高效太陽能電池新工法研究成果介紹一、背景二、黑硅識別三、黑硅制作新技藝四、各種黑硅技藝比較五、黑硅太陽能電池六、等離子體摻雜制備PN結(jié)七、原子層沉積鈍化技藝八、進一步加強效能的方法內(nèi)容造價+空間的占用加強轉(zhuǎn)換效能有待技藝突破市場：銷售額372億，裝機容量7.3GW分布：歐洲70%；美國9%；中國2%；日本等其他19%一、背景CostperWattGrossMarginFirstSolar$0.7648.4%TrinaSolar$1.132.1%YingliSolar$1.333.5%Solarfun$1.321%SunPower$1.722.9%物理法有可能加強品質(zhì)、降低造價和能耗資料來源：EPIA晶硅一直占主導(dǎo)地位,中國硅晶體占~97%！光伏電池產(chǎn)業(yè)分布厚度的限制：200μm→120μm大晶粒晶界調(diào)適多晶硅技藝發(fā)展起源：1999年，哈佛大學(xué)教授EricMazur和他的研究生C.Wu在一次實驗中意外識別了一種后來稱之為黑硅的構(gòu)造物料。隨及在美軍方資助下秘密研究了近10年。2008年成立SiOnyx公司，生產(chǎn)黑硅光電探測器。短脈沖激光器二、黑硅的識別SF6Si二維橫向移動

韓國成均館大學(xué)利用RIE制備了柱狀組織的黑硅，反射率6%，單晶電池轉(zhuǎn)換效能可以達到15.1%；

美國NREL利用金誘導(dǎo)催化化學(xué)腐蝕制備孔狀黑硅，單晶黑硅太陽電池效能達到了16.8%；2012年項目目標(biāo)為單晶17.8%，多晶15.8%

復(fù)旦大學(xué)采用電化學(xué)腐蝕法制備了折射率呈梯度變化的多層多孔黑硅，其反射率在大波段范圍內(nèi)已達到5%以下；半導(dǎo)體所利用飛秒激光研究黑硅。黑硅物料及太陽能電池研究單晶常規(guī)制絨單晶PIII黑硅多晶常規(guī)制絨多晶PIII黑硅三、黑硅制備新技藝：

利用等離子體浸沒離子注入制備黑硅：高效、易控、低造價、低反射率、低損傷。硅片浸沒在等離子體中，在脈沖偏壓下產(chǎn)生離子鞘層，形成整片離子摻雜。高能離子注入等離子體浸沒注入熱擴散Plasmaimmersionionimplantation，PIIIB，orP等離子體注入（PIII）技藝介紹PIII形成黑硅機理

采用等離子體浸沒離子注入技藝制備黑硅物料，與傳統(tǒng)的硼、磷或砷注入不同，反應(yīng)氣體離子在負偏壓的作用下被注入進入硅片晶格內(nèi)，與硅片發(fā)生反應(yīng)，生成孔狀或針狀組織，通過調(diào)控工法指標(biāo)，可以實現(xiàn)黑硅物料的可操控備，具有造價低、效能高等優(yōu)勢。PIII制備黑硅物料

