N型硅材料整理

1、N 型硅太陽能電池材料整理從理論上來講，不管是硼摻雜的 P 型硅片或是磷摻雜的 N 型硅片都可以用來制備太陽能電池，但是現(xiàn)在世界上大部分的晶體硅太陽能電池生產(chǎn)廠家都采用摻硼的 P 型硅片生產(chǎn)太陽能電池。因為 N 型硅片制備的太陽能電池開路電壓和填充因子較低，并且長期使用或存放時 N 型硅片太陽能電池性能會有所退化，而在 P 型硅片上形成 N+g 射結(jié)比在 N 型硅片上形成 P 儂射結(jié)在工業(yè)化生產(chǎn)上更容易實現(xiàn)。目前主流工業(yè)化生產(chǎn)的 P 型硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)可以穩(wěn)定在 18%認(rèn)上，要想在不增加成本的情況下再提高效率已經(jīng)非常困難，于是人們把眼光轉(zhuǎn)向少數(shù)載流子壽命比 P 型硅高的多的 N 型硅，

2、并取得了很大進(jìn)展。一、N 型硅的優(yōu)點(diǎn)P 型硅太陽能電池具有轉(zhuǎn)換效率高，技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，占有世界太陽能電池產(chǎn)量的絕大部分。但在制造過程中，擴(kuò)散制結(jié)工藝需要在溫度約 1000c 進(jìn)行，工藝復(fù)雜，成品率低。而 N 型硅太陽能電池生產(chǎn)工藝可在 200c 以下進(jìn)行。符合低成本、高產(chǎn)量、高效率的要求。其次，相同電阻率的 N 型硅片的少數(shù)載流子壽命比 P 型硅片高。（注：少數(shù)載流子壽命反映了太陽能電池表面和基體對先生載流子的復(fù)合程度，即反映了光生載流子的利用程度，少數(shù)載流子壽命越高，太陽能電池的短路電流、開路電壓也會提高。是太陽能電池設(shè)計、生產(chǎn)的重要參數(shù)，但其會受到高溫處理過程的影響。）第三,N 型硅片對金

3、屬污染的容忍度要高于 P 型硅片。二、N 型硅片的缺點(diǎn)N 型硅片制備的太陽能電池開路電壓和填充因子較低。（注：填充因子是衡量電池輸出特性的重要指標(biāo)，代表電池在最佳負(fù)載時所能輸出的最大功率，其值越大表明太陽能電池的輸出特性越好。）由于 N 型硅片需要硼元素形成 PN 結(jié)，對于P+發(fā)射結(jié)這樣的太陽能電池結(jié)構(gòu)表面復(fù)合嚴(yán)重，并且長期使用或存放時性能會有所退化，而常規(guī)的表面鈍化手段均無明顯效果。但是 J.Benick 等人利用Al2。作為鈍化層獲得了良好的鈍化效果。他們采用 PERLM 構(gòu)，在 N 型 FZ 硅片上得到了 23.4%高轉(zhuǎn)換率的太陽能電池，這也是 N 型硅太陽能電池的最高世界紀(jì)錄。有人利用

4、非晶硅作鈍化層也取得了很好的鈍化效果。雖然 N 型 CZ 硅片是高效太陽能電池的理想材料，但現(xiàn)在鑄造多晶硅中含有較多的 Cr 和 Fe,這兩種金屬雜質(zhì)對材料性能影響很大。三、N 型硅太陽能電池的種類N 型硅太陽能電池有很多種類，除了可以把發(fā)射結(jié)坐在正面、背面和雙面外，還可以做成 SEEWTPERLMW 和 HIT 等結(jié)構(gòu)。 目前除了美國 SUNPOWER 司和日本三洋外，具有生產(chǎn) N 型硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力的公司并不多， 目前國內(nèi)有報道的有寧波的杉杉尤利卡太陽能科技發(fā)展有限公司。N 型硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率平均只有 16.5%。1、PCCfc 陽能電池美國 SUNPOWERS 利用點(diǎn)接觸（

5、PCC 和絲網(wǎng)印刷技術(shù)，于 2003 年研制出新一代背面點(diǎn)接觸太陽能電池 A-300,轉(zhuǎn)換效率為 20%通過進(jìn)一步的改進(jìn)，該電池的效率已經(jīng)達(dá)到 21.5%,并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。減反射膜減反射膜門型基廳一門型基廳一X X 擴(kuò)擴(kuò)散層散層鈍化層鈍化層分分金屬電金屬電極極（n）方方% %。鈍化層鈍化層qE E 前前表面場表面場今今絨面絨面5Q中的接中的接觸孔觸孔P擴(kuò)散息擴(kuò)散息金屬電極金屬電極SUNPOWER 司 A-300 結(jié)構(gòu)示意圖2、HIT 異質(zhì)結(jié)高效 N硅太陽能電池2000 年日本三洋公司研制出 10cm 家用 HIT 結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)太陽能電池。 解決了以往的缺陷。所謂 HIT 結(jié)構(gòu)就是在 F氫化非

