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n型晶体硅/p型非晶硅异质结太阳电池的研制

导读: 研究了不同的硅片表面钝化方法,分析了硅片表面的少数载流子寿命以及对晶体硅/非晶硅异质结(HIT)太阳电池性能的影响。发现适当的HF溶液处理、氢等离子体处理和表面覆盖约3nm的本征非晶硅层...

  1前言

  采用宽带隙的非晶硅作为窗口层或发射极,单晶硅或多晶硅片作衬底,形成了非晶硅/晶体硅异质结太阳电池,称为HIT(heterojunction with intrinsic thin-layer)太阳电池。它可以同时实现pn结和优异的表面钝化,并且所有工艺可在低温(《200℃)下完成,既减少了能耗,又能避免硅片在高温处理过程中可能产生的性能退化。由于这种电池既利用了薄膜制造工艺优势同时又发挥了晶体硅和非晶硅的材料性能特点,具有实现高效低成本硅太阳电池的发展前景,成为光伏能源领域的一个研究热点。

  本文通过分析测试HIT太阳电池制备过程中硅片表面的一些钝化技术对少数载流子寿命的影响,来研究钝化效果,摸索出提高电池效率的途径,并结合背电场工艺,研制出高效率的HIT太阳电池。

  2实验

  实验中我们选用的衬底为n型单面抛光直拉单晶硅片。首先对硅片进行严格的化学清洗。然后通过改变钝化方法和工艺条件分别进行对比实验,测试硅表面的少子寿命,测试仪是采用SEMLABWT一1000型的微波光电导衰减仪(μ一PCD)。采用射频等离子体辅助化学气相沉积(RF-PECVD)技术沉积非晶硅薄膜,在优化钝化条件的情况下,制备出完整的HIT电池样品,电池的结构为Ag/n-c-Si/i-a-Si:H/p-a-Si:H/ITO。电池的卜V特性在太阳模拟光源AMl.5光照条件(1000w/m2),25℃下测得。采用标定过的Si探测器为参考样品,通过量子效率(QE)测试仪得到太阳电池的光谱响应。

  3结果与分析

  3.1硅表面钝化及对电池性能的影响

  (1)化学预处理及其钝化作用

图1 硅片少子寿命随HF溶液处理时间的变化曲线

图1 硅片少子寿命随HF溶液处理时间的变化曲线

  图1是硅片少子寿命随不同HF溶液处理时间的变化曲线,可以看出用HF溶液处理后的硅片少子寿命均有提高,说明一定浓度的HF溶液能有效去除硅片表面的氧化层,提高载流子寿命。其中处理lmin后测得的少子寿命最高,并且HF溶液处理时间不宜过长,当Time》1min后,随着时间的增长少子寿命会有所下降,说明长时间的HF溶液腐蚀可能会破坏硅表面结构。

  (2)H处理及其钝化作用

图2 硅片少子寿命随H处理时间的变化曲线

图2 硅片少子寿命随H处理时间的变化曲线

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