堆叠系统中的无定形硅和氧化硅薄膜硅太阳能电池背面钝化1.docx

堆叠系统中的无定形硅和氧化硅薄膜硅太阳能电池背面钝化堆栈的氢化非晶硅（a-Si）和化学气相沉积硅氧化物（SiOx）已被用作表面钝化层的硅晶片表面。很好的表面钝化能够达成，导致表面复合速度低于10cm/s 1cm 的p型硅晶片。通过使用钝化层系统在太阳能电池的背面和应用激光发射接触（LFC）的过程中，逐点局部背接触已形成和能量转换效率近年21.7%已获得p型区熔基板（0.5cm）。模拟表明，有效后和在180 cm/s的结合金属和钝化区，120 30cm/s计算的钝化区。后反射率是比较热生长二氧化硅（SiO2）。非晶硅后钝化显得更加稳定在不同偏压下的光强度与热生长的SiO2。关键词：非晶硅；后表面钝化；激光发射接触；PERC；硅太阳能电池；高效硅太阳电池 发表于2008年1月18日；修订2008年3月26日引言需要一个成本降低硅太阳能电池技术导致使用薄晶。薄晶更重要的是有效表面钝化将尤其在太阳能电池的背面。戈斯蒂内利等人表明，硅太阳能电池在非常薄的基板（下降到105m）可以达到更高的效率。克莱提出了能量转换效率20%以上基板厚度小于50m。两个观点使用the Passivated Emitter和 Rear Cell (PERC)的概念。一个经济上可行的技术用于大规模生产的地方后接触氧可酮通过实施激光技术已提出。所谓激光发射接触（LFC）的方法允许当地铝接触？环通过钝化，在大多数情况下隔离层体系在大约13s晶元。在同一步骤，铝合金硅形成铂政权下的局部接触创造了非常好的欧姆接触在细胞后方。后侧表面钝化方案需要适应的消失模铸造工艺和工业生产环境。热生长的二氧化硅（SiOx）层是由一个制造长期的能源密集型高温的过程，不是吗？第一选择批量生产，虽然他们可能提供了一个很好的热稳定的钝化。栈敷氧化物（例如，氢化非晶氧化硅层（a-siox：，简称：氧化硅）的等离子体增强化学气相沉积（资深）和化学气相沉积氢化非晶氮化硅（a-sinx：，简称：氮化硅）？算法提出了热稳定的替代热生长的SiOx，可在低温下沉积。单pecvd-sinx？算法通常也由一个低温处理步骤（约3004008c）。他们提供了一个很好的钝化质量为well1016但不热稳定的二氧化硅层。7然而，优化的氮化硅层可以提供令人满意的热稳定的钝化。此外，细胞与钝化这些？算法通常受到逆温层是架空的地方接触。18硅悬挂键（硅）被发现是非常重要的？在氮化硅钝化高龄影响他们通常可以充电。在富氮氮化硅？最小的，k-centres（硅N 3）19，是主要的收费中心。通常情况下，他们可以在带正电荷的状态。因此，它们导致逆温层在硅表面型晶片。在减少nitrogen-to-silicon比在氮化硅层（！富硅氮化硅层）硅Si悬挂键成为主导中心。同时，它已发现电子自旋共振测量（血沉）的总体缺陷密度的降低而减小的氮含量？lm.20作为一个极值，无氮在所有的？我会导致非晶硅层与最低的缺陷密度。在这项研究中，内在的氢化非晶硅（a - Si :小时，简而言之：a - Si）？算法被用来沉积，消除分流作用而局部细胞接触后消失模。此外，化学气相沉积氧化硅层上沉积的a - Si？我，作为一个中间层之间的非晶硅和铝？我在细胞后方。非晶硅薄膜单层钝化，栈，或a-sistacked与氮化硅，采用了不同的组，到目前为止。更关注的是目前在研究非晶硅层掺杂异质结太阳能电池具有晶体硅衬底和沉积（掺杂）和a - Si发射极钝化层。寿命研究查的表面钝化质量新的堆栈系统进行。