利用工艺和器件仿真优化发射极提高单晶硅电池转换效率.pdfVIP

第35卷第10期 太阳能学报 V01．35，No．10 2014年10月 ACTAENERGIAESOIARISSINICA 0ct．．2014 文章编号：0254-0096(2014)10．1999-05 利用工艺和器件仿真优化发射极提高 单晶硅电池转换效率 邢宇鹏，韩培德，范玉杰，王 帅，梁 鹏， 叶 舟 (中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室，北京100083) 摘要：利用半导体工艺及器件仿真工具TCAD软件的工艺仿真模块模拟单晶硅电池制造过程中的扩散和热氧 化过程，得到与测试结果相一致的掺杂分布曲线。在工艺仿真基础上，利用TCAD软件的器件仿真模块计算电池 的转换效率和内量子效率，发现通过降低扩散温度以及在扩散之后加入热氧化工艺可减小发射极表面附近的掺 杂，从而减小发射极复合以及表面复合，且热氧化还可减少发射极方阻，如果电池接触电阻增加较小的话，上述工 艺可提高转换效率。通过测试实际电池的量子效率曲线对仿真进行验证，说明了器件仿真的准确性。 关键词：单晶硅电池；发射极；仿真；磷扩散 中图分类号：TM914．4 文献标识码：A 过测试实际电池的量子效率对仿真进行验证，说明 0 引 言 了器件仿真的准确性。 提高太阳电池的转换效率是降低太阳能光伏发 1 扩散及热氧化工艺仿真 电成本的一种有效方法。目前工业化量产的单晶硅 电池最高转换效率已达到20．3％…，如果想进一步 首先利用TCAD软件工艺仿真模块对晶体硅 提高单晶硅电池的转换效率，必须对电池的结构及 太阳电池制造过程中的磷扩散和热氧化过程进行 参数进行精细的设计和优化。目前在晶体硅电池制 工艺仿真。硅中的磷扩散机制较复杂，扩散基本 造领域广泛使用的晶体硅电池模拟软件PCID软件规律菲克第一定律只是考虑简单的热扩散过程， 只能对电池进行一维器件仿真，无法对像选择性发 不能完全描述磷在硅中扩散。磷在硅中扩散时会 射极电池、背接触电池、金属环绕穿通电池和发射极 释放电子，带上正电，硅中的电场会加速其扩散， 环绕穿通电池等结构复杂的高效电池进行精确仿 且其扩散过程的主要扩散机制也会随扩散过程的 真。在半导体集成电路制造领域已成熟的计算机辅 进行而变化，因而其仿真过程也较复杂¨o。TCAD 助设计(TCAD)软件已开始越来越多应用于晶体硅软件的工艺仿真模块集成了Stanford大学的 电池的仿真，利用TCAD软件的工艺仿真模块可对SUPREM工艺仿真系统的模型，通过选取合适的 电池制造过程进行仿真，利用TCAD软件的器件仿工艺模型，调整相关参数，可很好地仿真晶体硅太 真模块可对电池进行二维甚至三维器件仿真∞J，所 阳电池制造过程中的磷扩散和热氧化过程，包括 以能很好地仿真上述复杂结构电池。本文先利用 磷扩散带来的表面附近的死层等。为保证工艺仿 TCAD软件的工艺仿真模块模拟了单晶硅太阳电池真与实际的制造工艺相吻合，制备了扩散和扩散 制备过程中的扩散和热氧化过程。在工艺仿真的基 后热氧化的样品，对其进行磷元素的SIMS测试 础上，利用TCAD软件的器件仿真模块的二维器件(SIMS测试由台湾闳康科技提供)，然后与工艺仿 仿真功能计算了不同扩散及热氧化工艺条件对单晶 真结果进行对比，如图1所示，可看到仿真结果与 硅电池的转换效率和内量子效率的影响。最后，通 测试结果吻合较好。扩散的实验样品通过四探针 收稿日期：2012-08-30 基金项目：国家自然科学基金6097604661021003)；国家重大科学研究计划(2010CB933800) 2000 太 阳 能 学 报