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1、快速扩散与丝网印刷制备多晶硅太阳电池,陶龙忠 沈辉 中山大学太阳能系统研究所 2008.06.07 国家高技术研究发展计划-863计划(2006AA05Z409),提 纲,太阳电池产业化发展 连续式快速扩散设备的介绍 方块电阻与扩散温度和扩散时间的关系 快速扩散对方块电阻均匀性的影响 快速扩散形成的pn结 快速扩散对少子寿命的影响 与丝网印刷结合制备多晶硅太阳电池及性能分析,图1 近年来太阳电池的发展状况(来源于Photon杂志,2008年4月),1. 太阳电池产业化发展,图3 从1999年至2007年不同种类的太阳电池产量百分比(来源于Photon杂志,2008年4月),图2 2007年(2
2、006年)全球太阳电池产量分布(来源于Photon杂志,2008年4月),从技术上说,国内的扩散工艺基本上全部采用常规管式扩散,扩散时间长,是整个生产工艺中的瓶颈,并且难以和后继工艺形成连续化生产线。国外研究机构非常重视快速扩散制备太阳电池的研究,并且成功将硅片的清洗腐蚀、扩散、沉积氮化硅薄膜、丝网印刷和烧结这些工艺完全整合成一条连续生产线,促进了规模化和产业化。目前,德国一些太阳电池企业已经开始定购这样的设备,采用连续式快速扩散炉来代替常规管式扩散炉,台时产量可达5600片。,图4 连续式快速扩散炉的截面图,2. 连续式快速扩散设备的介绍,图5 陶瓷绳传送带,表1 连续式快速扩散与常规管式扩
3、散的比较,试验采用Deutsche Solar的多晶硅片 参数为:156 mm156mm,24040m,P/boron, 0.52.0 ohmcm。 利用旋转涂源法进行涂源掺杂,掺杂液为磷酸溶液。将掺杂液中磷酸的含量提高到20以上,可以保证快速扩散方式为恒定源扩散。 对于连续式快速扩散,只需要调整扩散温度和扩散时间两个参数,就可得到确定的方块电阻值。,3. 方块电阻与扩散温度和扩散时间的关系,图6 方块电阻与扩散时间的关系,图7 方块电阻与扩散温度的关系,图7 扩散时间为300s时方块电阻与扩散温度的关系,尽管这种掺杂方式可得到极为均匀的pn结,但显而易见,对于工业化生产,单片旋转涂源法无法满
4、足大规模生产化要求。为此,我们改进了掺杂源和其它工艺,可以成批进行涂膜但又能保证均匀性,有望很快就能应用于实际生产中。,图 4 方块电阻的均匀性,4. 快速扩散对方块电阻均匀性的影响,5. 快速扩散形成的pn结,图410 采用霍尔测试仪和二次离子质谱仪测试的P杂质分布情况,6. 扩散温度对多晶硅少子寿命的影响,图5 在相同的扩散时间下不同的扩散温度对多晶硅片少子寿命的影响,(a)多晶硅片 (b)初始少子寿命( 13.1s),(c)860/300s(48.0s) (d)850/300s(52.3s),(e)840/300s(53.5s) (f)830/300s(58.2s),7. 与丝网印刷结合
5、制备太阳电池,采用两种规格和来源的多晶硅片制备多晶硅太阳电池: (1)156 mm156mm,24040m,P/boron,0.52.0 ohmcm,Deutsche Solar (2)125 mm125mm,30040m,P/boron,0.53.0 ohmcm,Solar world 制备工艺如下: 碱腐蚀去除硅片损伤层 涂膜掺杂 扩散(方块电阻为502 ohm/sq) 去除磷硅玻璃 沉积氮化硅薄膜 丝网印刷电极及烧结 激光去边结 测试,表2 标准条件下测试的5寸、6寸多晶硅光面电池性能参数,图7 5寸光面多晶硅太阳电池最高效率IV曲线,图8 6寸光面多晶硅太阳电池最高效率IV曲线,图9 LBIC对6寸多晶硅太阳电池的分析,结论 连续式快速扩散已经开始用于国外生产线。它不但可以在极短的时间内完成对硅片的扩散,而且制备出的发射极极为均匀。此外,在高温和快速扩散的条件下,硅片的少子寿命不但没有降低,反而有较大提高,充分说明这种扩散方式对多晶硅片还有良好的吸杂钝化作用。利用连续式快速扩散与丝网印刷等生产工艺制备两批多晶硅电池,其中5寸光面电池最高效率达到15.8%,平均效率为15.6,6寸光面电池最高效率达到15.5%,平均效率约为15.3,取得了良好效果。,谢谢!,