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1、专科生毕业论文（设计）题目：选择性发射结电池综述学科门类系 （部）学号姓名专业指导教师2012 年 11 月 4 日目 录目 录 . 1 第一章选择性射结电池相比普通电池的优缺点描述 . 3 21.1 概论 3 1.2 选择性发射极太阳能电池的结构 3 1.3 选择性发射极太阳能电池的优点： . 4 第二章选择性发射结电池的种类 . 5 2.1 择性发射极构造的现有方式 5 2.2 单步扩散法 . 5 2.2.1在硅片概况平均涂源进行扩散和选择性腐化 . 5 2.2.2加热源的掩模处置. 6 2.2.3 仅在电极区印刷高浓度磷浆，然后放入扩散炉中进行扩散 6 2.2.4在硅片概况分歧区域沉积分
2、歧浓度的磷硅玻璃 . 6 2.2.5在埋栅电极太阳电池中形成选择性发射极 . 7 2.3 选择性发射极构造的改良方式 7 2.3.1印刷电极时在电极浆猜中掺入高浓度磷浆 . 7 2.3.2电极栅线状丝网印刷高浓度磷浆后在POCl3氛围中进行扩散 7 2.3.3扩散开端时通入携POCl3气体 . 7 2.3.4 扩散停止前通入携POCl3气体 7 2.3.5 快速扩散与惯例扩散的联合 8 第三章选择性发射结电池特点描述 . 8 第四章择性发射结电池的最新进展概述 . 9 结论 . 10 致谢 . 11 3第一章选择性射结电池相比普通电池的优缺点描述1.1 概论“选择性发射极太阳能电池规模化生产技
3、术”是国家“十五”863计划能源技术领域 后续能源技术主题创新课题成果。课题目标是研究开发具有自主知识产权，能用于规模 化生产的一种新型高效太阳电池技术选择性发射极太阳电池技术，提高现有晶体硅 太阳电池的光电钻换效率和生产效率 一种晶体硅太阳能电池选择性发射结的制备方法，在硅片表面采用氮化硅作为掩膜 进行重扩散和浅扩散，形成重扩散区域和浅扩散区域。采用本发明有利于提高光生载流 子的收集，尤其可以提高短波光生载流子的收集率，所以可以大幅度地提高太阳能电池 的开路电压 、短路电流和填充因子 ，从而使电池获得 高的光电转换效率，这样的好处正是在太阳能电池不同的区域中形成掺杂浓度高低不 同，扩散深浅不
4、同所带来的. 所谓选择性发射极 （SE-selective emitter ）晶体硅太阳能电池， 即在金属栅线（电 极）与硅片接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂。这样的结构可降低扩散 层复合，由此可提高光线的短波响应，同时减少前金属电极与硅的接触电阻，使得短路 电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，从而提高转换效率。 在此，介绍 SE的结构和优点，并结合这些turnkey 生产线工艺，重点分析几种SE 一次扩散法的优缺点并对未来进行展望。1.2 选择性发射极太阳能电池的结构传统结构电池 SE结构电池 传统结构电池盒选择性发射极电池的结构在太阳能电池的众多参数中，发射极（dopan
5、t profile）是最能影响转换效率的参4数之一。 适当提高方块电阻可提高开路电压和短路电流，但是在丝网印刷方式下， Ag电极与 低表面掺杂浓度发射极的接触电阻较大，最终会由于填充因子的下降从而引起转换效率 降低。为了同事兼顾开路电压、短路电流和填充因子的需要，选择性发射极电池是比较理 想的选择，即在电极接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂。 传统结构的太阳能电池n+扩散层一般在 40-50/sqr ，而 SE结构的太阳电池的浅 扩散方阻一般在 80-100/sqr ，在电极下的重掺方阻则低于40/sqr 。1.3 选择性发射极太阳能电池的优点：(1) 降低串联电阻，提高填充因子 太
