晶硅异质结太阳电池非晶硅薄膜与背场工艺优化研究

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晶硅异质结电池具有转化效率高和工艺温度低的优点,在光伏应用中人们对晶硅异质结太阳电池有着广泛的兴趣。到目前为止,只有日本松下公司的HIT异质结太阳电池实现产业化,但其对HIT电池的相关工艺和制备过程高度保密,国际上其他研究结构和企业对晶硅异质结太阳电池进行了大量研究,我国起步较晚,与他们的差距较大。本文研究优化晶硅异质结电池的非晶硅薄膜和背场工艺。本文基于HWCVD研究了沉积本征非晶硅薄膜研究对硅片钝化效果,并比较了两种常用测试测试硅片少子寿命技术的差异;基于HWCVD沉积非晶硅薄膜技术制备晶硅异质结太阳电池,优化了铝背场烧结工艺,制备单层发射极电池和双层发射极电池并进行对比;与企业合作研究,利用薄膜电池生产设备尝试制备晶硅异质结太阳电池。主要结论如下:基于HWCVD沉积本征非晶硅薄膜研究钝化硅片表面,随着沉积气压增大,非晶硅薄膜微观结构参数R*逐渐减小,薄膜中的空位缺陷也逐渐减少;随着热丝电流增大,薄膜微观结构参数R*先减小后增大,薄膜中空位缺陷逐渐增多。μ-PCD和RF-PCD测试硅片所获得结果差异与硅片少子寿命面分布相关,面分布不均匀时二者测试结果差异很大,面分布均匀时二者测试结果相差不大。基于HWCVD技术制备晶硅异质结太阳电池,首先优化了铝背场烧结工艺,引入双层发射极结构用于晶硅异质结太阳电池。对比单层发射极电池和双层发射极电池的性能,发现双层发射极电池的开路电压和填充因子大幅提升,短路电流密度也有提高,最终双层发射极电池比单层发射极电池效率提高了3.03%。基于薄膜电池生产设备PECVD沉积非晶硅薄膜、LPCVD沉积BZO制备晶硅异质结太阳电池,优化本征钝化层气压和氢稀释比应用于制作电池,对比铝背场结构的电池和非晶硅背场结构的电池性能,发现铝背场结构的电池开路电压、短路电流密度和填充因子都有很大的提升,量子效率在长波段改善显著,最后电池转换效率提升了2.35%。使用扫面电镜测得在制绒电池表面BZO的形貌图,发现BZO表面的晶粒生长呈现金字塔的微观结构,这样的微观形貌使得BZO具有一定的陷光效果。BZO沉积在制绒硅片表面上使得电池的反射率低至5%左右。
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