晶体硅太阳电池光诱导氢再生过程中氢键配位机制的研究

Light induced hydrogenation can effectively overcome the light induced degradation of crystal silicon solar cells, as well as increase the power conversion efficiency. It is clear that hydrogen plays a crucial role in this process, and it comes from the SiNx:H film deposited by PECVD. However, the generation and coordination of hydrogen-bonds are not so clear. And the stability and reliability of hydrogenation are also uncertain. In this program, the generation and coordination of hydrogen-bonds with born-oxygen complex, which induces the degradation of silicon solar cells, will be studied based on the first-principle calculations; the generation and coordination of hydrogen-bonds with dangling Si bond are going to be studied; the atomic structures, electronic properties and the stable configuration of B-O-H-Si will also be investigated; thus the mechanism and reliability of hydrogenation can be confirmed. From the experiments, veracity of the atomic models will be verified by using spectroscopy; the influence of technological parameters on the hydrogenation effects and stability are going to be investigation utilizing the LED hydrogenation platform invented by our group. The results will strengthen the understanding of hydrogenation theory for silicon solar cells; confirm the mechanism and reliability of hydrogenation; grasp the influence of technological parameters on the hydrogenation; and provide a microcosmic method and evaluating standard of inspecting the effect of hydrogenation.

光诱导氢再生技术可有效克服晶体硅太阳电池的光衰减，并且提升转换效率。目前已经明确氢在该过程中起了至关重要的作用，以及氢来源于PECVD沉积的SiNx:H膜。但对其过程中氢键生成与配位并未完全清楚，对氢再生的稳定性和可靠性尚不完全肯定。本项目利用第一性密度泛函理论，研究氢与引起光衰减的硼氧复合体发生反应时氢键配位的问题；研究氢再生后硼氧氢硅基团的结构模型及其稳态结构；研究氢与太阳电池内悬挂键的配位问题；从而确定氢再生提高转换效率和抑制光衰减的机理与可靠性。实验方面，利用光谱学等微观测试手段验证理论模型的准确性，并对模型进行适当调整与优化；利用自主知识产权的硅太阳电池氢再生装置平台，研究氢再生过程中工艺参数对氢再生效果和可靠性的影响。研究结果有助于增强晶体硅太阳电池氢再生理论的理解；确定氢再生的可靠性；明确氢再生各工艺参数的影响；增加氢再生效用微观检测方法，形成对氢再生效用及可靠性的判断标准。

光诱导氢再生技术可有效克服晶体硅太阳电池的光致衰减，并且提升转换效率。目前已经明确氢在该过程中起了至关重要的作用，以及氢来源于PECVD沉积的SiNx:H膜。但对其过程中氢钝化杂质的机理并未完全清楚，对氢再生的稳定性和可靠性尚不完全肯定。本项目利用自搭建的高强度LED光源的硅太阳电池氢再生装置平台（本团队发明专利），研究了氢再生过程中工艺参数对晶体硅太阳电池氢再生效用和可靠性的影响。对于掺硼单晶硅PERC太阳电池，其光诱导氢再生比较理想的工艺参数为：辐照强度约20 Suns、温度240℃、时间2分钟左右；对于多晶硅PERC太阳电池，其光诱导氢再生比较理想的工艺参数为：辐照强度约18-20 Suns、温度300℃、时间8分钟左右。在进行光诱导氢再生处理之前进行预衰减处理，通过预衰减处理与光诱导氢再生的结合，对硅太阳电池的转换效率提升及衰减抑制具有更快、更显著的效果，特别是对多晶硅太阳电池的光诱导氢再生可以极大缩短处理时间，并且也可以极大改善多晶硅太阳电池氢再生后的衰减问题。同时，本项目利用FTIR技术研究了氢再生技术对单晶硅太阳电池抑制光致衰减的机理，研究了氢与引起光衰减的硼氧复合体发生反应时氢键配位的问题以及氢键配位后的稳定性问题；明确了使用FTIR检测技术可以判断光诱导氢再生的效用与稳定性的问题。同时本项目还对氢再生技术对多晶硅太阳电池中位错和金属杂质的氢键钝化机理开展了研究；通过XRD等技术及其相应的计算，可以判断光诱导氢再生技术对多晶硅太阳电池位错密度、金属杂质缺陷氢键配位失活的改善程度。研究结果有助于增强晶体硅太阳电池氢再生理论的理解；确定氢再生的可靠性；明确氢再生各工艺参数的影响；提出了使用光谱学对氢再生效用及可靠性进行检测的方法。