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1、晶硅太阳能电池激光掺杂技术研究晶硅太阳能电池激光掺杂技术研究报告人：王报告人：王 雪雪导导 师：秦应雄师：秦应雄提纲提纲一、课题背景和研究意义一、课题背景和研究意义三、激光掺杂光斑优化设计三、激光掺杂光斑优化设计二、激光掺杂实验及结果二、激光掺杂实验及结果四、激光掺杂热源模型四、激光掺杂热源模型一、课题背景和研究意义一、课题背景和研究意义能源问题导致环境恶化，清洁能源的地位逐步上升，寻找安全、清洁、廉价、可再生新能源已成为当前人类面临的重要任务。太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的能源产业。在未来很长时间之内，晶硅太阳能电池依然占据光伏领域的主体地
2、位。 一、课题背景和研究意义一、课题背景和研究意义全球光伏组件累计安装量未来主要能源供应未来主要能源供应光伏能源光伏能源未来可再生能源发展趋势虽然光伏市场光伏市场增长迅速，当前产能过剩的现象依然明显。通过扩大产能降低成本的效果有限，并将进一步恶化产能过剩的状况，因此技术突破才是增强竞争力的关键，保持技术先进性才是在行业大调整中生存下来并持续增强竞争力的有效手段。在未来10年内，晶硅太阳能电池晶硅太阳能电池依然占据光伏领域的主体地位，晶硅电池技术发展的方向主要有：背电场技术，浅结技术，绒面技术，密栅金属化技术，钝化技术，吸杂技术，选择性发射区技术选择性发射区技术及双层减反射膜技术。选择性发射极的
3、制备方法有很多，因为激光掺杂激光掺杂工艺具备企业设备投入少、利于实现产业化等优点逐步成为制备选择性发射极的主要方法。 光伏市场光伏市场晶硅电池晶硅电池选择性发射极选择性发射极激光掺杂激光掺杂选题思路选题思路实现选择性结构实现选择性结构SESE的方法的方法 A: A: 背面刻蚀工艺背面刻蚀工艺B: B: 掩膜工艺掩膜工艺C:LGBCC:LGBC（激光刻槽）工艺（激光刻槽）工艺D: D: 激光掺杂工艺激光掺杂工艺单步激光掺杂法单步激光掺杂法激光掺杂的优点激光掺杂的优点不需用扩散掩膜设备，不需用扩散掩膜设备，简化工艺流程简化工艺流程；不需整体高温处理，不需整体高温处理，避免了产生高温晶格缺陷和杂质缺
4、陷避免了产生高温晶格缺陷和杂质缺陷；电极线宽窄，提高了电池电极线宽窄，提高了电池有效吸光面积有效吸光面积；可将可将钝化层一并去除钝化层一并去除，未去除的钝化层仍可作为后续的掩膜；，未去除的钝化层仍可作为后续的掩膜；整套整套工艺设备简单工艺设备简单，不产生有毒物质，利于环保。，不产生有毒物质，利于环保。传统电池结构：传统电池结构：掺杂浓度较大时，光生载流子的复合速度大，少子 寿命短，电池的反向饱和电流和漏电流都较大；掺杂浓度较小时，正电极与硅片的接触电阻会增大，限制电池的填充因子。传统电池结构传统电池结构选择性发射极结构选择性发射极结构SE电池结构：电池结构：1、降低串联电阻提高填充因子2、减少
5、载流子Auger复合提高表面钝化效果改善短波响应3、提高Isc和VocSESE优点优点二、激光掺杂实验及结果二、激光掺杂实验及结果硅片参数硅片参数S156220多晶硅片，数量多晶硅片，数量400片，旭阳雷迪片源片，旭阳雷迪片源规规 格：格：156mm156mm；电电阻率阻率为为13.cm；厚度；厚度为为220m丝丝网印刷网印刷 ：主：主栅栅2mm ；细栅细栅80um；间间距距1.9mm 激光器参数激光器参数工作波工作波长为长为532nm，100W量量级级的的纳纳秒激光器秒激光器扫扫描速度：描速度：6.75m/s；光斑大小：；光斑大小：270um；调调制制频频率：率：25KHZ，扫扫描描线宽线宽