6、阳电池的串联电阻由栅线体电阻、前栅与硅表面的接触电阻、扩散层薄层电阻、 硅片体电阻、背电极接触电阻和背场体电阻组成。 其中，在丝网印刷工艺下，前栅接触电阻、体电阻和扩散层薄层电阻对串联电阻贡 献最大。 根据金属 - 半导体接触电阻理论，接触电阻与金属势垒（barrier height）和表面 掺杂浓度（ Nd ）有关，势垒越低，掺杂浓度越高，接触电阻越小。 （2）减少载流子 Auger 复合，提高表面钝化效果 当杂质浓度大于 1017cm-3时，Auger 复合是半导体中主要的复合机制，而Auger 复合 速率与杂质浓度的平方成反比关系，所以SE的浅扩散可以有效减少载流子在扩散层横 向流动时的
7、 Auger，提高载流子收集效率； 另外，低表面掺杂浓度意味着低表面态密度，这样也可提高钝化效果。 (3) 改善光线短波光谱响应，提高短路电流和开路电压 对于 AM1.5G 而言，约 20% 能量的入射光的吸收发生在扩散层内，所以浅扩散可以提 高这些短波段太阳光的量子效率，提高短路电流； 同时，由于存在一个横向的(n+ - n+) 高低结，和传统结构相比，还可提高开路电 压。5第二章选择性发射结电池的种类2.1 择性发射极构造的现有方式1.1 双步扩散法此扩散方式分两个步调分辨形成选择性发射极构造的两个分歧区域。一般在高掺 杂深扩散区获得 16/ 摆布的方块电阻， 而在低掺杂浅扩散区获得/ 摆
8、布的 方块电阻。它可以用多种情势来实现选择性发射极构造，表1 给出此中的一种。用此 工艺，联合 SiN4/MgF2双层减反射膜已在100cm2多晶硅 上实现 15.9%的转换效力。但 因为两步扩散法中硅片有两次高温热进程，对硅片的侵害较大而且热耗也很大，从成 结的质量和工艺本钱来说，两步扩散法不太幻想。2.2 单步扩散法扩散法是为了避免双步扩散法的弊病而形成的。因为其热耗少而且避免了对硅片 的二次高温处置而带来的侵害等长处， 是以逐渐成为了制造选择性发射极的重要方式。 它的具体操纵情势有多种，此中与快速扩散方式联合，可以进一步下降工艺的热耗， 具有很好的贸易化远景。2.2.1在硅片概况平均涂源
9、进行扩散和选择性腐化艺包含两个进程： 1）在硅片概况平均涂源进行扩散，结相对较深；2）丝网 印刷前 电极，金属化后，非电极区用等离子体腐化很薄的一层，则选择性发射极也就形成了， 如图 1 中的（b）所示。此方式中等离子体腐化须要相对庞杂和昂贵的装备，腐化进程 中也会对电极的接触有影响。62.2.2加热源的掩模处置艺是对加热源进行选择性处置，重要利用于快速扩散体系中，将光源依照选择性发 射极的须要进行掩模处置，使得平均地印刷在硅片概况上的杂质在扩散进程中受光和 热不平均而造成扩散深浅分歧、浓度高下分歧的区域，从而形成选择性发射极构造。 此方式中，请求掩模在高温扩散的进程中不克不及变形，且操纵也较
10、庞杂。2.2.3 仅在电极区印刷高浓度磷浆，然后放入扩散炉中进行扩散浓度磷浆如电极栅线状印刷到硅片概况，然后将硅片放入扩散炉中进行扩散（可所 以惯例扩散，也可所以快速扩散）。高浓度磷浆在扩散进程中从印刷区挥发沉积到非 印刷区。因为如许挥发沉积获得磷浓度不如印刷区的高，如许就形成高下浓度的掺杂， 获得选择性发射极构造，如图2 所示此方式中，对非印刷区的掺杂可能过低，尤其是 在短时光（ 1 分钟内）的快速扩散中，高浓度磷浆甚至还来不及挥发沉积，扩散就停 止了。2.2.4在硅片概况分歧区域沉积分歧浓度的磷硅玻璃低温常压 化学气相沉积的方式 low temperature （400）atmospher
11、ic pressure chemical vapor deposition ， APCVD 并联合掩模 , 在硅片概况欲印刷电极的处所沉积 含磷浓度高的磷硅玻璃（phosphosilicate grass，PSG ），而在其他处所沉积含磷浓 度低的磷硅玻璃，扩散后就可以在分歧的区域获得分歧的掺杂，形成选择性发射极。7在沉积进程中， 以 PH3和 SiH4 为源在 Ar 和 O2中稀释成 5% 的浓度，经由进程把持 PH3 和 SiH4 的流量来转变磷硅玻璃中P2O5的浓度， PSG 层的厚度约为 500nm摆布。此方 式联合快速扩散，在10cm 10cm面积的 Cz-Si 硅片上实现了 17%
