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【干货】APCVD技术在晶硅太阳电池中的应用研究

导读: 之前,APCVD技术在光伏界的应用处于国外技术封锁阶段,目前刚过技术保密期,因此对该技术的应用研究在国内已逐渐成为热点,同时也具有先导性意义。

  常压化学气相沉积(AtmosphericChemicalVaporDeposition,APCVD)技术属于SCHMID公司的专利技术,在北美光伏企业已有大规模应用。以Sunpower通过此技术实现了n型IBC工业化生产超过22%的电池转换效率为典型,被誉为高效n型电池开发极具潜力的关键性技术。之前,APCVD技术在光伏界的应用处于国外技术封锁阶段,目前刚过技术保密期,因此对该技术的应用研究在国内已逐渐成为热点,同时也具有先导性意义。

  APCVD的原理

  APCVD技术是指在大气压下,把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室,然后通过气相化学反应在基体表面上沉积一层固态薄膜的方法[1,2]。APCVD技术在太阳电池的发射极制备上的应用原理是利用气体源分别在硅片表面沉积一层磷硅玻璃层(PSG)或硼硅玻璃层(BSG),再采用高温推进的方式将P+或B+推进至硅片,在硅片表面一定深度内产出间隙原子和空位,改变晶体结构,从而形成电池发射极。

  使用PH3可在p型硅片表面沉积一层PSG,经过高温推进过程后形成太阳电池的核心结构p-n结;使用B2H6可在n型硅片表面沉积一层BSG,经过高温推进过程后形成太阳电池的核心结构p-n结。在硅片表面沉积PSG或BSG的相关反应原理如下:

  PSG层的形成:SiH4+O2→SiO2+2H2;4PH3+5O2→2P2O5+6H2

  BSG层的形成:SiH4+O2→SiO2+2H2;2B2H6+3O2→2B2O3+6H2

  APCVD的实现方式

  实验使用的APCVD设备主要有加热腔、沉积腔、冷却腔3部分。APCVD工艺过程分为加热、第一步沉积(BSG或PSG)、恒温区域加热、第二步沉积保护层(SiO2或TiO2)、降温。使用不同的工艺气体,可形成不同的沉积层。沉积过程在如图1所示的系统下完成。

  工艺气体经过管路到达沉积腔的喷头处,从喷头出来的气体到达硅片表面,并在硅片表面相互反应形成沉积层。喷头处有5个细小的孔,可以满足3种不同的气体(O2、N2、SiH4/PH3/B2H6)同时经过喷头到达硅片表面。沉积速率可通过调整气体比例及硅片温度来控制;当需要形成较厚沉积层时,可以通过增加喷头数量来实现。

  APCVD制备发射极在晶硅太阳电池中的应用

  APCVD进行常规p型单面晶硅太阳电池制备

  制作常规p型单面晶硅太阳电池时,在工艺过程中导入APCVD制备发射极技术,仅需将高温磷扩散更换为APCVD沉积PSG及高温推进,其他工序与常规电池相同。工艺如下:制绒→APCVD-PSG→高温推进→刻蚀→正面PECVD镀SiNx→丝网印刷→烧结→I-V测试

  在硅片表面制备PSG后进行高温推进,与常规高温磷扩散相比,有增加硅片表面磷掺杂的均匀性的优势。

  APCVD进行p型双面晶硅太阳电池制备

  双面电池典型的结构是两个高掺杂区域:一个硼掺杂的发射极和一个磷掺杂的发射极。传统工艺进行双面电池的制备需要进行两次扩散阻挡层的制备及两次湿法化学去除阻挡层,工艺过程十分繁琐,而这正是阻碍双面电池工业化生产的绊脚石。使用APCVD制备两种掺杂能有效简化工艺过程。两种工艺制备p型双面电池的工艺流程如表1所示。

  从表1可看出,APCVD技术应用到双面电池的制备中能有效简化热扩散两次制结的中间步骤,减少双面电池的制作工艺。采用APCVD技术制备双面电池时,可实现前后表面B/P掺杂的共推进,能减少两次热扩散对电池质量的损伤。相较于传统的热扩散工艺APCVD技术,制备出的p型双面电池方阻更均匀,能缩小电池片效率的分布区间,提升电池片的整体质量,降低制作成本。

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