6、：270um，扫扫描速度：描速度：6.75m/s。工艺流程工艺流程实验设备实验设备武汉帝尔激光有限公司的相关设备武汉帝尔激光有限公司的相关设备激光器光束整形示意图生产工位实验设备实验设备进口设备国产设备西安黄河光伏科技股份有限公司太阳能电池片生产线西安黄河光伏科技股份有限公司太阳能电池片生产线激光扫描后的电池形貌图镀电极后表面形貌实验结果实验结果掺杂工艺对硅片形貌的影响掺杂工艺对硅片形貌的影响实验结果实验结果激光掺杂工艺前后硅片方阻值硅片方块电阻降低为扩散后硅片方阻的50%左右，而且随着激光功率的增加，扩散到硅片表面的磷原子浓度增大，硅片方阻下降更明显。掺杂工艺对硅片方阻的影响掺杂工艺对硅片方
7、阻的影响实验结果实验结果常规工艺电池片和激光掺杂工艺电池片的EQE比较激光掺杂对长波段的外量子效率没有影响，外部量子效率在短波段由4%提高到58%。掺杂工艺对电池外量子效率的影响掺杂工艺对电池外量子效率的影响实验结果实验结果SampleEff(%)Uoc(V)Isc(A)FFRs(m)Rsh()Initial sheet resistance 75/Normal cells16.770.6188.40578.532.70246.8226Adoped cells16.960.6228.44278.652.60178.7528Adoped cells17.110.6228.49478.792.65
8、247.59Initial sheet resistance 85/Normal cells16.870.6218.44478.332.93194.9226Adoped cells16.940.6218.44078.682.66207.8128Adoped cells16.800.6198.38778.722.57168.76优化工艺后多晶硅太阳电池平均光电转换效率达到17.11%，比普通工艺多晶硅太阳电池提高0.34%，最高转换效率达到17.47%。掺杂工艺对电池电特性参数的影响掺杂工艺对电池电特性参数的影响激光掺杂后方阻值激光掺杂后方阻值降低降低50%左右，降幅随标准方阻和电流增大左右，降
9、幅随标准方阻和电流增大而增大。而增大。外量子效率在短波段由外量子效率在短波段由40%提高到提高到58%。激光掺杂工艺将多晶硅电池平均效率提高到激光掺杂工艺将多晶硅电池平均效率提高到17.11%， 单片最单片最高转换效率为高转换效率为17.47%。整体而言电池片的平均转换效率整体而言电池片的平均转换效率提高提高0.3%左右左右，实现了转换，实现了转换效率多晶硅电池效率多晶硅电池大于大于17%以上以上的太阳电池的产业化生产。的太阳电池的产业化生产。总结总结三、光斑优化设计三、光斑优化设计电电池失效分析池失效分析电池片的转换效率分布SampleEff(%)Uoc(V)Isc(A)FFRs(m)Rsh
10、()ID(A)Average16.810.6208.46377.963.08134.580.162Invalid 115.430.6068.18775.732.77107.340.418Invalid 215.950.6108.32576.473.21131.820.350Invalid 315.970.6148.29276.383.14111.210.277Invalid 415.890.6108.27176.592.97101.210.383三、光斑优化设计三、光斑优化设计电电池失效分析池失效分析失效电池片的电性能参数三、光斑优化设计三、光斑优化设计电电池失效分析池失效分析PN击穿击穿使用条形均匀激光束（平顶光束）进行激光扫描掺杂。与现有技术相比，本发明更加充分的利用激光能量，既能避免蓝光响应降低，又可以避免PN结局部击穿，在提高激光掺杂效率的同时也提高了掺杂深度的均匀性，减少了因为局部掺杂导致的电池形变不均匀。三、光斑优化设计三、光斑优化设计四、激光掺杂热源模型四、激光掺杂热源模型高斯光束温度场模拟曲线二维模拟曲线三维模拟曲线高斯热源公式高斯热源公式温度分布方阻值分布转换效率电压、电流、填充因子光束能量密度分布温度场模型？四、激光掺杂热源模型四、激光掺杂热源模型敬请批评指正
