光伏每周技术资讯汇总(第三十一期)
创纪录低的势垒高度应导致Al和n型Si间极低的接触电阻。轻掺杂与重掺杂Si的接触电阻分别由下面二式给出:
任一情况中,接触电阻是势垒高度的指数函数。例如,Si中掺杂为1×1019cm-3时,势垒高度从0.6到0.4 eV适度地减少0.2eV就使接触电阻降低4个数量级!这就是降低n型Si上肖特基势垒能大大减少接触电阻的原因。低接触电阻对接触面积有限的指形电极是很重要的。它也能缓解由于Al电阻率较高而造成的指形电极电阻增加。更加重要的是,低接触电阻能在轻掺杂Si上实现,提供了硅片电池设计更多灵活性。
在Si(100)表面中止悬空键的另一结果是抑制了表面的化学活性。这就是抑制Al与Si合金化的机理,也抑制了无意中Si 的p型掺杂。
实验是通过检验在Se钝化Si(100)表面上Ni硅化进行的。在二片Si(100)硅片上淀积50nm Ni膜,一片有Se钝化,另一片没有Se钝化。在N2中400-700℃间加热这些样品60秒进行硅化,用透射电子显微镜检查Ni/Si界面。结果示于图3。对于没有Se且在400℃下退火的控制样品,观察到硅化,结果在Ni和Si间有二层硅化物堆叠(图3(a))。这证实了Foll等人早先对于Ni硅化的TEM研究。他们的结论是,二层堆叠分别为Ni2Si和NiSi。500℃退火后,单层NiSi出现在控制样品的Ni/Si界面(图3(b))。但是,钝化样品的表现完全不同。400℃退火后(图3(d)),Ni与Se钝化Si(100)表面间没有硅化而且界面陡削。500℃退火后,Ni与Se钝化Si(100)表面间仍然没有明显的反应(图3(e))。仅仅在600℃退火后,Ni与Se钝化Si(100)反应形成单层NiSi(图3(f))。因此,Ni/Se钝化Si(100)界面的热稳定性是~400℃。
上述结果说明,直到400℃均能防止Al与Si合金化,或直到400℃能抑制n型Si的无意p型掺杂。由于目前Al浆一般在750℃烧结,需要开发新的低温Al浆,用于以低于400℃烧结温度的n侧接触。若p侧Al浆仍然在750℃烧结,对于这样的全Al硅片太阳能电池就必须采用二步烧结工艺:第一次烧结在750℃用于p侧接触,第二次烧结在400℃用于n侧接触。二步烧结工艺似乎比目前的一步烧结工艺成本较高,不过,这或许是我们为了在硅片太阳能电池中避免用Ag不得不付出的代价。
结论
Si太阳能电池达到万亿瓦级规模的主要瓶颈之一是Ag的稀缺。根据材料的丰度和电阻率,得出的结论是,Cu和Al是指形电极Ag的合适替代品。讨论了Cu或Al替代Ag的一些挑战,包括抗氧化、接触电阻和阻挡层。过去有关这一课题的大多数工作集中于Cu,我们提出用价补钝化作为Al替代Ag时碰到的挑战的解决方案。 得到的初步结果支持我们的看法,这些结果包括:Al与Se钝化n型Si(100)表面间创纪录低的0.08eV肖特基势垒,直至~400℃ Se钝化Si(100)表面和Ni之间硅化的抑制。用价补钝化有可能构建全Al接触硅片太阳能电池,用于低成本万亿瓦规模的部署。
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