背接触硅太阳电池研究进展

2.1.2PCC太阳电池

美国SunPower公司利用点接触(Point2contactcell,PCC)及丝网印刷技术,于2003年研制出新一代背面点接触太阳电池A2300,见图2,效率为20%,并通过进一步改进,使效率达到了21.5%[5]。A2300电池采用n型硅材料作为衬底,载流子寿命在1ms以上。正表面没有任何电极遮挡,并通过金字塔结构及减反射膜来提高电池的陷光效应[6]。电池前后表面利用热氧钝化技术生成一层SiO2钝化层,降低了表面复合并增加了长波响应,从而使开路电压得以提高。在前表面的钝化层下又进行了浅磷扩散以形成n+前表面场,提高短波响应。背面电极与硅片之间通过SiO2钝化层中的接触孔实现了点接触,减少了金属电极与硅片的接触面积,进一步降低了载流子在电极表面的复合速率,提高了开路电压。较为出色的陷光、钝化效果,以及采用了可批量生产的丝印技术,使A2300成为新一代高效背接触硅太阳电池的典型代表[7,8]。

图2A2300太阳电池

2.1.3RISE太阳电池

德国ISFH研究所结合激光烧蚀及LFC技术开发出RISE(Rearinterdigitatedsingleevaporation)电池[9],见图3。电池以p型FZ2Si作为衬底,正面制作随机金字塔绒面,并通过PECVD沉积双层SiNx薄膜,以起到减反射和表面钝化作用。电池背面利用局部激光烧蚀技术,烧蚀成高低不同、呈叉指状交叉排列的两片区域。这种台阶结构成为RISE电池最大的结构特点。背面经磷扩散后,台阶的底面及侧面区域形成电池的发射区。台阶的顶面区域因SiO2薄膜阻挡了磷的扩散,成为电池的基区。随后,在电池背面蒸铝,并采用湿化学腐蚀法除掉沉积在基区与发射区衔接区域的铝浆,以实现发射区电极与基区电极的分离。最后,利用LFC技术穿透SiO2薄膜制作基区导电接点。RISE电池利用一层超薄的隧道氧化物形成高质量的Al/SiOx/n+电池Si接触。这些独特的结构设计,使电池效率达到19.5%(4cm2)。为了进一步降低基极接触区的复合速率,在其他区域保持不变的情况下,用局部硼扩散制作的硼背场(B2BSF)替换LFC制作的铝背场(Al2BSF),提高了短路电流,使效率提升到21.5%。由于背面电极是通过单步铝蒸发制作而成,因此,如何很好地分离基区电极和发射区电极,成为制作RISE电池的一项技术难题。该研究所开创的自对齐接触分离法成功地解决了这一问题,并经试验证实,此方法同样适用于大面积RISE电池的制作。

图3RISE太阳电池

此外,在德国Q2CellsAG公司资助下,ISFH与FraunhoferISE合作,在低质硅衬底上开发出高效背结电池。电池正表面结构与A2300类似,而背面则采用了更加紧凑的结构布局,并增大了发射区的覆盖比例,使对材料少子寿命的要求降低到600μs。衬底可选用p或n型FZ2Si以及n型Cz2Si,效率均可达到21%。基于此项技术,Q2CellsAG公司已着手建立中试生产线[10]。