【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 nO2） 是許多薄膜電池的重要構(gòu)成部分，作收集電流和窗口材料用。 ? （ 5） M1S電池 —— 是肖特基（ MS） 電池的改型，即在金屬和半導(dǎo)體之間加入 1． 5一 3． 0nm絕緣層，使 MS電池中多子支配暗電流的情況得到抑制，而變成少子隧穿決定暗電流，與 pn結(jié)類似。 ? 其中 1層起到減少表面復(fù)合的作用。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的 M1S電池正面有 20一 40181。m的 SiO2膜，在膜上真空蒸發(fā)金屬柵線，整個(gè)表面再沉積 SiN薄膜。 SiN薄膜的作用是：①保護(hù)電池；②作為減反（ ARC）； ? 降低薄膜復(fù)合速度：①在 p型半導(dǎo)體一側(cè)產(chǎn)生一個(gè) n型導(dǎo)電反型層。對(duì)效率產(chǎn)生決定性影響的是在介電層中使用了銀。 ? 該電池優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，但反型層的薄層電阻太高。 ? （ 6） MINP電池 —— 可以把這種電池看作是 M1S電池和 p一 n結(jié)的結(jié)合，其中氧化層對(duì)表面和晶界復(fù)合起抑制作用。這種電池對(duì)后來(lái)的高效電池起到過(guò)渡作用。 ? （ 7） 聚光電池 —— 聚光電池的特點(diǎn)是電池面積小，從而可以降低成本，同時(shí)在高光強(qiáng)下可以提高電池開路電壓，從而提高轉(zhuǎn)換效率，因此聚光電池一直受到重視。 1． 2晶硅太陽(yáng)電池向高效化和薄膜化方向發(fā)展 ? 晶硅電池在過(guò)去 20年里有了很大發(fā)展，許多新技術(shù)的采用和引入使太陽(yáng)電池效率有了很大提高。在早期的硅電池研究中，人們探索各種各樣的電池結(jié)構(gòu)和技術(shù)來(lái)改進(jìn)電池性能，如背表面場(chǎng)，淺結(jié)，絨面，氧化膜鈍化， Ti／ Pd金屬化電極和減反射膜等。后來(lái)的高效電池是在這些早期實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)上的發(fā)展起來(lái)的。 1． 2． 1單晶硅高效電池 ? 單晶硅高效電池的典型代表是斯坦福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池（ PCC）， 新南威爾士大學(xué)（ UNSW） 的鈍化發(fā)射區(qū)電池（ PESC， PERC， PERL以及德國(guó)Fraumhofer太陽(yáng)能研究所的局域化背表面場(chǎng)（ LBSF） 電池等。 ? 我國(guó)在“八五”和“九五”期間也進(jìn)行了高效電池研究，并取得了可喜結(jié)果。近年來(lái)硅電池的一個(gè)重要進(jìn)展來(lái)自于表面鈍化技術(shù)的提高。從鈍化發(fā)射區(qū)太陽(yáng)電池（ PESC） 的薄氧化層（＜ 10nm） 發(fā)展到 PCC／ PERC／PER1電池的厚氧化層（ 110nm）。 熱氧化鈍化表面技術(shù)已使表面態(tài)密度降到 10cm2以下，表面復(fù)合速度降到100cm／ s以下。 ? 此外，表面 V型槽和倒金字塔技術(shù)，雙層減反射膜技術(shù)的提高和陷光理論的完善也進(jìn)一步減小了電池表面的反射和對(duì)紅外光的吸收。低成本高效硅電池也得到了飛速發(fā)展。 （ 1）新南威爾士大學(xué)高效電池 ? （ A） 鈍化發(fā)射區(qū)電池（ PESC） ：PESC電池 1985年問(wèn)世， 1986年 V型槽技術(shù)又被應(yīng)用到該電池上，效率突破20％ 。 ? V型槽對(duì)電池的貢獻(xiàn)是：減少電池表面反射；垂直光線在 V型槽表面折射后以41” 角進(jìn)入硅片，使光生載流子更接近發(fā)射結(jié)，提高了收集效率，對(duì)低壽命襯底尤為重要； ? V型槽可使發(fā)射極橫向電阻降低 3倍。降低發(fā)射極電阻可提高電池填充因子。 ? 在發(fā)射結(jié)磷擴(kuò)散后的 Al層沉積在電池背面，再熱生長(zhǎng) 10nm表面鈍化氧化層，并使背面 Al和硅形成合金，正面氧化層可大大降低表面復(fù)合速度，背面 Al合金可吸除體內(nèi)雜質(zhì)和缺陷，因此開路電壓得到提高。 ? 早期 PESC電池采用淺結(jié)，然而后來(lái)的研究證明，淺結(jié)只是對(duì)沒(méi)有表面鈍化的電池有效，對(duì)有良好表面鈍化的電池是不必要的，而氧化層鈍化的性能和鋁吸除的作用能在較高溫度下增強(qiáng)，因此最佳 PESC電池的發(fā)射結(jié)深增加到 1181。m左右。 ? 值得注意的是，目前所有效率超過(guò) 20％的電池都采用 深結(jié) 而不是淺結(jié)。淺結(jié)電池已成為歷史。 ? PESC電池的金屬化由剝離方法形成Tipd接觸，然后電鍍 Ag構(gòu)成。這種金屬化有相當(dāng)大的厚／寬比和很小的接觸面積，因此這種電池可以做到大于83％的填充因子和 20． 8％的效率。 ? 填充因子 FF%：評(píng)估太陽(yáng)電池負(fù)載能力的重要因素。 FF=(Im Vm)/(Isc Voc) ? 其中： Isc— 短路電流， Voc— 開路電壓， Im— 最佳工作電流， Vm— 最佳工作電壓； ? （ B） 鈍化發(fā)射區(qū)和背表面電池（ PERC）： 鋁背面吸雜是 PESC電池的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。然而由于背表面的高復(fù)合和低反射，它成了限制 PESC電池技術(shù)進(jìn)一步提高的主要因素。 PERC和 PERL電池成功地解決了這個(gè)問(wèn)題。它用背面點(diǎn)接觸來(lái)代替 PESC電池的整個(gè)背面鋁合金接觸，并用TCA（ 氯乙烷）生長(zhǎng)的 110nm厚的氧化層來(lái)鈍化電池的正表面和背表面。 ? （ C） 鈍化發(fā)射區(qū)和背面局部擴(kuò)散電池（ PERL）： 在背面接觸點(diǎn)下增加一個(gè)濃硼擴(kuò)散層，以減小金屬接觸電阻。由于硼擴(kuò)散層減小了有效表面復(fù)合，接觸點(diǎn)問(wèn)距可以減小到 250181。m、 接觸孔徑減小到 10181。m而不增加背表面的復(fù)合，從而大大減小了電池的串聯(lián)電阻。 PERL電池達(dá)到了 702mV的開路電壓和 23． 5％的效率。 ? （ D） 埋柵電池 ： UNSW開發(fā)的激光刻槽埋柵電池，在發(fā)射結(jié)擴(kuò)散后，用激光在前面刻出 20181。m寬、 40181。m深的溝槽，將槽清洗后進(jìn)行濃磷擴(kuò)散。然后在槽內(nèi)鍍出金屬電極。電極位于電池內(nèi)部，減少了柵線的遮蔽面積。電池背面與 PESC相同，由于刻槽會(huì)引進(jìn)損傷，其性能略低于 PESC電池。電池效率達(dá)到 19． 6％。 （ 2）斯坦福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池（ PCC） ? 