1、 范少博20140104背接觸硅太陽電池研究進展任丙彥，吳 鑫，勾憲芳，孫秀菊，于建秀，褚世君，勵旭東第1頁，共15頁。摘要 高效率、低成本是晶體硅太陽電池發(fā)展的主流方。背接觸電池以其獨特的器件結構、簡單的制備工藝及較高的電池效率，備受光伏市場的關注。概括了目前國際上研究較多的幾種背接觸硅太陽電池，對其結構特點、制造技術及發(fā)展概況作了系統(tǒng)介紹，并在此基礎上提出了需要改進的問題及未來的發(fā)展方向。第2頁，共15頁。一、背接觸硅太陽電池及其分類 背接觸硅太陽電池是指電池的發(fā)射區(qū)電極和基區(qū)電極均位于電池背面的一種硅太陽電池。背接觸電池有很多優(yōu)點：效率高。由于降低或完全消除了正面柵線電極的遮光損失，從而

2、提高了電池效率。易組裝。采用全新的組件封裝模式進行共面連接，既減小了電池片間的間隔，提高了封裝密度，又簡化了制作工藝，降低了封裝難度。更美觀。電池的正面均一、美觀，滿足了消費者的審美要求。根據(jù)p-n結位置不同，背接觸硅太陽電池可分為兩類：背結電池。p-n結位于電池背表面，發(fā)射區(qū)電極和基區(qū)電極也相應地位于電池背面，如IBC電池。前結電池。p-n結依然位于電池正表面，只是通過某種方法把在正表面收集的載流子傳遞到背面的接觸電極上，如EWT電池。第3頁，共15頁。二、種背接觸硅太陽電池簡介背結電池：背結電池的p-n結靠近電池背面，光照產(chǎn)生于正表面區(qū)域的光生載流子必須穿過整個襯底才能到達背電極，這就對材

3、料少子擴散長度及少子壽命提出了更高要求。若壽命較短，還未擴散到背結區(qū)域就已經(jīng)被復合掉了，從而會使電池效率大大下降。盡管n型硅材料的少子遷移率較小，但其壽命較長，且對雜質沾污的敏感性較低，所以比較適合于制作背結電池。第4頁，共15頁。1.lBC太陽電池（圖1）：電池選用n型襯底材料，前后表面均覆蓋一層熱氧化膜，以降低表面復合。利用光刻技術，在電池背面分別進行磷、硼局部擴散，形成又指狀交叉排列的P區(qū)、n區(qū)，以及位于其上方的P+區(qū)、n+區(qū)。重擴形成的P+和n+區(qū)可有效消除高聚光條件下的電壓飽和效應。此外，P+和n+區(qū)接觸電極的覆蓋面積幾乎達到了背表面的12，大大降低了串聯(lián)電阻。IBC電池的核心問題是

4、如何在電池背面制備出質量較好、呈叉指狀間隔排列的P區(qū)和n區(qū)。為避免光刻工藝所帶來的復雜操作，可在電池背面印刷一層含硼的叉指狀擴散掩蔽層，掩蔽層上的硼經(jīng)擴散后進入n型襯底形成n十區(qū)，而未印刷掩膜層的區(qū)域，經(jīng)磷擴散后形成P+區(qū)。通過絲網(wǎng)印刷技術來確定背面擴散區(qū)域成為目前研究的熱點。第5頁，共15頁。第6頁，共15頁。2 .PCC太陽電池（圖2）:A-300電池采用n型硅材料作為襯底，載流子壽命在lms以上。正表面沒有任何電極遮擋，并通過金字塔結構及減反射膜來提高電池的陷光效應L6。電池前后表面利用熱氧鈍化技術生成一層Si02鈍化層，降低了表面復合并增加了長波響應，從而使開路電壓得以提高。在前表面的

5、鈍化層下又進行了淺磷擴散以形成n+前表面場，提高短波響應。背面電極與硅片之間通過Si02鈍化層中的接觸孔實現(xiàn)了點接觸，減少了金屬電極與硅片的接觸面積，進一步降低了載流子在電極表面的復合速率，提高了開路電壓。較為出色的陷光、鈍化效果，以及采用了可批量生產(chǎn)的絲印技術，使A-300成為新一代高效背接觸硅太陽電池的典型代表。第7頁，共15頁。3 .RISE太陽電池（圖3）：電池以P型FZ-Si作為襯底，正面制作隨機金字塔絨面，并通過PECVD沉積雙層SiM薄膜，以起到減反射和表面鈍化作用。電池背面利用局部激光燒蝕技術，燒蝕成高低不同、呈叉指狀交叉排列的兩片區(qū)域。這種臺階結構成為RISE電池最大的結構特