(本課題原創(chuàng)技藝，已申請8項國際、17項國內(nèi)發(fā)明專利）平板式批量黑硅生產(chǎn)原型裝備整個原型裝備由工作腔室、等離子體源、偏壓操控、真空體系和測試體系幾個部分組成，體系框圖如圖所示。孔狀針狀復(fù)合構(gòu)造樹狀蜂窩狀山包狀PIII可操控備多種構(gòu)造四、黑硅制備技藝比較與復(fù)盤激光掃描等離子注入形狀吸光載流子分離電流收集原位摻雜造價損傷金子塔，適合單晶一般，方向敏感一般一般不能低低針尖，單、多晶有利，方向不敏感有利不利不能高高多孔，單、多晶有利，方向不敏感有利有利能低中NaOH制絨多孔黑硅，載流子可以繞過孔傳輸。針尖黑硅，載流子無法在針尖跳躍傳輸多孔黑硅有利載流子傳輸多角度吸光，提升全天時效能單晶硅制絨是化學(xué)法腐蝕出金字塔構(gòu)造，斜角入射反射率高多孔黑硅，可提升全天時效能上午中午下午多晶黑硅反射率隨波長變化（在紅外波段有明顯優(yōu)勢）多晶黑硅量子效能明顯優(yōu)于酸制絨16.3%16%預(yù)計18%五、黑硅太陽能電池SEM俯視圖SEM斜視圖多晶黑硅電池的效能比同批次常規(guī)電池效能加強0.8%！單位襯底類型電池效能面積備注中科院微電子所多晶黑硅17.88％156*156mm2小批量產(chǎn)品美國國家能源實驗室（NatureNano2012）單晶黑硅18.2％8.9*8.9mm2實驗室樣品多孔狀多晶黑硅電池等離子體浸沒注入（PIII）：低能高劑量，淺結(jié)注入，造價低。六、注入摻雜制備PN結(jié)束線離子注入：離子可篩選，高能注入，但裝置昂貴晶圓直徑：200mm注入能量：100eV～10KeV摻雜類型：P型、N型靶注入方式：單圓片注入能量精度：±2％注入劑量均勻性：±5％注入劑量重復(fù)性：±5％注入結(jié)深：≤5nm@（100eV，1019atoms/cm3）等離子浸沒離子注入機準(zhǔn)單晶注入，方阻均值65.6，非均勻性小于3%多晶硅注入，方阻均值24.5，非均勻性小于3%PIII注入摻雜制備PN結(jié)PIII注入摻雜SIMS曲線，退火后，結(jié)深推進；總劑量相比于擴散和離子注入低；PIII注入SIMS曲線多晶硅多晶黑硅14.1%13.6%14.84%PIII注入摻雜方阻40~60ohm/sq，獲得最高效能。高于目前報道的PIII注入電池結(jié)果PIII注入摻雜制備電池結(jié)果準(zhǔn)單晶2008年，德國弗朗霍夫太陽能研究所的Benick等人在n型Si襯底的p型發(fā)射極表面沉積Al2O3薄膜，制得了效能高達23.2%的電池。七、原子層沉積氧化鋁鈍化技藝n型電池p型電池2010年，德國ISFH的Schmidt等人在p型Si襯底的背表面沉積Al2O3薄膜，得到了最高21.4%的電池效能。Thermal-ALD：(A)AlOH*+Al(CH3)3→AlOAl(CH3)2*+CH4(B)AlCH3*+H2O→AlOH*+CH4PE-ALD：(A)AlOH*+Al(CH3)3→AlOAl(CH3)2*+CH4(B)AlCH3*+4O→AlOH*+CO2+H2O原子層沉積氧化鋁的反應(yīng)機理非均勻性計算公式：折射率：1.6-1.7消光系數(shù)：02.94%1.58%1.13%連續(xù)模式→脈沖模式吹掃時間加長關(guān)閉載氣表面粗糙度0.9-1.2nm薄膜均勻性沉積態(tài)退火后n型片p型片最好鈍化少子壽命2850pcs等離子體原子層沉積體系50片PEALD裝置29主要技藝指標(biāo)：1、裝置能耗15KW2、產(chǎn)能400片3、沉積片間非均勻性：±1%4、批次間非均勻性：±1.5%5、10nm氧化鋁工法時間1h400片TALD裝置一、背景二、黑硅識別三、黑硅制作新技藝四、各種黑硅技藝比較五、黑硅太陽能電池六、等離子體摻雜制備PN結(jié)七、原子層沉積鈍化技藝八、進一步加強效能的方法內(nèi)容黑硅的摻雜：表面積增大（孔隙率），方阻減小P

目前由于銀漿顆粒較大，銀不能流入硅孔，柵線和硅的接觸電阻較大通過回流工法，使銀流入硅孔，形成準(zhǔn)埋柵構(gòu)造銀柵準(zhǔn)埋柵構(gòu)造，降低接觸電阻

由于多孔構(gòu)造，黑硅的鈍化有很大差別

研究反應(yīng)自鈍化工法，實現(xiàn)表面、體內(nèi)同時鈍化SiNx黑硅的鈍化PECVD,ALDSiNxAL各種工法折射率SiNx減反層，背鋁清洗注入F+

制備黑硅摻雜P形成ＰＮ結(jié)吸附O-鈍化印刷電極等離子體注入等離子體注入制備黑硅太陽能電池探索全新柵線制作技藝，降低柵電阻3倍，柵線20微米，加強效能2%，降低造價。收集柵的制作一、背景二、黑硅識別三、黑硅制作新技藝四、各種黑硅技藝比較五、黑硅太陽能電池六、進一步加強效能的方法七、發(fā)展計劃內(nèi)容黑硅整線制造裝備裝置特點：整線生產(chǎn)能力1500片/小時，和電池生產(chǎn)線匹配；多種襯底適用，包括單晶硅、多晶硅、帶硅等；極其適合植入自動化生產(chǎn)線；單面處理，避免背面損傷；制備黑硅反射率可