离子注入技术在高效晶硅太阳电池中的应用-论文.pdf

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1、离子注入技术在高效晶硅太阳电池中的应用中电投西安太阳能电力有限公司■董鹏宋志成张治屈小勇摘要：离子注入技术作为半导体领域中一项重要的掺杂工艺，将其应用到太阳电池中，可大幅提高电池转换效率。本文从工艺原理、工艺实现关键技术难点、产业化情况等方面分析了离子注入技术。包括IBC电池在内，离子注入技术在未来高效晶硅电池中将扮演重要角色。关键词：掺杂；离子注入；IBc电池0引言从1954年第一块单晶硅太阳电池问世以来，作为太阳电池的主要发展方向，晶硅电池技术取得了重大进步，光电转换效率从最初的6％提高到现在的24．7％『1(仅考虑单节非聚光模式下的太

2、阳电池)，然而这与晶硅电池的理论极限效率31％【2还有很大差距。图l为常规晶硅电池的工艺流程，在此基础上的单晶电池转换效率可达图2晶硅太阳电池的效率损失机理图18．8％，多晶电池转换效率可达17．5％。在不改实现转换效率的提升。本文从工艺原理、实现方变工艺方法和器件结构的前提下，晶硅电池的转法、关键技术和产业化情况等方面对离子注入技换效率遇到瓶颈，如何进一步提高其转换效率成术进行分析。了各大厂商和研究机构的重点课题。清洗／制绒1离子注入工艺原理磷扩散制备发射极当真空中有一束离子束射向一块固体材料—————————±一——洗磷刻蚀时，受到固体

3、材料的抵抗而速度慢慢减低，并最t终停留在固体材料中，这一现象称为离子注入。PECVD镀膜在硅片中注入相应的杂质原子(如硼、磷、砷等)，金属化电极可改变其表面电导率或形成p-n结。常规晶硅电图1常规晶硅电池工艺流程图池通过高温扩散的方式制备P—n结。高温扩散是晶硅太阳电池的效率损失主要分为光学损失热化学反应和热扩散运动的结合，p-n结质量受和电学损失两类，如图2所示。高效电池技术化学结合力、扩散系数和材料固溶度等因素的限研究重点就是通过工艺方法、器件结构和原辅材制，且长时间的高温过程会对硅片品格结构造成料等各方面的改善，降低光学损失和电学损失

4、，损伤。另外，由于扩散炉设备的限制，扩散工艺———IL——SOLARENERGY05／2014还有一个难以克服的缺点，就是掺杂的均匀性较实现选择性发射极，也为背接触电池(IBC)等高差。用离子注入技术代替高温扩散制备p-n结，效电池结构提供了可能性。可有效解决上述问题。相较于传统扩散技术，离子注入技术制备的用于实现离子注入工艺的设备叫离子注入发射极具有更低的表面复合速率和更好的表面钝机。由于精准的掺杂水平，离子注入机已经广泛化效果，使离子注入电池在短波区域的IQE响应应用于集成电路领域的研究和生产，但受限于其较高，即蓝光响应较好。高昂的价格

5、和严格的工艺控制要求，该技术一直表1为分别用扩散和离子注入制备的电池电未在晶硅电池领域推广。近年来，随着光伏行业性能对比_5]。由于离子注入制备的p-n结均匀性的深度整合以及对高效电池技术的需求，相关设更好，具有更好的短波响应，离子注入制备的电备厂商和著名研究机构开始将离子注入技术引入池开路电压和短路电流密度均有明显提高，到高效晶硅电池的开发中，并尝试将其产业化。平均转换效率比扩散制备的电池高O．5％左右。表1扩散和离子注入制备的电池电性能对比2离子注入电池实现方法用离子注入技术代替传统扩散技术，可很方扩散10．63136．9280．32l

6、8．71便地实现晶硅电池的产业化，其工艺流程如图3离子注入10．64237．5079．8719．23所示。离子注入过程中高能离子对硅片晶格会造成一定损伤，可通过高温退火的方法消除该损伤，3离子注入技术结合其他高效电池技术的应用利用退火这一步骤可同时在硅片表面生长一层薄3．1离子注入技术与sE技术的结合的SiO层，对硅片表面起到钝化作用。离子注入技术的另一个优势在于其可很方便地实现选择性发射极(SE)的制备。实现方式为：清洗／制绒：一土：一先在硅片表面进行低浓度的离子注入掺杂，形成离子注入制备发射极p-n结，再通过掩膜遮挡硅片表面其他区域，在

7、退火／热氧化层4,-栅线位置进行第二次高浓度离子注入掺杂，形成PECVD镀膜选择性发射极。应用选择性掺杂技术可进一步金属化电极改善硅片表面的蓝光响应，提高电池转换效率。图3离子注入电池工艺流程图3．2离子注入技术与背钝化技术的结合离子注入技术相比传统扩散技术在晶硅电池近年来，背钝化技术在高效晶硅电池中开始中的优势有：1)发射极在高方阻情况下能保证被重视。其原理是在硅片背面沉积一层AlO作很好的均匀性；2)退火过程同时可对发射极进为电池背表面的钝化层，可有效降低电池背表面行热氧化钝化，减少表面复合损失；3)离子注入的复合速率，增加背面对光的反

8、射，使原本会透制备的发射极能与丝网印刷电极有更好的接触，过电池片的光反射回电池片内部进行二次吸收，减少接触电阻损失；4)不用对边缘进行刻蚀，进增加了电池片对光的吸收。实验表明，背