6、晶硅和 n 型氫化非晶硅與 n 型硅襯底之間增加一層非摻雜（本征）氫化非晶硅薄膜。采取該工藝措施后。改變了 PNg 的性能。因而使轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 20.7%，開路電壓達(dá)到 719mV，并且全部工藝可以在 200c 以下實現(xiàn)。雙面結(jié)構(gòu)的 HIT 電池由于能接收到來自地面的反射光，不論地面是否光滑，它都能發(fā)出比單面電池至少多 8.1%的電能。三洋公司大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)也獲得 18.5%的效率。三洋公司在 HIT 太陽能電池的基礎(chǔ)上，還推出了正反對稱形的 HIT日本三洋 HIT 太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖盡管三洋公司已經(jīng)取得如此高的效率，并實現(xiàn)了 HIT 的產(chǎn)業(yè)化，但有關(guān)于 PECVD沉積參數(shù)及詳細(xì)制備過程卻

7、沒有報道。世界各國實驗組至今還沒有一個能達(dá)到或重復(fù)三洋公司如此好的實驗結(jié)果。3、發(fā)射結(jié)鈍化一全背場擴(kuò)散（PERT）加硅太陽能電池發(fā)射結(jié)鈍化一全背場擴(kuò)散太陽電池是趙建華博士在澳大利亞新南威爾士大學(xué)期間設(shè)計的一種郵硅太陽電池。 面積為 22cm2NFZ 單晶硅太陽電池效率達(dá) N21.5%,PERTfe池采用電阻率為 0.9Q-cmHFZ晶硅片，正表面 KO 腐蝕倒金字塔結(jié)構(gòu)，淺磷擴(kuò)散形成前表面場（FSF）,背面淺硼擴(kuò)散形成發(fā)射結(jié)，再在兩面生長高質(zhì)量的 SiO2 鈍化層，通過光刻工藝在前電極下實現(xiàn)重磷擴(kuò)散，背電極的點(diǎn)接觸處實現(xiàn)重硼擴(kuò)散。前電極采用電鍍工藝鍍銀背電極熱蒸發(fā)鋁形成點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)，最后前面沉積

8、 ZnSXMgF 雙層減反射薄。這種結(jié)構(gòu)的電池雖然效率不錯，但是比現(xiàn)在的 P 型硅生產(chǎn)工藝復(fù)雜，并不適合工業(yè)化生產(chǎn)。200 朔趙建華等申請了和單側(cè)光照射的構(gòu)雙功率太陽能電池組件，這種組件能夠利用正反兩面的光照。帶有正面鈍化叫擴(kuò)散層的 N 型硅太陽電池專利，并計劃在中電三期工程中投入生產(chǎn)。4、N+NPt 陽電池2006 年，J.Schmidt、A.G.Aberle 等人利用幾乎和現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)叫硅太陽電池完全相同的方法制備出 NNBfc 陽電池 ll，實驗室效率為 19%（4cm 前電極為蒸鋁電極），產(chǎn)業(yè)化效率為 17%（100cm2 前電極為絲網(wǎng) E 端脖艮電極），在 NH 基片上正面擴(kuò)散磷形

9、成 N+g,背面發(fā)射結(jié)由絲網(wǎng)印刷鋁漿燒結(jié)而成。 值得指出的是這種結(jié)構(gòu)的電池發(fā)射結(jié)在背面，少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度至少要大于基片厚度，因此對少子壽命要求很高。5、背接觸背結(jié)（BC-BJ）太陽電池2008 年德國 Fraunhofer 實驗室的 F.Granek,MHermle 等人提出背接觸背結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)，在 lQcmNFZ片上彳#到了 21.3%效率”。該電池結(jié)構(gòu)采用 160gml硅片，首先正面制備金字塔結(jié)構(gòu)，然后擴(kuò)散磷形成 N+t 表面場（FSF）,最后用 SiO2 鈍化表面再鍍 SiNx 減射膜，背面通過擴(kuò)散阻擋層實現(xiàn)硼和磷的擴(kuò)散，形成P 發(fā)射結(jié)和 N+T 表面場。電極都在背面，采用絲網(wǎng)印刷

10、然后電鍍的工藝完成。6、PER太陽電池J.Benick、B.Hoe 野人采用 PERL 吉構(gòu)，基片采用 1Q-cmFFZ片，表面制備倒金字塔陷光結(jié)構(gòu)， 正面擴(kuò)散硼形成 P 發(fā)射結(jié)， 然后在其上用 ALO 作為鈍化層， 上面沉積 SiNx減反射膜。背面采用 SiO2 鈍化層，再在背電極下面重擴(kuò)散磷形成 N+t 表面場，取得了23.4%的 N 型硅最高轉(zhuǎn)換效率。7、雙面 NH 硅太陽電池雙面 NH 硅太陽電池是 GammSolar 公司研發(fā)的一種新型結(jié)構(gòu)。在 NCZI 晶硅基底上，正面擴(kuò)散硼形成 P 儂射結(jié)，背面擴(kuò)散磷形成 N+T 表面場。詳細(xì)的工藝目前還無法知曉。該公司稱在 180 仙 0B、156mnX156mr1NH 硅片上兩面效率均達(dá)到了 17%,并計劃在 2009 年 9 月正式投產(chǎn)。四、國內(nèi)卜型硅太陽能電池情況回特蚯公司發(fā)明公開了一種基于 N 型硅片的黃銅礦類半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，包括依次疊層結(jié)合的受光面電極、透明導(dǎo)電層、P 型黃銅礦半導(dǎo)體薄膜、N 型晶體硅、NT+背表面場和背金屬電極，形成 PNNT+的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的太陽電池具有更好的光譜響應(yīng)，尤其是在紫外和可見光波段，從而可以提升短路電流；且在正面可形成梯度帶隙，類似于多結(jié)的堆疊效應(yīng)，大幅度地提升開路電壓和填充因子；最終得到的太陽