硅表面钝化技术及其在晶硅电池中的应用.pdf

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1、ByYa．nanDouADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofElectronicsScienceandTechnologyShanghaiinstituteofTechnicalphysicsoftheChineseAcademyofScienceApril，2013致谢在即将顺利完成学业之际，我向所有关心、指导和帮助

2、我的人表达我最诚挚的谢意。首先要感谢的是我的导师褚君浩院士。褚老师学识渊博，治学严谨，工作勤奋，准时守信，这些都在我的脑海里烙上了深深的印记，为我今后的工作和生活树立了良好的榜样。褚老师为学生们提供了良好的实验平台和宽松的工作环境，使我能在做科研中体会到许多乐趣，实现一些自己的想法，保持舒畅的心情，在此对褚老师表示由衷的感谢!感谢尚德电力的技术经理何悦博士对我工作的指导和帮助。何悦博士工作能力强，注重细节，平易近人，对我的实验、报告以及毕业论文写作等各个方面的提供很好的建议和帮助。感谢马晓光教授，把我带进光伏这个

3、行业，使我熟悉了硅薄膜电池和晶硅电池的产业化情况，得到了很多实践。感谢邵军研究员、王建禄师兄，朱亮清师兄，刘玉峰博士，史继超博士，在实验上的热心指导和有益讨论；感谢黄婵燕，张云帮我做了很多镀膜和测试实验，感谢张雷博，周炜，黄敬国，邱锋，董文静，布海军，丛蕊，曹中兴，刘新智，马学亮等同学在工作和生活中的帮助以及实验上的讨论；感谢尚德电力王永谦博士，乔琦博士，王淑珍，赵许飞，江作，刘宁，俞瑞瑞，杨宝平等同事在工作中的支持和帮助；感谢太阳能电池研发中心王善力研究员，赵守仁等在实验平台上的支持；感谢中科院电工所周春兰老师

4、，周肃博士，赵彦硕士在测试实验中的帮助；感谢硅器件室徐鹤靓老师在实验中给予的帮助；感谢韩国NCD、芬兰BENEQ和苏州德龙激光等公司；感谢物理室孟祥建研究员，孙瑕兰研究员，沈宏副研究员，郭少令高工，骆振娅老师在工作中的帮助；感谢沈蓓军老师在专利申请方面给予的支持和帮助。感谢08硕博全体同学，非常荣幸我们能够一起进入技物所学习，度过了人生中难忘的一段时光。最后，深深感谢我的父母和妹妹，是你们的无私支持和关爱，才使我得以顺利完成学业，在此，祝愿你们身体健康，平安快乐!窦亚楠2013．04上海摘要全球能源消费的不断膨胀

5、以及传统化石燃料的过度不科学利用，导致环境污染加剧、生态环境恶化、全球气候变暖，与此同时化石能源也濒临枯竭。面对能源危机，许多国家都在研究和开发利用可再生能源，太阳能光伏发电作为-kO干净的可再生的新能源，受到全世界普遍的重视。目前光伏发电成本还比较高，其中一个解决方案就是提高光伏电池的转换效率，因而新技术的研发是必不可少的。当前主流晶体硅电池基于丝网印刷技术，相对于实验室高效电池，丝网印刷电池有诸多可改善之处。比如可用发射极／金属缠绕技术将前电极移往背面以减少遮光面积，采用选择发射极技术减少电极接触电阻同时减少

6、非接触区的表面复合，采用N型衬底减少体复合。总之可从以下三个方面着手：(1)光管理技术减少光子损失，(2)钝化技术减少载流子复合，(3)减小串联电阻以减少电学损失。本论文结合(1)和(2)两点采用工艺简单、成本较低并且易于产业化实现的背表面钝化和反射介质层技术路线改善电池性能，主要的研究内容和结果有：1，采用热原子层沉积(ALD)在硅表面制备了均匀致密的A1203薄膜并研究其钝化性能。沉积后的ALD—A1203薄膜对p／n硅都有较好的钝化性能，少子寿命达百微秒量级，优化温度退火处理后少子寿命大幅提升到毫秒量级。对

7、于p(n)型硅，最大的有效少子寿命为1．3ms(4ms)，相应的表面复合速度为10cm／s(3cm／s)。2，ALD．A1203薄膜表面固定负电荷的密度随退火温度呈指数式增长，最高可达4x1012cnl-2。通过二次离子质子谱，X射线光电子谱和高分辨透射电镜等实验研究了表面固定负电荷的来源，指出退火后在A1203一Si界面处形成了SiO。氧化层，退火温度越高，其中的O含量越多，更易形成四面体结构，导致Al以A104。形式存在，即负电荷的来源。3，通过复合理论模拟和实验定量计算了ALD．A1203薄膜对硅的表面钝化

8、性能中来自场效应钝化和化学钝化各自的贡献。未退火前表面固定电荷密度很低，以化学钝化为主，低温退火后表面固定电荷指数式增长，这时钝化性能的改善主要来源于场效应钝化。高温(450oC以上)退火后表面缺陷增加，即使表面固定电荷也增加，但钝化性能衰减，说明场效应钝化起作用以化学钝化为基础。i摘要4，采用ALD．A1203薄膜作为介质层制备了LFC．PERC型晶体硅电池，IV测试开