寿命的样本了吗？燕麦区（区熔）p型硅和硼掺杂浓度为15？1016厘米3（1厘米），厚度为250毫米，shiny-etched表面和晶体取向（100）。样品的表面进行清洁前沉积的钝化层（）的湿化学蚀刻顺序，一个所谓的清洁，包括？纳洛酮浸在水？uoric酸（高频）。然后，该钝化层（）沉积在晶圆表面的顺序。表面的另一套寿命样本不受到湿化学清洗程序，但受到了等离子蚀刻步骤使用微波（兆瓦）远程等离子体sulfurhexa？uorine（SF 6）作为蚀刻剂源。蚀刻后的？第一，每个样品被暴露在空气中大约半小时。原生氧化物有望形成新鲜蚀刻surface.33随后，钝化层沉积在这方面是使用平行板等离子体反应器。沉积发生在激励频率为1356兆赫（射频（射频）使用气体混合物硅烷（SiH 4）、氢气（H 2）。或者，一个二层沉积。该硅氧化物（氧化硅）？长征是存放使用相同的等离子体反应器，通过改变气体和工艺参数如压力和射频功率。沉积的氧化硅层是非常快速，率约200海里/分钟。两层沉积在2608c。随后，同样的待遇适用于二侧的样本。样品结构显示在图1。图1.样品结构的寿命研究。样品和一个额外的一层100纳米氧化硅进行了研究图2。工作？现在的寿命研究晶硅和氧化硅钝化沉积后，有效载流子寿命的样品进行了测定使用准稳态光电导（结合准稳态光电导测试）技术（wct-100，辛顿咨询）。这项工作吗？现在应用可以在图2。结果如图3所示的寿命测量。钝化质量是一个优秀的一级与所有参展样品的寿命超过1毫秒。因此，没有强烈的吗？影响钝化质量可以找到的表面制备工艺（湿化学莲花沐浴序列或六氟化硫等离子）或沉积化学气相沉积氧化硅层额外。这是进一步强调当体寿命限制我们的样本是利用俄歇复合模型的格隆兹和控制。约23毫秒的理论寿命的限制在糖尿病肾病？5？1014厘米3当吗？影响辐射重组（内在的影响，很难在硅）和肖克利读厅（生殖健康）重组（外在效果，完美的无限的硅晶体！性健康和生殖健康重组零）可以忽略不计。图3。结果有效少数载流子寿命的测量使用结合准稳态光电导测试技术。样品清理湿化学莲花沐浴序列或等离子的过程，都收到一个单一的非晶硅沉积或双层非晶硅氧化硅沉积不显示使用寿命的结果，最大有效表面复合速度（srvs）seff计算可以由以下方程：近似误差不会超过4%的值在边界。俄歇寿命有限，用于样品的一生的大部分结核病。这是一个上限的体寿命。因此，最大srvs计算。宽度的样本瓦特也是必不可少的方程。扩散常数电子不起着次要作用，在边界值。结果的计算可以在图4显示seff值为所有样本远远低于10厘米/秒。拟的高效？效率太阳能电池模式使用软件工具pc1d37表明比太阳能电池后发挥了至关重要的作用的太阳能电池的性能甚至厚（240毫米）基板。该模型是准备作为接近尽可能制造的细胞（tbulk？750毫秒，这是它的大概俄歇寿命极限为05厘米材料）。在srear范围50500厘米/秒，强烈依赖于srear被发现的开路电压挥发性有机化合物。图4。计算的最大表面复合速度，假设只有螺旋重组发生在样品的体积图5。方案制成的太阳能电池。后表面钝化是由堆栈技术和等离子体增强化学气相沉积氧化硅薄膜太阳能电池示的能力，研究堆组成的a - Si :和氧化硅作为后方表面钝化高效？太阳能电池的制造效率。实验的太阳能电池阳能电池是由05厘米硼掺杂p型区熔硅片的厚度为250毫米和光泽的表面蚀刻。所以，几乎同类型片的寿命实验除了增加掺杂浓度使用。能电池的结构如图5显示。胞展览蒸发tipdag正面接触，热氧化anti-re？