N型硅太阳电池总结..doc

1 N型背结背接触晶体硅电池高转化效率机理?首先，与掺硼(B)的P型晶体硅材料相比，掺磷(P)的N型晶体硅材料具有如下优势：（1）N型材料中的杂质（如一些常见的金属离子）对少子空穴的捕获能力低于P型材料中的杂质对少子电子的捕获能力。相同电阻率的N型硅片的少数载流子寿命比P型硅片的高（2）选用掺磷的N型硅材料形成的电池则几乎没有光致衰减效应的存在。因此，N型晶体硅电池的效率不会随着光照时间的加长而逐渐衰减。（3）N型材料的少子空穴的表面复合速率低于P型材料中电子的表面复合速率。因此，采用N型晶体硅材料少子空穴的复合将远低于P型材料中的少子电子的复合。（4）N型硅片对金属污杂的容忍度要高于P型硅片。对于Fe ,Cr,Co,W,Cu,Ni等金属对P型硅片的影响均比N型硅片高。而对于Au却是相反的。但是对于现代晶体制备工艺而言，Au污杂已不再是主要问题。(5)某些N型电池的生产工艺可以在200度以下进行，符合低成本、高产量、高效率的要求。(6) N型硅电池组件在弱光下表现出比常规P型硅组件更优异的发电特性。上述6大优势是N型晶体硅电池获得高转化效率的前提。  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。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。 背发射极要获得高的 转换效率，需要满足 3个条件。 与传统的常规电池相比，背结背接触电池具有：（1）受光面无电极遮挡损失。（2）背电极优化使得电池的串联电阻提高。因此可进一步优化电极宽度从而达到提高串联电阻的目的。（3）提供更好的优化前表面陷光和实现极低反射率的潜力。? ( 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1000 # s缩短到 100 # s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。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。由于 n型单晶硅 ( F z 、 Cz )已被证实具有极长的体少子寿命，Si02、Si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 S i O、S i介质膜在重掺杂 P型硅表面上的钝化效果并不理想，而等离子体化学气相 沉 积 ( P E CVD)a—S i和原子层沉积( AL D) Al203却显示出优异的钝化性能。 上述高效太阳电池均采用了Ti／P d／Ag前电极结构以及背表面钝化方案 ，这种结构 目前只能在实验阶段实现。 以上结果证明铝背发射极结构能在 F z和 C z硅基体上获得较高效率，但是该结构应用到mc硅基体时效果并不理想。这是因为该结构的 p - n结位于电池背表面，大量光生载流子需要从前表面附近迁移到背表面才能被内建电场分离，mc硅材料较短的体少子寿命导致光生载流子在迁移过程中大量复合，从而导致电池效率降低。 硼前发射极太阳电池 与铝背发射极结构相比，少子寿命对硼前发射极太阳电池的影响较小。从这点看，该结构适合应用于n型mc硅等质量较差的材料。 从 P C I D模拟结果还可以看出， 要获得高转换效率，必须尽量降低前表面掺杂浓度和前表面复合速率，因而对扩散和表面钝化提出了很高要求。此外，实际应用中，硼发射极表面金属化也是一个有待解决的问题。以下将对这 3方面进行讨论。 ( 1 ) 硼扩散 硼扩散的方法很多，按硼源分，有液态 BBr3。以及各种用于丝网印刷和旋涂的商品化硼浆 ， 从扩散设备来分主要有管式扩散和链式扩散两种。Y．Ko ma t s u等研究发现，在众多硼扩散方式中，用氮气携带液态 BBr3。进行管式扩散的效果最好。与其它方法相比，该方法更有利于避免金属污染。采用该扩散方法，硅片有效少子寿命比用其它方法扩散的样品高5倍以上。 硼扩散存在的一个问题是均匀性难以控制。在扩散前期，BBr3反应生成 B2O3。后者沉积在硅片表面，并在高温作用下扩散进入硅基体。这与磷扩散时 POCl3先生成 P2 O5再沉积到硅片表面的过程相类似。不同的是P2O5在850℃时为气相，可以均匀沉积在硅片表面。而 B2O3 的沸点较高，扩散过程中一直处于液相状态，难以均匀覆盖在硅片表面，扩散均匀性因而难以控制。 硼扩散的另一个问题是高温导致材