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替代金属的挑战
从上述讨论可得出结论,Ag的合适替代品有Cu和Al。硅片太阳能电池中用Cu或Al作为指电极存在一系列挑战:
1)抗氧化:Ag在各种温度下是抗氧化的。这保证了接触烧结(一般是750℃)后有低电阻金属指形电极。在这一温度下,Cu氧化成高电阻p型半导电的Cu2O和CuO,而Al部分氧化为绝缘的Al2O3。二者均会显著增加指电极电阻。Cu或Al指电极的烧结也许不得不在无氧环境下进行。
2)阻挡层:Cu和Al二者要求与Si的阻挡层,由于各种不同的原因,Al能与Si直接接触。因为它是Si中的p型杂质,必须避免Al与n型发射极合金化。这似乎可以用阻挡层实现。Cu是恶名昭著的少数载流子杀手,会引起效率的严重损失。TaN一类的阻挡层是半导体工业中常用的,避免Cu与Si直接接触。
3)长期可靠性低:Cu在普通环境条件下会缓慢氧化,产生了对长期可靠性的担忧。要求对水密封和气密封设计更加严格的指标。这方面Al比较好,因为Al的氧化物(Al203)形成高密度保护层,可防止下面的Al进一步氧化。
目前还难以得出结论,在硅片太阳能电池中Cu或Al那一种金属是指电极更好的替代品。尽管如此,仍能对它们各自的优缺点作出分析。Cu的最大优点是电阻率低,这导致与Ag比较的阴影损失很小。它可以电镀,这是保证低成本的工艺解决方案。在小电池上的效率已显示有17.2%,商用尺寸的电池上达18.4%。Cu的主要缺点是要求有阻挡层。Ni和Ti均得到良好的效果。Ni可电镀,但Ti不行。由于Cu的氧化,Cu的长期可靠性是另一个要顾及的问题。此外,若引入电镀,工业应有经验学习曲线。
就Al来说,尽管与n型Si的合金化必须避免,但它能与Si直接接触。因氧化长期远景看低的问题对Al比较好。丝网印刷对Al来说是成熟工艺,原则上它能应用于Al指形电极。Al的主要优点是Si与Al之间的肖特基势垒高度能用工程方法获得低接触电阻,本文将加以讨论。对Cu来说,接触电阻由阻挡层金属确定,其他考虑因素(如Cu扩散性)常常决定阻挡层金属的选择。另一方面,较高电阻率的Al要求较高高宽比的指形电极,对目前的丝网印刷工艺提出挑战。关于Al指形电极的R&D还没有开始。
作为Ag替代品的Al
若能实现高高宽比,作为Ag 指形电极的替代品,Al比Cu更具吸引力。这方面有二个原因。一个是在Al和n型Si间呈现创纪录低的肖特基势垒0.08eV,这确保了低接触电阻。另一个是直至400℃,Al和Si间的界面反应可得到抑制。用价补Si(100)表面可获得这些结果。
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多晶硅本周N型复投料主流成交价格为37.5元/KG,N型致密料的主流成交价格为35.0元/KG;N型#颗粒硅主流成交价格为34.0元/KG。交易状况:本周成交量偏向低迷,在需求进入真空期的情况下,拉晶厂谨慎采购,观察到个别小厂以低于均价1-2元/KG出货,但体量较小,报价偏离度较高,暂无明显影响。库存动态:库
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