太阳能电池文档格式.docx

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化学抛光的原理？

•对硅片外表的均匀刻蚀

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．

•通常使用in-line式结构的设备，利用外表张力和毛细作用力的作用完成这一过程．

推进氧化的目的？

杂质在硅片深处的再分布

氧化硅外表

推进氧化的影响

假设杂质是N型，会发生所谓的堆积效应，增加了硅表层的杂质数量。

假设杂质是P型，会发生相反的效应，降低了硅表层的杂质数量。

POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片外表，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片外表形成一层磷-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

功能相

•决定电性能并影响厚膜的物理和机械性质

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

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

Ag粉

Ag粉Al粉

Al粉

粘贴相

SiO2PbOB2O3等1.5%磷源

SiO2PbOB2O3等

松油醇、乙基纤维

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。

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。

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，但外表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，外表形成凹坑，假设某些凹坑太深，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。

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，因此在扩散前硅片外表的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片外表的碱残留和金属杂质。

⏹扩散过程中，在硅片的周边外表也形成了扩散层。

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。

v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。

v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。

v当硅片从1号槽氢氟酸中提起时，观察其外表是否脱水，如果脱水，则说明磷硅玻璃已去除干净；

如果外表还沾有水珠，则说明磷硅玻璃未被去除干净。

v甩干后，抽取两片硅片，在灯光下目测：

外表干燥，无水迹及其它污点。

沉积减反射层的目的在于减少外表反射，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外表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，减小了光电子的反面复合，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，假设能将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区光生电子向背外表的复合，从而降低了背外表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。

▪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=25℃某电池板输出功率测得为100Wp，如果电池温度升高至45℃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150μm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,需要很好的反面

钝化效果。

有研究说明,许多介质膜可以有很好

的反面钝化效果,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反面有氮化硅

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,反面场效应很

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正确负载时，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。

太阳能电池的转换效率指在外部回路上连接最正确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外表的能量之比：

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外表张力，改善溶液与硅片外表的润湿性．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4~6μm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，造成硅片外表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，金字塔与硅片外表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，磷原子浓度需要到达1020-1021Atom/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μm的结深．因此扩散时的结深时效果比较好。

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，以减少外表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。

在电池的反面形成一高掺杂区，即高低结，它的特点是明显的增加Voc，同时对Isc和FF也有改良。

背场对P区少子电子有阻挡作用，这就减少了少子在背外表的复合，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。

背场对于用高阻材料做成的电池影响显著。

因为高阻材料的电池开路电压偏低，用了P+背场后，可使Voc提高。

Rsh的影响在弱光条件下才变得显著，一般不考虑。

Rs在普通光照条件下的影响比Rsh明显，特别是在高聚光条件下影响太阳电池效率的提高，而且在聚光条件下太阳电池的温度将成为一个重要的考虑因素，因此下一节将重点研究单晶硅太阳电池的温度和光强特性，以分析Rs的影响。

从上表可以看出，单晶硅太阳电池的Isc随着温度升高而略微增加，相对其他参数的温度变化率而言很小。

Isc增加的原因是：

单晶硅的禁带宽度随着温度升高而减小，光吸收增加，这就意味着能产生更大的Isc；

载流子的扩散系数随着温度升高而增大，因此少数载流子的扩散长度也随着温度的增加而稍有增大。

Voc随着温度升高而减小，这是造成效率降低的主要因素。

这是因为Voc随着反向饱和电流增加而降低，而反向饱和电流随着温度升高呈指数增大。

在室温为27℃时，Voc随着光强的增加呈指数规律增加，效率与光强的关系，随着光强的增加效率先增加，然后减小。

对于效率随着光强的增加先升后降这一现象，有些学者认为这是Rs的影响随着光强的增加越来越重要的缘故。

Isc流过Rs时会产生焦耳热，在低倍聚光条件下，在假设Rs不随光强变化时，产生的焦耳热与Isc平方成正比，即与光强的平方成正比，其在总功率中占据的比例会逐渐增大。

当光强到达一定值时，焦耳热引起的功率损失超过因光强增加而提高的功率，所以效率开始下降。

多晶硅太阳电池的发电效率一般目前为15-17%，据悉在2011年SENC光伏大会上海无锡尚德展出的多晶硅太阳电池的效率已到达

多晶硅通常是有铸锭炉浇铸成大块的多晶硅锭，经经过破锭机和多线切割机切割成厚度为的方片，再制成电池。

多晶硅材料则是由许多单晶颗粒（颗粒直径为数微米至数毫米）的集合体。

各个单晶颗粒的大小，晶体取向彼此各不相同。

多晶硅太阳能电池带来以下三方面影响：

晶粒间界处存在势垒，阻断载流子的通过；

晶粒间界作为一种晶体缺陷，起着有效复合中心作用；

在形成p-n结的工艺过程中，掺杂的原子会沿着晶粒间界向下择优扩散，形成导电分流路径，增大漏电流。

温度对多晶硅太阳电池性能影响的研究

随着温度T的升高，开路电压Voc，最大输出功率Pm，转换效率η近似线性下降，短路电流Isc近似线性上升，填充因子FF的实验值和理论值变化趋势一致，当T>

40°

C时，FF随T升高明显下降