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n型晶体硅太阳电池必威体育精装版研究进展的分析与评估2011-09-29 14:12:10浏览：25338 次来自：分享：　　摘要：n型晶体硅具有体少子寿命长、无光致衰减等优点，非常适合制作高效低成本太阳电池。结合PC1D模拟，对n型晶体硅太阳电池的必威体育精装版研究成果进行了分析，指出n型晶体硅太阳电池要实现产业化必须先解决P型硅表面钝化、硼扩散和硼发射极金属化等问题。最后预测了n型晶体硅太阳电池的产业化前景。　　关键词：n型晶体硅；太阳电池；PC1D模拟　　0引言　　P型晶体硅太阳电池一直是光伏市场的主力，目前只有Sunpower和Sanyo公司以n型晶体硅制作太阳电池。2008年n型晶体硅太阳电池产量只占晶体硅太阳电池总产量的8%。尽管如此，Sunpower的IBC(Interdigitatedback-con-tacted)电池以及Sanyo的HIT(Heter0junctionwithintrinsicthinlayer)电池却是目前效率最高的两款商品化太阳电池，转换效率都在20%以上，实验室效率更是高达23%，表明n型太阳电池在低成本高效太阳电池方面具有良好的发展潜力。　　本文将对近年来n型晶体硅太阳电池在材料性质、器件结构以及工艺技术方面的研究进展进行分析和评述。　　1材料性质　　发展初期，太阳电池主要应用于航天领域，所以在选择基体时必须考虑材料的抗辐射能力。1963年Bell实验室发现在高能辐射下n型太阳电池性能衰减严重，稳定后的转换效率低于类似结构的P型太阳电池。这一结果使P型太阳电池成为太空应用的优先选择，其电池结构和生产技术得到不断完善。在随后太阳电池转向地面应用的过程中，P型太阳电池结构得到沿用，P型晶体硅太阳电池成为主流。但是，在地面应用中并不存在太空辐射的威胁，因此P型晶体硅并不一定是最佳选择。近年的研究成果证实了这一点。　　一方面，P型晶体硅在地面应用中仍然存在衰减，而n型晶体硅的性能则更为稳定。早在1973年H．Fischer等就发现刚制作好的P型硼掺Cz硅太阳电池在光照下会出现明显的性能衰减。1997年J．Schmidt等证实硼掺杂Cz硅出现的光致衰减是由硼氧对导致的。由于n型磷掺杂Cz硅中硼含量极低，所以由硼氧对所导致的光致衰减并不明显。这一点已经被很多实验结果验证。　　另一方面，在太阳能级硅材料中，n型晶体硅比P型晶体硅具有更长的少子寿命。据J．Zhao等报道，不同体电阻率的n型Cz硅少子寿命都在1ms以上，远远高于P型Cz硅的水平，甚至比P型Fz硅的少子寿命还要长。据A．Cuevas等报道，n型me硅的少子寿命达l00μs，经过磷吸杂后，可以提升到1ms。D．Macdonald等对此进行了解释：因为铁等常见金属杂质对电子的俘获截面比对空穴的俘获截面大，所以在低注人情况下，n型硅比P型硅具有更长的少子寿命。　　n型晶体硅的上述优点引起了研究人员的兴趣，使得n型晶体硅太阳电池在结构和工艺方面获得了快速发展。　　2电池结构与工艺　　按发射极的成分和形成方式区分，n型太阳电池可以分为铝发射极、硼发射极和非晶硅／晶体硅异质结太阳电池3类。后者与前两种结构差异较大，本文不作讨论。按发射极的位置区分，n型太阳电池又可以分为前发射极和背发射极两类。以下将对铝背发射极、硼前发射极和硼背发射极太阳电池的研究进展进行讨论。　　2．1铝背发射极太阳电池　　图1为铝背发射极n型太阳电池结构示意图。如图1(a)所示，铝背发射极太阳电池的结构与传统P型太阳电池几乎一样，只是基体导电类型有所区别。　　为了了解铝背发射极太阳电池的特性，采用PCID软件对该结构进行模拟(参数设置为：硅片厚度200μm；体电阻率3Ω·cm；扩散曲线模型Erfc；光学部分由光线跟踪软件进行模拟)，结果如图2所示。从模拟结果可以得出，要获得高的转换效率，需要满足3个条件。　　(1)硅基体要具有长的体少子寿命。从图2可以看出，体少子寿命对电池效率的影响非常明显。当体少子寿命从1000μs缩短到100μs时，电池绝对效率下降超过4%。　　(2)太阳电池前表面要具有低掺杂浓度和低复合速率。　　(3)太阳电池背表面要具有低表面复合速率。特别是在前两个条件已经满足的情况下，背表面复合速率对太阳电池性能的影响变得明显。图1(a)所示结构的背表面具有大面积的金属一半导体界面，这种界面的表面复合速率极高。在背表面沉积钝化介质膜可以减小金属一半导体的接触面积，从而降低背表面复合，所以图1(b)所示的结构更有利于获得高转换效率。　　由于n型单晶硅(Fz、Cz)已被证实具有极长的体少子寿命，Si02、SiNx等钝化介质膜也被证实对重掺杂n型硅表面具有良好钝化效果。所以，近期的研究主要集中在电池背表面的钝化上。前期研究发现，常用的Si02、SiNx介质膜在重掺杂P型硅表面上的钝化效果并不