PERC电池背表面开膜参数的模拟及优化.docx

第14届中国光伏大会（CPVC14）论文集PERC电池背表面开膜参数的模拟及优化白焱麉1，王学孟1，梁宗存1,2，刘良玉3，邓幼俊2，艾斌1,2(1.顺德中山大学太阳能研究院，佛山528300；2.中山大学太阳能系统研究所，广州510006；3.国家光伏装备工程技术研究中心、中国电子科技集团公司第四十八研究所)摘要：钝化发射极和背表面太阳电池（Passivatedemitterandrearcell)是高效晶体硅电池的主流技术之一。由于该结构复杂的工艺步骤，一直没实现大规模生产。随着激光技术的发展，发射极的选择性掺杂和背表面的局域开膜工艺都得到了很大简化，PERC电 池在工业化生产中具有了更大的竞争力。本文利用PC2D二维模拟软件对PERC电池进 行了器件模拟和背表面开膜参数优化的研究。通过选取背表面线的方式建立了二维器件 模型，系统地模拟分析了PERC电池背面钝化质量，背表面场，背接触电阻对电池转换 效率的影响程度，及对背面开膜宽度及金属化比例的影响，最后得到不同情况下最优化 的背表面开膜参数。关键词：钝化发射极和背表面太阳电池；线开膜；模拟计算；参数优化19.5%的平均效率[2]。在简化的PERC工艺中，关键的是背面金属接触的实现。现在主流的方式是激光开膜，丝网印刷铝电 极。激光开膜的面积比例会影响到串联电 阻和短路电流。由于激光的作用，会使开膜处的表面复合速率增大，从而减小电 流。然而，开膜比例小又会使背面金属接 触面积减小，增大了串联电阻。因此提高 电池的效率，主要是优化背接触电阻与开 膜处表面复合速率的影响。本文通过模拟分析背接触电阻和背表面复合速率的对电池转换效率的影响，得出不同情况下PERC电池背面最优开膜比例。器件模拟因具有大幅缩短研究周期、 显著降低研发成本和获得更多电池内部 信息等方面的优势，成为了研发过程中不可或缺的重要技术手段。研究者们已使用1引言钝化发射极和背表面太阳电池（Passivatedemitterandrearcell，PERC)是实验室最早研究的高效太阳电池技术， 也是目前最适于工业化生产的高效太阳 电池之一。PERC结构极大地减少了表面 复合，显著提高开路电压和短路电流，从 而提高转换效率。遗憾的是，由于背面金 属接触面积减小，会使串联电阻增大，又 限制了转换效率的提高，同时使得填充因 子也变小。实验室最高效率为澳大利亚新 南威尔士州太阳能研究所达到的23.2%[1]，但使用的硅基底为高成本的区熔 硅，并且工艺繁琐，在工业化生产中很难实现。为了发展高效晶体硅太阳电池，PERC电池的的工艺在不断简化，竞争力不断增强。工业上使用直拉硅已达到22第14届中国光伏大会（CPVC14）论文集很多专业性软件，如Sentaurus对PERC电池经行了三维模拟[3]，但其参数的设置较 复杂，使用有限元分析等方法，对普通研 究者来说较难掌握。本文将利用简单便捷 的二维模拟软件PC2D进行模拟分析。2对PERC电池的模拟和分析2.1PERC电池模拟结构的建立PC2D是由美国HanwhaSolar公司的 Basore和Cabanas-Holmen于2011年发布的一款用于晶体硅太阳电池二维模拟的软件[4],它是一个包含宏计算的Excel工作本.图1PERC电池结构使用Excel作为软件界面,不仅降低了对电脑的硬件要求,而且由于其界面已被大多数用户所熟悉而更宜于操作。PC2D是 一个开源软件,所使用的物理和数值模型在工作本中均可见,用户可以根据自己的需要对工作本进行修改。由于PC2D是二维模拟软件，软件作者已经给出了SE， IBC，EWT等二维高效晶体硅电池模型。本文为了进行对PERC电池的模拟，需要 进行全新的建模。传统的背面点接触PERC电池为三维结构，但考虑到试产中 大部分使用激光线开膜，本文只考虑背面线接触结构。这样既符合对称的二维结 构，又可以解决生产中的实际问题。图1为PERC电池结构图。可以看出电池的最小重复单元为两栅线之间的区域（此处背面线开膜的间距取值和栅线间距相等，便于模型的建立）。模拟区域为 栅线间距一半的区域，和另一半区域镜面 对称，模拟面积为1cm2。需要指出的是PC2D可以结合PC1D进行模拟，通过PC1D计算边界条件，对电池的主要参数都可以进行模拟。对于PERC电池，我们关心的背表面复合速率， 背表面场的影响，背接触电阻，背面扩展 电阻，基底电阻率对电池的影响都可以准 确地分析，并得出电池转换效率，填充因 子的参数。2.2模拟参数的设置 模拟中最重要的是参数的设置，本文主要是为了获得不同情况下最优化的开 膜比例。首先定义开膜比例（也称金属化 比例）f：f=a/p其中：a为背面线开膜的宽度，p为 背面线开膜的间距，本文中和栅线间距相 等。通过改变a的宽度即可改变f值。PC2D中所用空