點(diǎn)接觸電池的結(jié)構(gòu)與 PER1電池一樣，用TCA生長(zhǎng)氧化層鈍化電池正反面。為了減少金屬條的遮光效應(yīng)，金屬電極設(shè)計(jì)在電池的背面。電池正面采用由光刻制成的金字塔（絨面）結(jié)構(gòu)。位于背面的發(fā)射區(qū)被設(shè)計(jì)成點(diǎn)狀， 50181。m間距， 10181。m擴(kuò)散區(qū)，5181。m接觸孔徑，基區(qū)也作成同樣的形狀，這樣可減小背面復(fù)合。 （ 2）斯坦福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池（ PCC） ? 襯底采用 n型低阻材料（取其表面及體內(nèi)復(fù)合均低的優(yōu)勢(shì)），襯底減薄到約100181。m， 以進(jìn)一步減小體內(nèi)復(fù)合。這種電池的轉(zhuǎn)換效率在為 22． 3％ 。 （ 3）德國(guó) Fraunhofer太陽(yáng)能研究所的深結(jié)局部背場(chǎng)電池（ LBSF） ? LBSF的結(jié)構(gòu)與 PERL電池類似，也采用TCA氧化層鈍化和倒金字塔正面結(jié)構(gòu)。由于背面硼擴(kuò)散一般造成高表面復(fù)合，局部鋁擴(kuò)散被用來(lái)制作電池的表面接觸，2cmX2cm電池電池效率達(dá)到 23． 3％（ Voc=700mV， Isc－～ 41． 3mA， FF一0． 806）。 （ 4）日本 SHARP的 C一 Si／ 181。c Si異質(zhì) pp+結(jié)高效電池 ? SHARP公司能源轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)室的高效電池，前面采用絨面織構(gòu)化，在 SiO2鈍化層上沉積 SiN，后面用 RFPECVD摻硼的 181。c一 Si薄膜作為背場(chǎng)，用 SiN薄膜作為后表面的鈍化層， Al層通過(guò) SiN上的孔與 181。cSi薄膜接觸。5cmX5cm電池效率達(dá)到 21． 4％（ Voc＝669mV， Isc＝ ， FF=0． 79）。 （ 5）我國(guó)單晶硅高效電池 ? 天津電源研究所在國(guó)家科委“八五”計(jì)劃支持下開展高效電池研究，其電池結(jié)構(gòu)類似 UNSW的 V型槽 PE SC電池，電池效率達(dá)到 20． 4％。北京市太陽(yáng)能研究所“九五”期間在北京市政府支持下開展了高效電池研究，電池前面有倒金字塔織構(gòu)化結(jié)構(gòu)，2cmX2cm電池效率達(dá)到了 19． 8％，大面（ 5cmX5cm） 激光刻槽埋柵電池效率達(dá)到了 18． 6％。 1． 3多晶硅高效電池 ? 多晶硅太陽(yáng)電池的出現(xiàn)主要是為了降低成本，其優(yōu)點(diǎn)是能 直接制備出適于規(guī)?；a(chǎn)的大尺寸方型硅錠 ， 設(shè)備比較簡(jiǎn)單，制造過(guò)程簡(jiǎn)單、省電、節(jié)約硅材料 ， 對(duì)材質(zhì)要求也較低。 晶界及雜質(zhì)影響可通過(guò)電池的工藝改善；由于材質(zhì)和晶界影響，電池效率較低。電池工藝主要采用吸雜、鈍化、背場(chǎng)等技術(shù)。 ? 近年來(lái)吸雜工藝再度受到重視，包括三氯氧磷吸雜及鋁吸雜工藝。吸雜工藝也在微電子器件工藝中得到應(yīng)用，可見其對(duì)純度達(dá)到一定水平的單晶硅硅片也有作用，但其所用的條件未必適用于太陽(yáng)電池，因而要研究適合太陽(yáng)電池專用的吸雜工藝。研究證明，在多晶硅太陽(yáng)電池上，不同材料的吸雜作用是不同的，特別是對(duì)碳含量高的材料就顯不出磷吸雜的作用。 ? 常規(guī)鋁吸雜工藝是在電池的背面蒸鍍鋁膜后經(jīng)過(guò)燒結(jié)形成，也可同時(shí)形成電池的背場(chǎng)。近幾年在吸雜上的工作證明，它對(duì)高效單晶硅太陽(yáng)電池及多晶硅太陽(yáng)電池都會(huì)產(chǎn)生一定的作用。 ? 鈍化是提高多晶硅質(zhì)量的有效方法。一種方法是采用氫鈍化，鈍化硅體內(nèi)的懸掛鍵等缺陷。在晶體生長(zhǎng)中受應(yīng)力等影響造成缺陷越多的硅材料，氫鈍化的效果越好。氫鈍化可采用離子注入或等離子體處理。在多晶硅太陽(yáng)電池表面采用 PECVD法鍍上一層氮化硅減反射膜，由于硅烷分解時(shí)產(chǎn)生氫離子，對(duì)多晶硅可產(chǎn)生氫鈍化的效果。 ? 在高效太陽(yáng)電池上常采用表面氧鈍化的技術(shù)來(lái)提高太陽(yáng)電池的效率，近年來(lái)在晶體硅材料上使用也有明顯的效果，尤其采用熱氧化法效果更明顯。使用 PECVD法在更低的溫度下進(jìn)行表面氧化，近年來(lái)也被使用，具有一定的效果 ? 多晶硅太陽(yáng)電池的表面由于存在多種晶向，不如（ 100）晶向的單晶硅那樣能經(jīng)由腐蝕得到理想的絨面結(jié)構(gòu)，因而對(duì)其表面進(jìn)行各種處理以達(dá)減反射的作用也為近期研究目標(biāo)，其中采用多刀砂輪進(jìn)行表面刻槽，對(duì)10cmX10cm面積硅片的工序時(shí)間可降到 30秒，具有了一定的實(shí)用潛力。 ? 多孔硅作為多晶硅太陽(yáng)電池的減反射膜具有實(shí)用意義，其減反射的作用已能與雙重減反射膜相比，所得多晶硅電池的效率也能達(dá)到 ％。我國(guó)北京有色金屬研究總院及中科院感光化學(xué)研究所共同研制的在絲網(wǎng)印刷的多晶硅太陽(yáng)電池上使用多孔硅也已達(dá)到接近實(shí)用的結(jié)果。 ? 由于多晶硅材料制作成本低于單晶硅材料，因此多晶硅組件比單晶硅組件具有更大的降低成本的潛力，因而提高多晶硅電池效率的研究工作也受到普遍重視。近 10年來(lái)多晶硅高效電池的發(fā)展很快。 ? （ 1） Geogia Tech． 電池 ? Geogia工業(yè)大學(xué)光伏中心使用電阻率 Ωcm、 厚度 280181。m的 HEM（ 熱交換法）多晶硅片制作電池， n+發(fā)射區(qū)的形成和磷吸雜結(jié)合，采用快速熱過(guò)程制備鋁背場(chǎng)，用 lift一 off法制備 Ti／ Pd／ Ag前電極，并加雙層減反射膜。 1cm2電池的效率達(dá)到18． 6％。 ? （ 2） UNSW電池 ? UNSW光伏中心的高效多晶硅電池工藝基本上與 PER1電池類似，只是前表面織構(gòu)化不是倒金字塔 ,而是用光刻和腐蝕工藝制備的蜂窩結(jié)構(gòu)。多晶硅片由意大利 Eurosolare提供， lcm2電池的效率 ,達(dá)到 ％，這是目前水平最高的多晶硅電池的研究結(jié)果。該工藝打破了多晶硅電池不適合采用高溫過(guò)程的傳統(tǒng)觀念。 ? （ 3） Kysera電池 ? 日本 kysera公司在多晶硅高效電池上采用體鈍化和表面鈍化技術(shù)， PECVDSiN膜既作為減反射膜，又作為體鈍化措施，表面織構(gòu)化采用反應(yīng)性粒子刻邊技術(shù)。背場(chǎng)則采用絲印鋁獎(jiǎng)燒結(jié)形成。電池前面柵線也采用絲印技術(shù)。 15cmX15cm大面積多晶硅電池效率達(dá) 17． 1％。目前日本正計(jì)劃實(shí)現(xiàn)這種電池的產(chǎn)業(yè)化。 ? （ 4）我國(guó)多晶硅電池 ? 北京有色金屬研究總院在多晶硅電池