单晶硅太阳电池高阻密栅工艺的研究

文/王静 张东升

单晶硅太阳电池高阻密栅工艺的研究

文/王静 张东升

扩散高方阻匹配密栅丝网印刷工艺是提升单晶硅太阳电池效率的主要方向之一，高方阻，即浅结扩散能够减少“死层”，密栅网版缩窄了金属栅线的间距以减少发射区电池横向移动的复合，同时，增加了副栅线总面积，提高填充因子FF，最终达到提升电池效率的目的，本文通过对比三种不同扩散工艺的方块电阻和ECV浓度。分析高方阻对太阳电池电性能参数的影响。结果表明：方阻为85Ω/□的发射区电池转换效率提高了0.1%。

单晶硅 电池效率 高方阻 金属栅线

从市场上所使用的半导体材料来看，晶体硅太阳电池依旧是市场的主角。晶体硅太阳电池主要是单晶硅太阳电池和多晶太阳电池，一直保持着80%以上的市场占有率，牢牢统治着整个太阳能市场。随着硅材料价格的持续快速下降，以及单晶电池效率与多晶的进一步拉开，使单晶电池的性价比越来越高，而且单晶更适合做薄片化来降低硅料成本。因此单晶硅电池将成为当前行业发展的主流。

在电池的生产工艺中，高方阻可以降低发射区内少子复合、提高太阳电池的蓝紫光响应，进而提高开路电压(Uoc)和短路电流(Isc)；密栅丝网印刷缩窄了金属栅线的间距以减少发射区电子横向移动的复合，同时增加了副栅线总面积以降低串联电阻，提高填充因子FF。本文在P型单晶硅材料基础上，采用三种不同的扩散方阻配合密栅丝网设计，探究高方阻工艺配合密栅印刷对太阳能电池电性能的影响。

1 实验

本实验采用隆基生产的156.75 mm×156.75 mm 直拉P型单晶硅片，厚度约为190μm，电阻率为1-5 Ω·cm。实验过程：选用同一硅锭生长的硅片，均分为三批，每批500片。首先通过碱制绒在硅片两面形成随机的金字塔结构；然后利用HF-HNO3混合溶液采用RENA Inoxide设备将背面腐蚀抛光；之后以液态POCL3作为扩散源，对三组实验片改变扩散工艺得到不同结深的发射极，分别为75Ω/□、80Ω/□、85Ω/□。再用混合酸溶液进行边缘绝缘和去除磷硅玻璃层(PSG)，用板式等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)镀SiNx钝化和减反射膜，配合密栅丝网印刷金属化过程，最后用远红外加热炉带共烧结形成发射极和铝背场界面的欧姆接触。在25℃、AM1.5、1000 W/cm2的标准条件下用Halm测试系统测试电池片IV特性。

实验过程采用四探针测量扩散后硅片的方块电阻；用电化学C-V（ECV）法测量扩散结深；烧结后的电池用激光共聚焦显微镜测量金属栅线高度、宽度。

2 结果与讨论

2.1 发射区的磷杂质浓度分析

电化学C-V法（ECV）是利用半导体材料与电解溶液接触形成的Schottky势垒代替传统C-V测量的金属-半导体接触，并对半导体加以正向偏压进行腐蚀，采用恒定的腐蚀电流得到更精确的测量结果。85Ω/□发射区的表面活性磷杂质浓度低于80Ω/□和75Ω/□发射区，硅片杂质浓度梯度大，“死层”较少。p-n结深度也逐渐减小。

2.2 高方阻对电池电性能的影响

将三组实验经过相同工艺处理，在线宽为40μm的四栅电极网版上进行丝网印刷，副栅根数为95根，烧结后用激光共聚焦显微镜分别测试相同转换效率电池的栅线高度和宽度，方阻75Ω/□，栅线高宽比0.25；方阻80Ω/□，栅线高宽比0.26；方阻85Ω/□，栅线高宽比0.25；相差不大。

用halm测试仪测试印刷后电性能如表1所示，浅结扩散能提高电池的短波响应，使得短路电流密度有所升高。表面复合的降低，提升了电池的开路电压。由于提升方阻后，Rs略为增加，导致FF有所降低，但是整体的电池效率提升了0.1%。

表1中，Voc为开路电压，Isc为短路电流，Rs为串联电阻，Rsh为并联电阻，FF为填充因子，Eff为转换效率。

表1：不同方块电阻对应电池电性能

3 结论

发射极的发射区域采用浅结磷扩散，提高发射区方块电阻，配合密栅线丝网印刷工艺可以制备出性能优良的单晶硅太阳电池。85Ω/□发射区的表面活性磷杂质浓度和扩散结深分别比80Ω/□和75Ω/□发射区的降低了12%和22%。轻掺杂发射区有效的减少了发射区表面浅层区内“死层”的厚度，降低了发射区内少子复合，提高了电池的短波响应，进而增加了开路电压和短路电流密度，而且填充因子也未受到明显的影响，最终提高了太阳电池转换效率。最后对比不同发射区方块电阻，随着方块电阻的升高，电池转换效率也逐渐升高，85 Ω/□发射区配合密栅丝网印刷，电池转换效率可达到19.93%。

[1]狄大卫,译.Wenham S R,应用光伏学[M].上海：上海交通大学出版社,2008：20-42.

[2]胡伟民,洪刯,周斌.n+/p常规硅太阳电池表面“死层”的减少方法[J].同济大学学报,1995,23：65-68.

[3]Hilali M M,Rohatgi A,Asher S. Development of screen-printed silicon solar cells with high fill factors on 100 ohm/sq emitters[J]. IEEE Trans.On Electron.

作者单位 英利能源（中国）有限公司 河北省保定市071051