p-Si与金属电极接触界面的调控研究

Due to long lifetime of minority, small illumination-induced deterioration, long-term low cost, low temperature-coefficient and high-power output even at high temperatures, N type silicon crystalline solar cells have emerged as a prospective candidate for future high efficient solar cells. However, there are still some material and device issues to be addressed for this kind of solar cells. One of them is too large contact resistance between metal electrodes and p-Si, which gradually becomes a severer problem as efficiency and short-circuit current of solar cells becomes higher. This project aims to reduce the contact resistance by engineering the interfacial structures by two means. One method will be In-B co-doping to increase dopant density of p-Si emitter. The other will be an insertion layer of transition metal oxide at Ag/p-Si interface. Both interfacial engineering methods can potentially reduce interfacial Schottky barrier, which can thus reduce contact resistance. By analyzing sintering mechanism in the metallization process of N-Si solar cells and influence of glass powders in this process, the contact resistance can be reduced further. This project will set practical material, fabrication process and intellectual property basis to advance the development and maturation of N-Si solar cells.

因少子寿命长、无光致衰减、长期发电收益高、温度系数低等的优点，N型晶硅电池有望成为未来光伏电池的主要发展方向。但目前还存在若干关键材料和器件问题限制了其的快速发展。随着太阳电池转换效率的不断提升，短路电流越来越大，电极电阻对电池转换效率的影响也越来越显著。金属电极与p-Si界面的接触电阻过大问题就逐渐成为N型晶硅电池亟需解决的关键问题之一。本项目拟从两方面来优化金属电极与p-Si的接触界面以实现减小其电阻的目的：(1) 通过In-B共掺杂提高p-Si发射极的掺杂浓度，从而减小Ag/Si接触界面的肖特基势垒宽度；(2) 利用过渡金属氧化物作为Ag/p-Si接触界面的过渡层，从而降低Ag/p-Si界面处的肖特基势垒高度。同时通过分析N型晶硅电池金属化过程中的烧结机理和玻璃粉在其中的作用机理，进一步降低Ag/p-Si界面的接触电阻。该研究将对N型晶硅电池的发展提供材料、工艺支撑和原创性知识产权。

高效的光电转换效率使N型晶硅太阳能电池已成为光伏电池发展的主导方向，但其电极与p-Si发射极之间的接触电阻过大仍是N型晶硅太阳能电池目前亟需解决的一个关键问题。本项目围绕这个关键问题开展工作并获得以下成果：.（1）通过对In2O3在玻璃粉及导电浆料烧结过程中的作用机理研究，发现In原子在进入p-Si后可以降低p-Si接触界面的功函数，从而降低Ag/p-Si之间的接触电阻，但过量的In2O3又会影响Ag/p-Si之间玻璃层中纳米Ag晶粒的结构，导致Ag/p-Si之间的接触电阻增大。本项目通过对In2O3含量的优化，实现了In原子在N型晶体硅太阳电池p-Si发射极中的共掺杂。.（2）通过对WO3在玻璃粉及导电浆料烧结过程中的作用机理研究，发现WO3能促进Ag/p-Si之间玻璃层的中纳米Ag晶粒的形成，从而降低Ag/p-Si之间的接触电阻，但WO3同时也能提高p-Si接触界面的功函数，导致Ag/p-Si之间的接触电阻增大。本项目通过对WO3含量的优化，实现了导电浆料对Ag/p-Si接触界面的W掺杂。.（3）通过研究其他氧化物（如TeO2、PbO、ZnO等）对玻璃粉及导电浆料的烧结和电学性能的影响规律，发现TeO2、PbO、ZnO对玻璃粉在升温过程中的相变反应都有较大影响，从而影响Ag/p-Si之间玻璃层及其纳米Ag晶粒的结构和电极的导电性能。本项目通过调控玻璃粉中各组分的配比来改进导电浆料对N型晶硅太阳电池的刻蚀反应及烧结特性，进一步降低电极与p-Si之间的接触电阻。.（4）研究了Al粉在导电浆料烧结过程中的作用机理，并通过优于导电浆料中Al、Ag及玻璃粉的配比，使金属电极与p-Si之间的接触电阻达到了0.01欧姆.cm2，比商业浆料的低了一个数量级。. 通过上述研究，本项目阐明W/In掺杂改性玻璃粉及其导电浆料的烧结机理，实现对N型晶体硅太阳电池的低接触电阻金属化工艺。