检查涂层（SiO 2），也可作为钝化层的前面，120伏/平方n型发射，05厘米散装沉积型，非晶硅和氧化硅铝层，蒸发后，利物浦，导致当地al-bsf下面（如果从图5）点接触。硅（70纳米）和氧化硅（100纳米）层是相同的，已经在thelifetime实验研究。后呢？降低细胞，我特性测量。随后，细胞在不同退火温度下形成气体为15分钟（包括10分钟的增加温度）吗？最佳退火温度和前后钝化和当地低森林覆盖率。面临的挑战是什么？钕的温度会增加前钝化和后方联系，不损害后钝化。结果I特性阳能电池参数显示强烈依赖于退火温度可以在图6所示。开路电压是稳步增加随着退火温度从200到4008c，从约645毫伏约676毫伏。在4508c，电压降低到约642毫伏强烈。乎相同的行为可以发现的短路电流密度。它从38上升5毫安/厘米（2008c）393毫安/厘米（4008c）。在4508c，中心下降到一个值低于37毫安/厘米 2。？我的因素，可以说，接触过程非常成功，导致值80%以上的所有细胞。此，它现在很清楚，也是能源转换效率？效率稳步增加，退火温度从200至4008c价值20 0 21 7%。强烈的减少在4508c可以发现，以及（190%）。好的实现能量转换效率？近年217%了吗？经该电极callab。细胞的精确测量参数可以在桌子。内部量子效率？效率提供更多的深入了解性能的提高温度在200到4008c和强滴在较高的退火温度，内部量子效率？效率（鱼卡）进行了测量。调查样本的结构如图5所示，退火温度200至4508c步骤508c。图7显示测量结果。短波长范围在300纳米到550纳米左右，效果的太阳能电池前表面可以发现。观察增加量子效应？效率较高的退火温度大约在相同的结果在温度400and 4508c是由于退火的前表面钝化是由热氧化。因此，著名的氧化退火效应已observed.16质量的太阳能电池的体积和表面后，可以从鱼卡在长波长900至1200纳米。在这里。非常高的价值被发现。因此，质量的散装和后表面上似乎很满意。退火温度200到4008c，钝化性能的后表面几乎是稳定的。只是略有改善随着温度的升高可能是看得见的。增加温度进一步4508c性能恶化的太阳能电池的背相比较低的温度。这种效果？在观察一个总体下降的电池性能的细胞4508c退火。我们认为这影响去钝的太阳能电池的背。氢化非晶硅以其较低的热稳定性。观察可能是由于去钝裂纹的氢键在Si / Si界面，被怀疑是重要的钝化效果。这使得硅悬挂键，因此srhactive重组中心在接口（和/或在非晶硅层的a - Si / Si界面接近）。然而，钝化堆栈系统非晶硅和氧化硅-所有制造化学气相沉积过程-能够承受相对较长的退火步骤，在相对较高的温度4008c导致优秀的性能。调查是由四舍五入模拟最好的太阳能电池的使用行为pc1d。在这里，一个非常令人满意的一致性的实验结果可以发现。本鱼卡与之，是吗？检验值？设置中可以看到图8。表一，测量参数的最佳太阳电池在这项研究中，独立的控制？经callab夫琅和费伊势图7。内部量子效率？（量子效率）与光子的波长。增加前钝化（热生长二氧化硅）在短期波长随退火温度可以找到。后钝化（a - Si吨氧化硅）是稳定的4008c但直到减少强烈4508c。比较，在利物浦最好的太阳能电池的使用热生长的SiO 2另一批后钝化220%英？近年也被显示（线）散装重组，近似俄歇寿命极限为750毫秒是假设。因此，计算后的srear是一个上限的真正价值。srear模拟180？30厘米/秒这是一个整体的价值的总细胞后表面（消失模和钝化区）。