晶体硅太阳电池湿法激光掺杂背表面场及背面点接触电极工艺的研究

本项目研究应用于新型晶体规太阳电池的湿法激光掺杂背表面场和背面点接触电极工艺。首先采用湿法激光对硅片背表面进行掺杂,所形成的掺杂层作为太阳电池的背表面场；然后采用介质层钝化背表面；通过在介质层上制备亚微米(200-300nm)二氧化钛作为漫散射层来增强硅片的陷光性能；采用湿化学局域开孔技术在介质层上形成背面点接触电极接触图案；通过溅射铝层来形成背面金属接触，同时形成介质膜/亚微级二氧化钛颗粒膜/Al复合膜层组成的背反射器，增强太阳电池的长波响应能力。本项目从理论上提出背表面场结构和背面点接触电极间距对太阳电池效率相关联地影响的规律；还从理论上提出背面点接触电极面积与电池光学性能的关系。在理论计算的指导下，优化背面点接触电极太阳电池的结构和制备工艺，使得所制备的晶体硅太阳电池具有更高的转换效率和较低的成本。预期这种新型背面结构的晶体硅太阳电池比常规晶体硅太阳电池的效率提高10%以上。

本项目研究了新型晶体硅太阳电池的激光掺杂背表面场和背面局域接触金属化电极工艺。首先采用液态硼源作为掺杂源对硅片背表面进行激光掺杂，通过调节不同激光参数形成硼掺杂太阳电池背表面场。然后采用介质膜对硅片背表面进行钝化，研究对比了叠层SiNx：H、SiO¬2/SiNx:H以及Al2O3/SiNx：H对硅片表面的钝化性能，并讨论了束缚电荷对电池钝化性能的影响。采用激光开膜工艺对介质膜进行开膜，研究了不同激光及工艺参数对开膜质量的影响。采用丝网印刷工艺形成背面局域接触，对局域接触金属化动力学过程进行了详细的研究，对局域接触形成的空洞类型进行了详细划分。通过数值模拟软件sentaraus对局域接触的形貌进行了细致的模拟，认为空洞将极大影响太阳电池性能。随后首次提出了一种两步金属化工艺对背面金属化工艺进行优化，将空洞率降低至2.72%。采用Al2O3/SiNx:H 叠层膜制备的背面局域接触太阳电池效率达到18.77%，比常规电池效率提高了0.77%abs。进一步优化工艺后，本研究制备的背面局域接触太阳电池平均效率达到19.55%。