《太阳能电池》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能电池（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、P型半导体中含有较多的空穴，而N型半导体中含有较多的电子，这样，当P 型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。太阳光线T结太阳电池结构原理P型硅下电极上电扱N型硅太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区 流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的 工作原理。常规晶体Si太阳电池采用所谓“全Al背场”结构。尽管这种结构有很多优点，但由于烧结形成 的AI2Si合金背表面在减少复合和背反射效果方面的局限，特别是AI2Si合金区本身即高复 合区,限制了电池效率的进一步提咼。在此背景下，“局部背接触
2、结构”开始应用于高效Si太阳电池。局部背接触结构的特点是: 背面电极接触只占整个背表面的很小部分，其余部分则覆以钝化层;钝化层上蒸镀金属作背反 射面。添加剂，如异丙醇IPA，通常用来减缓刻蚀速率利用HF/HNO3或CrO3/HF在较高化学浓度比时的缺陷腐蚀特性，使损伤层区域优先腐蚀，形成不同于单晶金字塔结构的坑洞结构A什么是抛光？ 抛光指形成完全反射的表面，即镜面A化学抛光的原理？ 对硅片表面的均匀刻蚀A抛光化学药液的配置通常可以使用HF/HNO3或KOH溶液 通常使用 HF/HNO3 体系，利用其各向同性腐蚀特性，可以在 特定设备条件下完成对硅片边缘的腐蚀，而不影响太阳电池的 工艺结构通常使
3、用in-line式结构的设备，利用表面张力和毛细作用力的 作用完成这一过程推进氧化的目的？A杂质在硅片深处的再分布A氧化硅表面推进氧化的影响A若杂质是N型，会发生所谓的堆积效应，增加了硅表层的杂质 数量。A若杂质是P型，会发生相反的效应，降低了硅表层的杂质数量。POC13分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2 和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中 进行扩散除 SiN 膜外， TiO2， SiO2 也可作为减反膜铝和硅在 450 度左右开始发生共熔现象，通常认为在577 度时存在共 熔点。厚膜浆料一般都是由三种主要成分组成A功能相 决定电性能并影响
4、厚膜的物理和机械性质A粘结相 通常是玻璃、氧化物或者两者的混合物，它将功能相材料粘结 在一起，并使膜层与基板牢固地结合起来，另外还影响着厚膜 的电性能和机械性能A 有机载体 是一种聚合物溶解于有机溶剂中的溶液，它是功能相和粘结相 微粒的运载体，控制浆料的流变特性，使之适于丝网印刷。因 而载体决定了浆料的印刷特性。银浆银铝浆铝浆功能相Ag粉Ag 粉 AlAl粉SiO2 PbOSiO2 PbO B2O3 等粘贴相 B2O3等1.5%磷源有机载体松油醇、乙基纤维A银浆、银铝浆主要作用和太阳电池形成良好的欧姆接触特性。A什么是欧姆接触？ 欧姆接触是半导体与金属接触时没有形成整流接触，欧姆接触具有线性和
5、对称的 V-I 特性，且接触处的电阻远小于材料体电 阻的一种接触。因此当电流通过时，良好的欧姆接触处应不会 产生显著的压降和功耗。A合金化特性，浆料和硅在特定温度下共熔形成合金 如果合金层与原先晶体材料导电类型杂质成份相同 ，则形成n+n 结和 p+p 结这一类高低结。铝浆在太阳电池的应用就是利用了这一特性腐蚀液对硅的腐蚀没有晶向上的选择性，但表面的损伤层腐蚀速率快。利用这一点，在去掉损伤层时，形成绒面选择性腐蚀2. 同性腐蚀两种方法优缺点的比较：a）方法1适合于单晶硅，且绒面易控制，硅片容易清洗，但绒面有尖峰，如果尺寸过大，将影响结的性能。b）方法2适合于单晶硅和多晶硅，多用于多晶硅，表面形
