N型晶硅太阳能电池p发射极工艺基础研究

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N型晶硅太阳能电池是当前光伏产业界正在致力于发展的一类高效电池。然而,受制于关键工艺和材料问题,n型电池的研发和应用远滞后于p型电池。p发射极制备工艺,即通过硼扩散在n型硅基片上制备p-n结的工艺,是n型电池制造过程中的核心技术。目前,大多数电池制造企业采用BBr3硼扩散工艺制备p发射极,其主要问题为:硼杂质容易进入硅片边缘和背面,造成较大的漏电流,从而降低电池效率;BBr3是高毒性、强腐蚀性物质,它的使用加大了工艺控制的难度和制备成本。因此,无毒性、无腐蚀性、非挥发性、适宜旋涂成膜的液态硼源受到广泛的关注。  本论文首先考察了五种不同体系的液态硼源,包括含硼化合物(硼酸、氧化硼、一元醇硼酸酯)的单分子分散液、硼酸/硅溶胶混合液、硼-硅溶胶、聚硼硅氧烷以及多元醇硼酸酯络合物,分别研究了不同硼源的制备方法、旋涂成膜性能和硼扩散性质。其中,硼扩散制程采用与电池产线一致的工艺制度,包含三个阶段:硼源固化反应(800~850℃)、热硼扩散(900~1000℃)、以及硼富集层氧化(800℃)。测定所制备p发射极的方块电阻(R□)用以标定硼掺杂水平,发射极表面不同区域R□数值的相对标准偏差(relativestandard deviation,RSD)用以评价扩散的均匀性。  从对不同硼源硼扩散应用效能的比较中得出,聚硼硅氧烷在旋涂成膜性能、硼掺杂浓度的调控能力、扩散均匀性等方面具有显著优势,并且这些性质与其组成有着密切关系。因此,接下来本论文将主要研究工作集中于硼酸与两种烷氧基硅烷{甲基三乙氧基硅烷(methyltriethoxysilan,MTES)和二甲基二乙氧基硅烷(dimethyldiethoxysilane,DMDES)}同时发生交联反应所合成的复合聚硼硅氧烷,系统地研究了这种胶体硼源的组成(硼/硅比率、MTES/DMDES比率)、扩散工艺制度(各阶段过程的温度、气氛和时间)对p发射极方块电阻和硼杂质浓度分布的影响。研究结果表明,在与电池产线一致的工艺制度下,复合聚硼硅氧烷胶体硼源在N型单晶硅基片(电阻率1~3Ω·cm)的硼扩散方块电阻值在30~500Ω/□,硼杂质扩散深度在100~300nm。当方块电阻值控制在n型电池所需的范围时(40Ω/□<R□<80Ω/□),p发射极表面硼杂质的分布也同时具有较好的均匀性(RSD<5%)。  最后,本论文探讨了旋涂硼源硼扩散的p发射极在N型双面电池方面的应用。电池的电学测试显示,最高电池效率(20.85%)对应的p发射极方块电阻值为65~70Ω/□。并且,基于对p发射极与Ag/Al浆金属化界面的微结构观测和组成分布分析,本论文提出了p发射极金属化欧姆接触机制。
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