论文部分内容阅读
目前，光伏发电是解决能源危机的有效途径之一。在过去的几十年里晶体硅太阳电池发展迅速，在太阳电池产业中一直占据主导地位。太阳电池效率的提高是推动光伏产业发展的关键。选择性发射极结构电池是一种非常有效的提高效率并且正在被大规模应用到产业化中去的高效电池。相比于其它选择性发射极工艺，激光掺杂磷硅玻璃制作选择性发射极是成本最低，附加设备最少的工艺路线。本文详细的研究了激光掺杂磷硅玻璃制作选择性发射极电池的理论和实验。尤其是研究了在大规模产业化生产设备上实现这种结构电池的工艺。本文取得了以下创新性的研究成果:
1.对于求解晶体硅太阳电池的理论模型，一般都是假设发射极均匀掺杂，不考虑表面复合和光线在硅片内的反射。这样只能定性的用来了解太阳电池的原理。本文研究发射极有一定浓度分布的太阳电池;尤其是对于基区，本文作者首次推导出了考虑光学内反射效应的解析解。通过计算电池的量子效率，与数值软件PC1D的模拟结果对比，验证了此解析解的正确性。
2.基于这些解析解，本文重点对激光掺杂磷硅玻璃选择性发射极电池进行准二维建模，得到了正极栅线的优化和发射极掺杂浓度的优化结果。并用实验结果验证了理论结果。由于织绒表面的陷光作用，在优化结果中出现了两个效率最高峰:一个浅结重掺杂（N0～1.06×1020/cm3，xj～0.3μm），这个为工业界普遍采用的方案;另外一个是深结轻掺杂（N0～1×1019/cm3，xj＞1μm），它是未来新工艺的方向。根据此模型还指出栅线和发射极工艺改进的方向:平均栅线宽度每降12μm，方块电阻就要升10Ω/□□，对应的效率可以提升约0.1％。
3.本文还首次采用解析解的方式对局部背场图形配置进行了优化。得到了比较大的图形工艺窗口。
4.在实验方面，详细研究了激光掺杂磷硅玻璃选择性发射极电池的各个工艺。对比均匀发射极工艺，对每一步工艺进行了调整，优化。相比常规的暗织绒工艺，采用亮织绒工艺给出了更好的外观和更小的反向电流。调整扩散工艺，不仅要制作出高方块电阻发射极，还要同时在发射极上产生一层含磷量很高的掺杂源层。在PECVD工艺中，采用优化的双层膜工艺可以提升效率约0.2％。
5.重点研究了激光掺杂过程:激光器的结构和输出特性;激光平顶光斑的参数;激光融化、掺杂发射极的物理过程和机理;激光工艺的优化结果---指出40Ω/□□为最优化的激光掺杂方块电阻。
6.以尺寸为156×156mm2的p型太阳能级多晶硅片作为硅衬底，制备的激光掺杂磷硅玻璃选择性发射极太阳电池与常规均匀发射极电池实验对比中发现，激光掺杂磷硅玻璃选择性发射极电池可以使效率提升0.35％。最高的光电转换效率达到17.56％，相应的开路电压为628.8mV，短路电流为8.6A，串联电阻为2.7mΩ，并联电阻为81Ω，填充因子为78.98％。