6、成凹坑，若某些凹坑太深，不易清洗，且影响结的性能。 pn 结具有只让电流从一个方向通过的单向导通性。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区 流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。浅结死层小,电池短波响应好，而浅结引起串联电阻增加，只有提高栅电极的密度，才能有 效提高电池的填充因子，这样就增加了工艺难度。结深太深，死层比较明显。如果扩散浓度 太大，则引起重掺杂效应，使电池的开路电压和短路电流均下降。转化效率：指受光照太阳电池的最大功率与入射到该太阳电池上的全部辐射功率的百分比。扩散的目的在于形成 PN
7、 结。普遍采用磷做 n 型掺杂。由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常 重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形 成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下 降，以至成为废品。目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过 氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。 扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。当硅片在1号槽氢氟酸溶液中时，不得打开设备照明，防止硅片被染色:硅片在两个槽中的停留时间不得超过设定时间，防止硅片被氧化
8、当硅片从1号槽氢氟酸中提起时，观察其表面是否脱水，如果脱水，则表明磷硅玻 璃已去除干净；如果表面还沾有水珠，则表明磷硅玻璃未被去除干净。:甩干后，抽取两片硅片，在灯光下目测：表面干燥，无水迹及其它污点。沉积减反射层的目的在于减少表面反射，增加折射率。广泛使用 PECVD 淀积 SiN ,由于PECVD淀积SiN时，不光是生长SiN作为减反射膜，同时生成了大量的原子氢，这些氢原子能 对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产。由于背电场形成的特殊结构，减小了光电子的背面复合，使得电池的输出光电流得以提高。另一方面就是降低了反响饱和暗电流I0,而I0与硅片的掺杂浓度N成反比，若能将
9、p型基 片Na的浓度在其后接p+区，则I0会大幅下降。另外，由于p/p+接触势垒的存在，也将阻止p区光生电子向背表面的复合，从而降低了背 表面对光生电子的复合速度。到达p/p+结两侧的光生载流子也将被p/p+结的内场分开，而 建立光生电压V2,这可提高电池的VOc。0016 本发明的有益效果是：本发明提出了一种新的利用局部铝背场结构制备晶体硅太阳能电池背电极的方法，该 制备方法区别于常规先激光或者化学腐蚀钝化膜后印刷铝浆的P型晶体硅局部铝背场电 池的制备方法，该制备方法可以直接应用到晶体硅太阳能电池的制作工艺中，进而提高太 阳能电池光电转化效率。采用这种制备方法的优点在于不需要添置新的设备，不
10、需要对现 有产线进行升级，不需要引入新的化学品，具有很强的实用性。 半导体中可以利用各种势垒如pn结、肖特基势垒、异质结等形成光伏效应。 当太阳能电池受到阳光照射时，光与半导体相互作用可以产生光生载流子，所产生 的电子-空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极，正负电荷分别被上下电极收集。 由电荷聚集所形成的电流通过金属导线流向电负载。填充因子FF%：评估太阳电池负载能力的重要因素在标准状况下，AM1.5光强，t=25C某电池板输出功率测得为100Wp，如果电池温度 升高至45C时，则电池板输出功率就不到100Wp.当半导体内局部区域存在电场时，光生载流子将会积累，和没有电场时有很大区别，电场的
