晶体硅太阳电池钝化工艺的研究.pdf

第卷第期
201Vol120,No11
1999年1月ACTAENERGIAESOLARISSINICAJan.,1999

晶体硅太阳电池钝化工艺的研究a

周良德林安中王学建
(北京有色金属研究总院,北京100088)

文摘:采用热氧化法在多晶硅及单晶硅大面积太阳电池上生长二氧化硅钝化膜,结合丝网印刷
制电极及二氧化钛减反射膜工艺,使太阳电池的扩散长度及效率得到改进。也进行了在多晶硅太
阳电池上采用等离子沉积法制作氮化硅减反射膜的研究。

关键词:钝化膜,晶体硅太阳电池,氮化硅膜,丝网印刷法

0引言

近年来在太阳电池表面制作氧化膜进行表面钝化,以进一步提高太阳电池的性能,颇为人
们关注。但报道的大部分实验都采用真空蒸镀金属膜的方法[1—5],且金属膜与硅表面间的氧化
膜用光刻工序去除,以避免因电极与氧化膜间的接触电阻而影响钝化效果。此外,钝化作用在
高质量的硅片上才具有明显的效果。而目前实用型太阳电池大部分采用丝网印刷工艺制作电
极,且常用太阳级硅片,因而有必要从实用角度来进行硅表面钝化的研究。
1984年日本京都陶瓷公司采用PECVD法沉积氮化硅膜,并用于生产线,使太阳电池性
能有了较大提高[6]。但世界上其它多晶硅太阳电池生产厂并没有采用该法制备减反射膜,因而
其实际效果有待更多的研究来进行评估。
在我们的试验中,用多晶硅及太阳级单晶硅片作样品,用丝网印刷制作电极,用烧透氧化
膜,即增高烧结温度的方法,使银厚膜穿过氧化膜与硅表面形成欧姆接触,以探讨简化工艺,降
低成本的途径。

1丝网印刷电极穿透二氧化钛膜的太阳电池

首先进行将电极印刷在喷涂法制作的二氧化钛减反射膜上并在800℃下进行烧结实验,
以证明银厚膜可以穿透氧化物膜而形成良好电接触。实验中,先用有添加N型掺杂剂的银浆,
后用未经掺杂的银浆,两者均能得到性能良好的太阳电池。丝网印刷电极前后镀二氧化钛膜的
太阳电池,其效率对比见表1。表1列出的两种太阳电池,其丝网印刷电极均采用一次烧结法,
单晶硅太阳电池的面积为96cm2,两者的效率比较接近。先镀减反射膜对大批量自动化生产电
池是有利的,焊接导带时不需要穿透氧化膜,易于进行自动化焊接。两种电池的典型电性能列
于表2。

a本课题为国家自然科学基金资助项目
本文1997201210收到

太阳能学报
1期周良德等:晶体硅太阳电池钝化工艺的研究57

表1丝网印刷电极前后镀减反射膜
的太阳电池效率对比

后镀膜效率(%)前镀膜效率(%)

113.3613.6
213.6713.0
313.3813.2
413.2911.8
512.21012.9
平均13.1平均12.9
表2丝网印刷电极前后镀减反射膜
的太阳电池典型电性能

22
电池种类Voc(mV)Jsc(mAöcm)Vm(mV)Jm(mAöcm)FF(◊)G(◊)

后镀膜58433.346028.66813.2

前镀膜58234.144030.06713.2

进行多晶硅太阳电池钝化等试验的硅片,质量应比较稳定,且具有工业化生产意义。本试
验采用从国外公司制造的145kg铸锭上用多线切割机切下来的硅片,片厚为350Lm,少子寿
命约为2—6Ls,制成电池后测得的有效少子扩散长度约为120Lm(在晶粒上)。在我们的丝网
印刷—烧结工艺试制线上制备的多晶硅太阳电池,平均效率达11%,其10cm×10cm多晶硅

太阳电池的效率见表3。典型的电性能:Voc=586mV,Isc=2.89A,Vm=420mV,Im=2.67A,
FF=68◊,G=11.2◊。
表310cm×10cm多晶硅太阳电池的效率

硅片来源电池效率(%)

英国C公司10.8,11.7,11.0,11.6,11.4,11.2,11.2,11.1

德国B公司11.3,11.2,11.4,11.2,10.8

平均11.2

2二氧化硅钝化膜的应用

制作二氧化硅膜采用热氧化方法,温度为800℃,膜厚7.5—10nm。10cm×10cm单晶硅太
阳电池的效率统计结果见表4,其典型的电性能列于表5。进行统计的太阳电池,其电极经烧结
穿过二氧化钛膜及薄氧化膜。实际上在多次进行的生产性实验中,氧化膜的存在对电池效率的
提高比估计更明显,即容易得到等于或高于4%的增益,这可能是由于钝化工序具有退火或吸
杂及阻挡杂质向硅片内部扩散作用,即增益也许不单纯是钝化膜造成的,其原因还需要进一步
确认,但经过多批实验,钝化膜确有提高效率的作用。
67太阳能学报20卷

表4单晶硅太阳电池的效率统计

无氧化膜电池效率(%)有氧化膜电池效率(%)
113.0713.9
213.4814.0
312.1914.1
412.11013.7
513.81112.6
613.81213.1
1313.5