论文部分内容阅读
光伏发电技术是解决能源和环境问题最有效的途径之一，而晶体硅太阳电池在产量上占民用太阳电池领域的90％以上。晶体硅太阳电池提高竞争力的决定性因素就是提高电池的光电转换效率。目前常规产业化的扩散-丝网印刷技术晶体硅太阳电池转换效率的提升已经趋于缓慢，相比于其他工艺技术，离子注入晶体硅太阳电池技术是成本较低，工艺步骤较少，且能实现大规模量产的重要技术手段。本文围绕离子注入单晶硅太阳电池器件工艺的研制，在理论分析，结构设计，工艺探索，分析测试等方面进行了详细的研究，主要成果和创新点如下: 1.通过Sentaurus软件对离子注入背接触型单晶硅太阳电池进行二维器件模拟，确定了电池主要结构和工艺参数，模拟的电池效率达到21.3％。是当时国内背接触型单晶硅太阳电池模拟有报道的最好结果。 2.进行了离子注入背接触型单晶硅太阳电池的工艺制作。通过大量的工艺探索，掌握了离子注入背接触型单晶硅太阳电池的特殊工艺，完成了包含5次光刻，3次注入的总计45步工艺的复杂流程，做出一个lcm×lcm的实验室级背接触型单晶硅太阳电池。 3.进行了离子注入单晶硅实验室级太阳电池的工艺制作。研究并改进了若干工艺步骤，成功制作出lcm×lcm的单晶硅实验室级太阳电池，重点积累了离子注入单晶硅太阳电池的工艺制作经验，掌握了若干表征离子注入太阳电池核心参数的方法，为后续制备离子注入单晶硅太阳电池产业化工作打下了坚实的基础。 4.优化离子注入产业化单晶硅太阳电池的工艺步骤，重点研究了离子注入太阳电池的核心参数:掺杂剂量，退火温度，退火时间，氧化时间对电池效率的影响。得到最优化的参数为:注入能量l0keV，注入磷剂量2.6e15 cm-2，退火和氧化温度850°C，退火llmin，氧化21min。 5.优化了背面丝印铝背场时，铝背场与硅片边缘的间距。分析表明，间距越大，漏电流越小，但是背钝化的效果也越差，经多次实验，得出间距1.2mm为最理想的值。据我们所知，该研究成果在国际离子注入晶体硅太阳电池方向上属于首创。 6.以尺寸为156×156mm2的p型太阳能级单晶硅片作为衬底，制备离子注入产业化单晶硅太阳电池，通过大批量工艺探索和测试分析优化了太阳电池的性能。最优的离子注入p型单晶硅太阳电池的效率达到19.50％，相应的开路电压为645.1mV，短路电流为9.092A，填充因子为79.16％。这是国内已报道的离子注入p型单晶硅太阳电池的最高值。