菲舍尔提出了一个方程描述的局部接触太阳能电池背面：与少数载流子的扩散系数，晶圆厚度宽，接触间距的唱片，金属部分，该社的金属表面特和大师的钝化表面掠过的背面。这里提出的细胞，以下的值是有效的：糖尿病肾病？271平方厘米/秒，瓦？240毫米，唱片？1毫米，女？1%。克赖和格隆兹实验研究和仿效的速度在消失模铸造的表达导致的图8。内部和外部量子效率？效率，是吗？检查与光的波长为最好的太阳能电池背面钝化硅和氧化硅薄膜堆栈。此外，结果的pc1d？对实验结果显示因此，通过使用上述方程导致特？84个200厘米/秒和seff值提取pc1d快乐可以计算120？30厘米/秒之曲线二太阳能电池硅氧化硅钝化，不后已收集和绘制在图9。在这里，不同的偏差（白色）的光强度被用来（00，01，25和0 06太阳）。我们发现，量子效应？效率的行为并没有改变偏置光强度的01至06个太阳。因此，一个非常稳定的后钝化已经实现，也提供了良好的钝化在低光照强度。在00个太阳偏见强度，细胞的后方显示稍低的长波长制度之价值。因此，后钝化明显？明显降低但仍在一个体面的水平。当偏置光依赖是比较热二氧化硅或氮化硅薄膜，我们？那是最稳定的非晶硅钝化。图9。内部量子效率？效率与光的波长不同的偏见（白色）光强度：00，01，图10。图带图的i-a-si / p-c-si界面没有（左）和照明。带电瓦解了缺陷态是一个假设的解释所观察到的行为偏差对光敏感的量子测量原理图带图的内在的a - Si / p型Si界面在黑暗中（左）和照明（右）可以在图10显示一个可能的（假设的）解释观察稍低的鱼卡在00个太阳。带电缺陷水平大力略高于费米能在黑暗中和在瑞典？当偏置光强度是用。光子？用户体验会导致分离的准费米水平和计划生育。图11。我们？检查与光的波长与薄膜非晶硅太阳能电池（70纳米）不氧化硅（100纳米）和热生长二氧化硅（105纳米）。再？反思是在同一高度，因此良好的水平当准费米能级电子新生力量高于带电缺陷态的界面，失效的发生和带弯曲，从而srear会较低（因此在鱼卡在长波长会增加）。我们？有关的当比较重？连接的细胞与非晶硅氧化硅后不钝化的细胞与热生长的二氧化硅（105纳米），我们发现非常类似的行为在长波长制度（参见图11）。光的穿透深度在这些波长的硅是相当长的，可以计算如下与消光系数？有效钾硅26？104波长为1050纳米和7个我？106在1200纳米。渗透深度，因此在300美元的范围15 000毫米长波长的考虑。因此，一次？不能光子的数量这一波长范围是？这在细胞后方释放在细胞前端。因此，内部重组？ectance的后表面的1050个1200纳米可以提取。因此，可以说，好吗？性的SiO 2细胞也可以实现与我们的化学气相沉积a - Si吨氧化硅堆。转让的非晶硅沉积过程工业内联等离子体增强化学气相沉积系统发展一个沉积过程中的一个well-passivating Si层系统在工业在线化学气相沉积反应器（罗斯和劳新浪X）可以报告。化学气相沉积反应器使用的微波等离子体激发频率在24吉赫。兆瓦电力引入反应堆通过线性天线。沉积温度2508c。混合硅烷（SiH 4）和氢（氢气）是适用于气体？噢。非常高的寿命超过1毫秒的同熔晶圆衬底类型的调查（1厘米，p型，硼掺杂，250毫米，有光泽的表面蚀刻，（100）晶体取向）是可以实现的（参见图12）。该样本是在莲花湿化学浴沉积序列之前。结论利用一个栈技术和等离子体增强化学气相沉积氧化硅薄膜作为背面钝化和地方消失，骗人？最大的影响？21效率达到了7%。寿命试验显示良好的钝化性能的非