎一致，因此掺Ga 衬底 体现出来的耐高温特性可能与扩散无关 14 unpublished太 阳 能 及光电子器件团队 钝化片衰减特征 掺Ga衬底双面钝化片 光照稳定性 光照条件：75 ℃，1 sun ，150 min ✓ 掺Ga衬底寿命几乎保持不变 15 unpublished太 阳 能 及光电子器件团队 模拟结果 Quokka 2 模拟效率 模拟参数 Parameters Value-Ga doped Cz-Si cell thickness front contact shape front J 0 ,met front J 0,pass 180 μm Line wide 30 μm 800 fA/cm 2 40 fA/cm 2 front contact resistivity p-type bulk resistivity bulk lifetime auger model rear J 0 rear contact resistivity rear contact shape shading with generation current series resistance shunt resistance 1 mΩ·cm 2 1 Ω·cm 2000 μs Richter2012 9 fA/cm 2 10 mΩ·cm 2 full area 30 μm 43 mA· cm 2 0.1 Ω·cm 2 1 ×10 5 Ω·cm 2 • 钝化结构隧穿氧化硅层 • 背面金属接触 16 A. Fell et al.IEEE Transactions on Electron Devices 60 (2) (2012) 733 –738 unpublished V oc J sc FF R s η 695 mV 41 mA· cm2 82.9% 0.21 Ω·cm2 23.6%太 阳 能 及光电子器件团队 总结与展望 总结： ➢ 掺Ga衬底在TOPCon 结 构 中 可 以 达 到 良 好 钝 化 效 果(iV oc 705 mV ， J 0,s 10 fA/cm 2 ) ， 低注入下无明显复合。 ➢ 掺Ga衬底体现出 耐 高 温 特 性 ， 有 较 宽 的 高 温 工 艺 窗 口 。 ➢ 掺Ga衬底光 照 下 寿 命 稳 定 。 17太 阳 能 及光电子器件团队 致谢  感谢 叶继春研究员，闫宝杰研 究员和 曾俞衡 研究员 廖明墩工程师，刘伟工程 师以及 太阳能 光电子 器 件团队所有老师和同学 18  感谢 中国科学院宁波材料与技 术工程 研究所 上海大学 国家自然科学基金面上项 目, No. 61974178 国家重点研发计划2018YFB1500403 浙江省自然科学基金面上 项目 LY19F040002 中科院青年促进会No. 2018333 感谢合作企业：金辰、拓 升、博 威、晶 科、中 来、时创、东方日升