背钝化晶体硅太阳电池局域背表面场的激光辅助可控硼掺杂及其电性能研究

The traditional aluminum back surface field (Al-BSF) does not meet the requirements of back surface structures of high efficiency crystalline silicon solar cells, especially for the thinner silicon solar cells. The limitations of the traditional Al-BSF technology include: (1) the Al-BSF cell still has relatively high back surface recombination velocity; (2) the internal back surface optical reflection of the Al-BSF cell is low; and (3) the warping problem becomes much more serious for thinner silicon solar cells, and the cell breakage rate will become much higher. These limitations for Al-BSF can be eliminated by using the rear passivation, local BSF (LBSF), and local back contact technology. It has been shown that boron doped LBSF (B-LBSF) is crucial for such type of cells. This proposed research project intends to develop a new approach for tailoring the boron doping process in the B-LBSF, and in the meantime eliminate the technical drawbacks and process complexity associated with the present technologies for fabricating B-LBSF. The B doping source and the passivating layers are to deposited in one step using a PECVD system. We will employ a pulsed laser to implement boron doping within the B-LBSF in a highly controlled manner. The B-LBSF is expected to have outstanding electrical properties. We have conducted some preliminary research work for preparing B-LBSF and obtained some initial experimental results. This will be very beneficial for this proposed project.

传统铝背表面场（Al-BSF）已不能满足高效率晶体硅太阳电池（尤其是薄晶体硅电池）背结构的技术要求。传统Al-BSF的技术缺点包括：（1）背面复合速度偏高；（2）背面内反射率较低；（3）烧结后的铝背电极因与晶体硅热膨胀系数不匹配导致薄电池片的严重翘曲，将引起电池破片率的显著升高。传统Al-BSF的这些技术缺点可以通过背钝化、局域BSF（LBSF）、局域背电极接触技术来解决。现有研究表明硼掺杂LBSF（B-LBSF）是该类背钝化晶体硅太阳电池的核心结构，使高性能局域背电极接触成为可能。本项目针对现有B-LBSF制备工艺的技术弱点提出了一条简捷可靠的技术路线和研究思路，硼掺杂源和背钝化膜的制备将采用PECVD技术一步完成，借助脉冲激光技术实现B-LBSF的可控硼掺杂，获得性能优异的B-LBSF。我们已开展了制备B-LBSF的前期工作并得到了较理想的初步结果，为本项目的顺利实施打下了扎实的基础。

项目针对传统晶体硅太阳电池和目前基于铝掺杂局域背表面场（Al-LBSF）的常规背钝化晶体硅太阳电池的技术弱点，提出了在背钝化晶体硅太阳电池中实现硼掺杂局域背表面场（B-LBSF）的技术思路，开展了系统的研究工作。主要研究结果包括：（1）采用等离子体增强化学气相沉积技术（PECVD）制备了SiCx钝化膜，研究了工艺条件对其生长特性和光学性能的影响规律，获得了在不同前驱反应气体流量比例时SiCx薄膜折射系数数据和光学禁宽的变化规律，为SiCx薄膜未来兼具钝化和减反射功能应用场合提供了实验数据。（2）提出了一种设计双层SiNx减反射膜的理论模型和优化计算方法，首次从电池和组件两方面同时进行计算优化，实现了具备优良钝化和减反射性的双重功效，通过对超过1万片晶体硅太阳电池的实验验证，获得了具有统计意义的实验结果，电池的平均转换效率提高了0.21%的绝对值，同时电池组件的发电功率也得到了较明显的提升，该技术路线适用于现有晶体硅太阳电池生产线，具有较强的参考价值。（3）探索了采用低压化学气相沉积技术（LPCVD）制备硼掺杂ZnO（BZO）透明导电膜的技术路线，在BZO生长过程中原位形成绒面结构，经过H2气氛退火后获得优良的电导率，同时又保持了高光透性，这种BZO薄膜用于薄膜太阳电池的电极材料将具有重要的应用价值。（4）研究了两条制备背钝化晶体硅太阳电池B-LBSF的技术路线，第一条路线采用激光刻蚀将背钝化膜层Al2O3/SiNx开槽，通过丝网印刷掺硼铝浆经烧结后形成B-LBSF，通过对上千片背钝化晶体硅太阳电池进行实验，其平均转换效率明显高于基于Al-LBSF结构的常规背钝化晶体硅太阳电池，该技术具有较强的参考价值；第二条技术路线采用激光烧结电极技术（LFC, laser fired contact）将掺硼的铝膜在激光快速熔化下与晶体硅形成欧姆接触，形成B-LBSF结构，目前获得了部分实验结果。（5）研究了激光功率密度对形成LBSF深度的影响行为，获得了初步结果。（6）采用“双85”测试条件对B-LBSF的电性能稳定性进行了对比研究，结果表明所制备的B-LBSF结构具有优良的稳定性。本项目的研究结果将对高效晶体硅太阳电池的技术研究具有参考价值。