【技術(shù)】N型黑硅光伏電池知多少？

黑硅在很寬的波長范圍內(nèi)具有反射率低、接受角廣的優(yōu)點(diǎn)，在太陽能電池領(lǐng)域倍受關(guān)注。本文將黑硅制絨工藝應(yīng)用到N型硅基體上制備成的太陽電池效率高達(dá)18.7%。在N型黑硅表面可以制作高濃度硼摻雜的發(fā)射極且不影響黑硅表面的光學(xué)特性，然后在黑硅發(fā)射極表面原子層沉積Al2O3，起到優(yōu)異的表面鈍化效果。

1.引言

黑硅表面有納米級(jí)小山峰，反射率很低。通過優(yōu)化反應(yīng)離子刻蝕（RIE）工藝的參數(shù)來制作黑硅，由于其在很寬的波段范圍內(nèi)反射率都很低且接受角廣而備受關(guān)注。除了RIE還有其他制作黑硅的方法，如激光制絨、金屬催化濕化學(xué)刻蝕、等離子體浸沒離子注入等。黑硅在太陽能電池應(yīng)用中的一個(gè)難題是黑硅表面面積增大而導(dǎo)致表面復(fù)合速率增大，進(jìn)而造成短波段的光譜響應(yīng)變差。黑硅已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到P型電池上，通過熱氧化和沉積SiNx作為正面鈍化層。但是低反射率的增益無法彌補(bǔ)高表面復(fù)合速率的影響，電池效率較低，效率最高可達(dá)到18.2%。

近幾年來，Al2O3被認(rèn)為是P型、N型、P+表面最有發(fā)展?jié)摿Φ碾娊橘|(zhì)鈍化層。Al2O3的鈍化效果與硅片表面的低缺陷密度和Si/Al2O3接觸面固定負(fù)電荷有關(guān)。在光伏行業(yè)，原子層沉積（ALD）的出現(xiàn)解決了黑硅表面復(fù)合速率高的難題，ALDAl2O3對(duì)P型黑硅表面具有良好的鈍化效果。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

使用5ΩcmFZN型硅片制作黑硅鈍化發(fā)射極背面局部擴(kuò)散太陽能電池（PERL）。圖1為太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖和制備太陽能電池的工藝流程圖。制備了正面只有Al2O3的黑硅太陽能電池，同時(shí)制備了正面具有倒金字塔結(jié)構(gòu)和Al2O3/SiNx鈍化層的電池作對(duì)照組。對(duì)照組電池和黑硅太陽能電池唯一的不同是正面的倒金字塔結(jié)構(gòu)和等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）的65nm厚的SiNx層。首先在硅片表面制作氧化層掩膜留出2*2cm2的窗口。通過RIE使用SF6/O2在120℃條件下刻蝕硅片窗口位置7分鐘制作黑硅。圖2a顯示了黑硅表面隨機(jī)納米級(jí)小山峰的平均高度和寬度為1ｕm和200nm。在890℃、910℃、930℃三個(gè)條件下BBr3擴(kuò)散形成硼發(fā)射極。黑硅表面等離子輔助原子層沉積（PA-ALD）10nm厚的Al2O3，背面通過PassDop工藝進(jìn)行鈍化。PassDop工藝包括PECVD沉積磷摻雜非晶SiCx：H層，在鈍化層表面激光開槽形成接觸點(diǎn)。激光開槽后，在接觸點(diǎn)位置磷擴(kuò)散形成局部背表面場(chǎng)。在硅片背面烝鍍鋁形成背面金屬化，然后在425℃條件下退火15min激活A(yù)l2O3鈍化層。硅片正面光刻后烝鍍Ti/Pd/Ag并電鍍Ag加厚電極形成正面接觸電極。

圖1.N型黑硅太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖和電池制作工藝主要步驟

圖2.（a）通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察到的黑硅表面。（b）910℃擴(kuò)散發(fā)射極、硼玻璃去除、沉積Al2O3后黑硅表面反射率曲線和具有倒金字塔絨面結(jié)構(gòu)且沉積Al2O3/SiNx后對(duì)比組硅片的反射率曲線以及通過表面反射率計(jì)算出的兩者的光譜加權(quán)平均反射率值（Rw）。