11、两侧由于电荷积累将产生光电电压，这就是光生伏特效应，简称光伏效应。太阳电池就是利用这种效应制成的。由于晶体硅是间隙带材料 ,光吸收系数小,太阳能电池厚度减小时,由 于透射光引起的损失随着厚度的减小而增大,对于间接禁带材料硅来 说,这种损失比直接禁带材料的大,但硅片减薄时,怎样保证光的吸收 也是一个难题。这就需要新的技术和薄片化相结合。一方面 ,开发出新的抗弯曲的浆料 （对于薄片 ） 是一种途径 ,虽然这方面已经取得不错的成 绩 ,但是由于铝背场的本征缓和钝化的特性 1 ,当硅片的厚度小于150“ m的时候，铝背场的这种特性就会对太阳能电池效率存在很大的限制。 另一方面 ,对于薄片化的电池片 ,
12、需要很好的背面 钝化效果。有研究表明 ,许多介质膜可以有很好 的背面钝化效果 ,诸如氮化硅、 非晶硅、 热生长的 二氧化硅、 二氧化硅叠层等等 2 标准全铝场的各个电学参数都比其他电池参数要好的多 ,当把全铝背场印刷到背面有氮化硅 上 （ 电池 B ） ,开压的损失很大 ,氮化硅膜在这里 就相当于起到一个掩膜的作用 5 ,阻止铝在烧结的状态下扩散 ,很难形成铝硅合金 ,背面场效应很 低 ,同时 , 在铝的扩散过程中 , 也破坏了氮化硅背 面钝化的作用。FF 是衡量太阳能电池输出特性的重要指标，是代表太阳能电池在带 最佳负载时，能输出的最大功率的特性，其值越大表示太阳能电池的 输出功率越大。太阳
13、能电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大 能量转换效率，等于太阳能电池的输出功率与入射到太阳能电池表面 的能量之比：太阳能电池的光电转换效率是衡量电池质量和技术水平的重要参数， 他与电池的结构、结特性、材料性质、工作温度、放射性粒子辐射损伤和环境变化等有关。其中与制造电池半导体材料禁带宽度的关系最为直接加入乙醇或异丙醇是为了降低溶液的表面张力，改善溶液与硅片表面 的润湿性使反应产生的氢气气泡快速离开，以使金字塔长大，加入 含有PO43-, HP042-, CO32-,HCO3-等离子的化合物是因为这些离子 起到降低反应的活化能的作用，能使金字塔的大小更均匀。不能只从反射率的角度来
14、衡量金字塔大小的好坏，如果从电学性能 和规模化生产的角度考虑，金字塔的大小在46“m范围内比较合 适，因为金字塔的大小会对其它工序造成影响：金字塔太小会使印 制的浆料不能很好地流入金字塔的底部，造成硅片表面与浆料之间存 在气泡，恶化接触，太大则会对印刷造成困难：从力学角度考虑，金 字塔与硅片表面介质层也需要很好的配合，否则，当钝化层体膨胀引 起的应力超过了硅片的断裂应力后，在硅片体内产生缺陷，引起体寿 命降低如何选择 N 型区内磷原子的浓度是折中的结果：为了减少电极与硅片的接触电阻，磷原子浓度需要达到1020-102iAtom/cm3：但是为了减少扩散死层，以提高太阳电池的短波响应，磷原子的浓
15、度又不需要这么高，同时因为后续工艺中的烧结工艺将大约穿透03“m的结深因此扩散时的结深达到0.6微米时效果比较好。另外，SiNx可以作为浅结的保护层，阻止各种杂质在高温中扩散进P-N结，以防止P-N结在烧结过程中遭到破坏。工业上之所以采用一次烧结是为了节约成本，同时为了缩短热处理的时间，以减少表面SiNx的H原子逸失，保证其钝化效果。内阻包括了串联内阻(Rs)和并联内阻(RSh)。Rs主要包括：主栅线电阻、细栅线电阻、前电极接触电阻、发射区薄层电阻、基区电阻和背 接触电阻；Rsh主要是由P-N结漏电流引起，包括了绕过电池边缘的 漏电和结区存在晶体缺陷和外来杂质的沉淀物引起的内部漏电。过大 的Rs会减小短路电流Isc,过小的RSh会减小开路电压Voc,这都导致填充因子FF减小，直接影响电池效率。在电池的背面形成一高掺杂区，即高低结，它的特点是明显的增加Voc,同时对Isc和FF也有改进。背场对P区少子电子 有阻挡作用，这就减少了少子在背表面的复合，增加了 PN结 对光生载流子的收集率。由P+区的存在，背电极的接触电阻下降，使串联电阻减 小。背场对于用高阻