6、點。背面經(jīng)磷擴散后，臺階的底面及側面區(qū)域形成電池的發(fā)射區(qū)。臺階的頂面區(qū)域因siQ薄膜阻擋了磷的擴散，成為電池的基區(qū)。隨后，在電池背面蒸鋁，并采用濕化學腐蝕法除掉沉積在基區(qū)與發(fā)射區(qū)銜接區(qū)域的鋁漿，以實現(xiàn)發(fā)射區(qū)電極與基區(qū)電極的分離。最后，利用LFC技術穿透Si02薄膜制作基區(qū)導電接點。RISE電池利用一層超薄的隧道氧化物形成高質量的AISiqn+電池Si接觸。這些獨特的結構設計，使電池效率達到195(4crnz)。為了進一步降低基極接觸區(qū)的復合速率，在其他區(qū)域保持不變的情況下，用局部硼擴散制作的硼背場(B-BSF)替換LFC制作的鋁背場(AI-BSF)，提高了短路電流，使效率提升到215。由于背面

7、電極是通過單步鋁蒸發(fā)制作而成，因此，如何很好地分離基區(qū)電極和發(fā)射區(qū)電極，成為制作RISE電池的一項技術難題。該研究所開創(chuàng)的自對齊接觸分離法成功地解決了這一問題，并經(jīng)試驗證實，此方法同樣適用于大面積RISE電池的制作。第8頁，共15頁。前結電池：前結電池的p-n結位于電池正表面，可以有效收集載流子，降低對襯底材料的要求。前結電池的關鍵在于如何實現(xiàn)正面p-n結與背面接觸電極的連接。電池結構不同，其連接方式也不相同。第9頁，共15頁。4.MWT太陽電池（圖5）：采用激光技術在細柵上作出這些導電孔，然后在孔內(nèi)進行擴散及金屬化，使其能導通到背面的主柵上。在主柵的電極接觸區(qū)重擴形成選擇性發(fā)射極結構，而在基

8、區(qū)電極接觸區(qū)制作鋁背場。MWT電池同樣需要考慮背面電極的理想絕緣問題。正面柵線電極及背面接觸電極既可采用絲網(wǎng)印刷技術制作，又可采用激光刻槽埋柵電極(LGBG)及化學鍍技術制作。采用LGBG技術制作的MWT電池，效率已達到172(Cz-Si)。Konstanz大學利用化學鍍技術，在大面積(140cm2)Cz-Si襯底上成功地制作出效率為17的MWT電池。第10頁，共15頁。5.EWT太陽電池（圖6）：EwT電池完全去除了正表面的柵線電極，依靠電池中的無數(shù)導電小孔來收集載流子，并傳遞到背面的發(fā)射區(qū)電極上。導電孔的制作，早期主要采用光刻和濕法化學腐蝕法，目前最常用的是激光鉆孔?？變?nèi)進行重磷擴散以降低

9、接觸電阻及接觸復合。電池背面是間隔排列的P型電極凹槽和n型電極凹槽。分別在13型電極凹槽和P型電極凹槽內(nèi)進行磷硼擴散以降低接觸復合。FraunhoferISE采用Si02鈍化及光刻技術，在FZ-Si襯底上制作出效率為214的EwT電池(6cm2)，成為EwT電池的最高效率保持者1引。Konstanz大學采用絲網(wǎng)印刷技術，在Cz-Si襯底上制作出低成本大面積EwT電池，效率為158孵”。美國Advent Solar公司采用雙面收集結結構，并利用激光鉆孔及絲網(wǎng)印刷技術，批量生產(chǎn)低成本、大面積(156cmz)的EWT電池，效率均在15以第11頁，共15頁。6.POWER-EWT太陽電池（圖7）既具有

10、P0wER電池半透明、機械柔韌性好等特點，又具有EwT電池連接簡單、表面均一美觀等優(yōu)點。電池正反兩面通過機械方法刻鑿出相互正交的矩形凹槽，槽深大于襯底厚度的12，由此在兩面凹槽的相交區(qū)域就會形成透光孔，孔的大小由槽寬決定。槽寬的設計要適中，既要考慮到印刷電極的技術需要，又要滿足兩種接觸電極的絕緣要求。磷擴散后，這些透光孔起到了連接表面發(fā)射區(qū)與背表發(fā)射區(qū)電極的作用。P()WER-EWT電池獨特結構的優(yōu)點是：正表面的凹槽結構增加了表面的陷光效果；電池中任一點到收集結的距離都相應變短，可以在低質襯底上獲得很高的收集效率。但由于電池背面基區(qū)主柵的絕緣效果欠佳，致使效率僅僅達到83。第12頁，共15頁。第13頁，共15頁。 7.RISEEWT太陽電池（圖8）：其結構和制作工藝與RISE電池相似，只是p-n結位于電池正表面，隨后采用EWT電池結構概念，利用激光鉆孔連接正面發(fā)射區(qū)和背面發(fā)射區(qū)電極。RISE-EWT電池的整個制作流程只采用了激光燒蝕、PECVD、磷擴散等無直接機械接觸的加工技術，便于加工面積較大的薄晶片。目前，RISE-EWT電池的最高效率為20(FZ-Si，93CITl2)，通過優(yōu)化單步磷擴散工藝及激光燒蝕工藝，有望使性能獲得進一步提升。第14頁，共15頁。結論 經(jīng)過多年的研究，已經(jīng)開發(fā)出許多不同結構的背接觸硅太