12、 18% 的转换效力。2.2.5在埋栅电极太阳电池中形成选择性发射极起首利用激光在硅片概况刻槽，在利用丝网印刷或旋涂（spin-on-dopant，SOD ） 的方式在硅片概况上涂上磷浆，在刻槽中获得磷浆的量比刻槽外面的大，扩散后在刻 槽四周就可以形成高掺杂深扩散区，而在其他处所形成低掺杂浅扩散区。然后在刻槽 中制造埋栅电极，如图1 中的（ c）所示。利用此方式创 (chu g)造了世界记载的试验 室太阳电池转换效力（ 24.7 0.5%），但本钱昂贵，工艺庞杂，大部门工艺步调处于 高温情形。2.3 选择性发射极构造的改良方式2.3.1印刷电极时在电极浆猜中掺入高浓度磷浆硅片概况平均涂源进行扩
13、散，然后在丝网印刷电极时往电极浆猜中掺入高浓度磷 浆，如许在烧结电极后便在电极接触区获得高掺杂，形成欧姆接触。此方式中，烧结 电极的时光较短，磷原子并不克不及扩散到硅片的深处，是以高掺杂区的深扩散并不 显明。2.3.2电极栅线状丝网印刷高浓度磷浆后在POCl3氛围中进行扩散2.3.3扩散开端时通入携POCl3气体浓度磷浆如电极栅线状印刷到硅片概况，然后将硅片放入惯例扩散炉中进行扩散。 高浓度磷浆在扩散进程中从印刷区挥发沉积到非印刷区。但如前所述，如许挥发沉积 获得的磷浓渡过低，为补充其不足，可以在扩散开端时通一小段时光（约23 分钟） 的携 POCl3气体。在这段时光内POCl3会分化出 P2
14、O5 （其反映方程式是： 5POCl3=3PCl5+P2O5 和 4PCl5+5O2=2P2O5+10Cl2），并沉积到硅片概况与硅反映， 而在 硅片概况获得一层很薄的磷原子（其反映方程式是：2P2O5+5Si=5SiO2+4P ）。当关掉 气源后，这些磷原子会进一步往硅片深处扩散，而下降其在硅片概况处的浓度。因而， 扩散停止后会在非印刷区获得相对低的概况杂质浓度和相对浅的扩散结，而在印刷区 获得高掺杂深扩散区，形成选择性发射极构造。2.3.4 扩散停止前通入携POCl3气体片概况如电极栅线状印刷好高浓度磷浆，放进惯例扩散炉中进行扩散。在扩散进 程中，往扩散炉中参加充分的氧气对硅片概况进行氧化
15、，把持好时光，可在非印刷区8获得恰当厚度的氧化层，如图3（a）所示。然后通入携POCl3气体，通入的 POCl3会 分化出 P2O5 ，并沉积到这一氧化层的概况获得一层很薄的磷硅玻璃。因为这一氧化层 对磷硅玻璃中磷原子往硅片深处的扩散有消弱的感化，持续扩散一段时光后可以在此 区域获得比印刷区低的概况杂质浓度，如图 3 中（b） 所示。扩散停止后用氢氟酸漂洗， 去除磷硅玻璃和氧化层便可以形成轻掺杂浅扩散区。如许，在扩散停止后便获得选择 性发射极构造。2.3.5 快速扩散与惯例扩散的联合片概况电极栅线状印刷高浓度磷浆，放入快速扩散炉中进行扩散，如前所述如许 获得的硅片，在不印刷磷浆的处所，浓度是过
16、低的。为补充其磷浓度的不足，再将硅 片放入有 POCl3氛围的惯例扩散炉中进行扩散，通一小段时光（23 分钟）的携源气 体，再关掉气源进行扩散，可以在不印刷磷浆的处所形成低掺杂浅扩散区，如许二次 扩散后便可以获得选择性发射极。此方式固然是双步扩散法，有对硅片的二次高温处 置。但因为快速扩散中的扩散时光短，热耗也少。而在第二次惯例扩散中，要获得低 区，是以扩散时光相对于现行的产业化出产太阳电池的扩散时光也要短。如许总的热 耗仍是较小的，仍可以进一步下降工艺的本钱。而且因为快速扩散可以将杂质和扩散 结向硅片内更深的处所推动，是以利用快速扩散的方式很轻易获得高掺杂深扩散区。第三章选择性发射结电池特点描述性发射极电池有两个特征：1 在电极栅线下及其附近形成高掺杂深扩散区；2 在其他区域 ( 活性区) 形成低掺杂浅扩散区， 这样便获得了一个横向高低结。 这种结 构有几种常见的形式， 在理想的情况下， 如果不考虑扩散区域的杂质浓度差异，而认 为杂质是均匀分布
