Al2O3薄膜对晶体硅太阳能电池背场钝化机制的研究

在晶体硅太阳能电池中，有效的背场钝化能减少表面复合，显著提高其光电转换效率。本项目以高效晶体硅太阳能电池为牵引，发展有效的p-Si背场钝化技术。采用低温电感耦合PECVD技术在p-Si衬底上制备Al2O3薄膜，利用薄膜中的负电荷减小p-Si表面的少数载流子浓度，进而减小硅表面的电子空穴复合速率，通过少子寿命测试仪分析薄膜的这种钝化行为。通过本项目的研究，揭示薄膜中的负电荷密度和Al2O3/Si的界面缺陷态密度对薄膜钝化效果的影响规律，并提出控制界面缺陷态密度的有效方法，为p-Si背场钝化的太阳能电池的设计提供有价值的实验数据。本项目在技术上的特色是采用电感耦合PECVD 技术，从而可以在较低生长温度下得到高质量的氧化物薄膜。为下一步高效晶体硅太阳能电池的设计作铺垫的工作，提出满足p-Si背场钝化要求的新型钝化层材料及其制备方法。

在晶体硅太阳能电池中，有效的表面钝化能减少表面复合，显著提高其光电转换效率。与此同时，有效的电池陷光结构可以提高入射光在电池内部的光程，提高电池对入射光的吸收率。本项目以高效晶体硅太阳能电池为牵引，发展有效的晶体硅表面钝化技术；与此同时，发展有效的硅表面减反技术，拓宽减反膜厚度的工艺窗口。在晶体硅衬底上沉积Al2O3薄膜，利用薄膜中高浓度负电荷的表面屏蔽效应，实现薄膜场效应钝化的效果。通过工艺优化，晶体硅片(p型或n型)的最佳少数载流子寿命达到4 ms以上，相应的有效表面复合速率仅为4cm/s。通过电容-电压(C-V)测试，揭示了钝化效果与界面态密度及束缚电荷浓度之间的关系。结果表明，随着Al2O3薄膜中负电荷密度的增加以及界面态密度的降低，Al2O3薄膜的钝化效果有了很大提升。结合X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶转换红外光谱 (FTIR)测试分析，揭示了Al2O3薄膜钝化效果的微观物理机理。同时，采用Al2O3薄膜作为表面减反层，最低平均反射率仅为2.8%；采用Al2O3/SiNx双层结构作为双层减反膜，平均反射率为2.6%~3%时的厚度工艺窗口达~30nm，这一厚度窗口比产业界采用SiNx单层减反层的厚度窗口大。本项目研究结果的实际意义在于，采用新型的表面钝化和减反技术，实现晶体硅电池前、背表面的有效钝化，并获得前表面的优异陷光特性，拓宽晶体硅电池的工艺窗口，改善工艺稳定性，有极强的产业化应用前景，为探索高效晶体硅电池提供了新的途径。