基于PECVD原位氧化法制备超薄氧化硅隧穿层及在高效TOPCon太阳电池中的应用

发布时间：2020-09-11 20:36

　　 基于世界能源短缺的问题,我们需要发展新能源,太阳能作为性价比最高的可再生能源受到广泛关注,2017年已经占中国可再生能源装机总量的66%。目前市场上太阳电池主要以传统晶硅电池为主,但晶硅技术竞争激烈,所以需要发展更加高效的电池。在高效太阳能电池中,隧穿氧化物钝化接触太阳电池(Tunnel Oxide Passivated Contact solar cell,TOPCon)由于其良好的表面钝化且与传统电池产线兼容而备受国际光伏市场的关注。该电池是采用高质量的超薄氧化硅和掺杂多晶硅层,实现全背面的高效钝化和载流子选择性收集。全面积钝化表面使得无硅/金属接触界面,有利于提升开路电压(Open Circuit Voltage,V_(oc)),而全面积地收集载流子,可以降低寿命敏感度,有利于提升填充因子(Fill Factor,FF)。除此之外,该电池还具有1)无需激光开孔;2)采用N型硅片无光致衰减;3)兼容中高温烧结;4)技术可拓展性强等优点。在常规的TOPCon电池中,是以掺磷的晶体硅(即N型晶体硅,n-cSi)为衬底,用硝酸氧化法制备超薄氧化硅,然后利用等离子体增强化学气相沉积(Plasma-Ehanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)法沉积非晶硅,再进行高温晶化退火,以达到良好的钝化效果。传统方法的缺点是硝酸对环境有污染,使用过程酸雾过大易造成批次间的不稳定,换液成本高,不利于产业化批量生产。本论文主要基于解决上述问题,其研究内容和相关成果如下:1.为取代浓硝酸生长的1~2nm的高质量超薄氧化硅层,且简化工艺,以实现钝化层和背场层的一次PECVD沉积,采用等离子体辅助笑气(Nitrous Oxide,N_2O)氧化处理法在硅片上生长高质量的超薄氧化硅层,我们简称之为笑气氧化硅(N_2O SiO_x)。首先系统地研究了PECVD制备N_2O SiO_x层的工艺参数(沉积时间、射频功率、沉积温度)对氧化硅厚度的影响。N_2O SiO_x的厚度为2~3nm,虽然较浓硝酸生长的SiO_x厚,但也可保证该氧化硅厚度可以满足载流子运输条件。在厚度满足的基础上,探究了N_2O SiO_x的质量,并且与浓硝酸生长的SiO_x(简称为硝酸氧化硅)进行对比。对比可知,N_2O SiO_x中含四价SiO_x较硝酸SiO_x的多,质量比硝酸生长的SiO_x的好。SiO_x厚度的测量是通过椭圆偏振光谱仪进行的,SiO_x的质量是通过X射线光电子能谱分析得到的。2.在N_2O SiO_x厚度和质量满足隧穿条件的基础上,用其取代硝酸SiO_x,制备结构为poly-Si/SiO_x/n-cSi/SiO_x/poly-Si的双面钝化结构。首先探究了不同退火温度对该钝化结构的影响,然后通过拉曼光谱和电化学电容电压法对钝化层进行表征和深入的分析,以改进钝化效果。结果表明,N_2O SiO_x钝化结构的最佳退火温度为880℃,较浓硝酸SiO_x钝化结构的最佳退火温度820℃高。从ECV可得,N_2O SiO_x的最佳退火温度高是因为等离子体生长的SiO_x致密度比硝酸湿法生长的高,因此需要更高的退火温度,以保证掺杂层有合适的扩散浓度。3.为满足电池制备的要求,在良好钝化的基础上本文还探究了poly-Si/SiO_x层的接触电阻,测量接触电阻的样品结构为GaIn/n-cSi/N_2O SiO_x/n~+-poly-Si:H/Al dot。分别探究了不同N_2O SiO_x制备温度和厚度对该结构的影响,除此之外,还探究了poly-Si和SiO_x层不同退火温度对接触电阻的影响。结果表面,温度越高,厚度越大,接触电阻越大,退火温度越高,接触电阻越小。但接触电阻值均小于10mΩ·cm~2,用于电池制备的钝化层的接触电阻为4.9mΩ·cm~2,满足电池制备的要求。4.在衬底为n型太阳能级硅上扩硼,然后制备背面钝化结构为poly-Si/SiO_x,前表面钝化结构为氧化铝和氮化硅结构的TOPCon电池,电极通过光刻制备,目前得到N_2O SiO_x的电池效率可达19.38%,与同批次NAOS SiO_x的结果相当。
【学位单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ127.2;TM914.4
【部分图文】：

图 1.1 钝化发射极太阳电池（PESC）结构图[34]ESC 的问题，人们提出了钝化发射极和背面电池（PPERC）的结构，如图 1.2 所示。该电池前后均用氯

图 1.2 钝化发射极和背面电池（PERC）结构图[22]步改善 PERC 电池的性能，于是在 PERC 的基础上的SiOx钝化层和减反层，在电池背面接触孔处进行背面定域扩散（Passivated Emitter，rear locally-diffu

钝化发射极背面定域扩散（PERL）电池结构图

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本文编号：2817144