摘要：随着当今行业趋向于更薄的晶圆和更高的电池效率，前后表面的钝化现在对于商用硅电池也变得至关重要。硅太阳电池表面钝化是提高其光电转换效率最行之有效的手段之一。晶体硅太阳电池的背面钝化是下一代高效低成本太阳电池研发的热点。本文主要论述背面钝化的晶体硅太阳电池的关键理论和工艺，从硅电池的发展概括，以及背钝化的意义和方法进行分析，旨在讲述不同背钝化方法的特点给与相关企业提供有价值的帮助。
关键词：背钝化；高效；晶硅电池；研究
Abstract：As today's industry trends toward thinner wafers and higher cell efficiencies，passivation of the front and back surfaces is now critical for commercial silicon cells.Surface passivation of silicon solar cells is one of the most effective means to improve their photoelectric conversion efficiency.The back passivation of crystalline silicon solar cells is a hot spot for the development of next-generation high-efficiency low-cost solar cells.This paper mainly discusses the key theories and processes of back-passivated crystalline silicon solar cells，from the development of silicon cells，and the significance and methods of back passivation，aiming to describe the characteristics of different back passivation methods for related companies.Valuable help.
Keywords：back passivation，high efficiency，crystalline silicon battery，research
引言
目前一般太阳电池都要求有较高的质量比功率，这要求在保持效率的前提下，尽量减薄太阳电池的厚度，而当硅片减薄时，表面有效寿命远远小于体寿命，此时的有效寿命基本上等于表面有效寿命，因此，表面复合对有效少子寿命的影响是非常明显的。实施表面钝化，是降低表面复合，提高有效少子寿命的重要措施。本文主要论述背面钝化的晶体硅太阳电池的关键理论和工艺，从硅电池的发展概括，以及背钝化的意义和方法进行分析，
一、概述
太阳能电池或光伏电池是通过光伏效应将光能直接转换为电能的电气设备，这是物理和化学现象[1]。它是一种光电电池，定义为一种器件，其特性，如电流，电压或电阻，在暴露在光线下时会发生变化。各个太阳能电池装置可以组合形成模块，也称为太阳能电池板。当今时代，太阳能电池主要以晶体硅电池为主，因为其有很高的转化效率，基本上，单结硅太阳能电池可以产生大约0.5到0.6伏的最大开路电压[2]。
二、太阳电池背面钝化常见方法
2.1热氧化表面钝化
热氧化钝化可以获得很低的表面复合速率（<10 cm／s）。实际上，创造世界纪录的单晶硅太阳电池（25％）采用热氧化钝化的方式[3]。结合FGA（forming gas annealing）和A1 annealing可以获得更低的表面态密度[4]。然而，热氧化钝化方式需要在较高的温度和较长的时间，同时对制备环境的洁净度要求很高，很难应用到规模化生产中。
2.2 ALD（atom layer deposition）Al2O3钝化
ALD Al2O3其具有负的束缚电荷（1012～1013 cm-2），其特点是比较适合于P型硅片表面的钝化，并由此受到广泛的关注。G.Agostinelli等人在C z硅片上采用ALD方式制备Al2O3其表面复合速率低于10 cm／s。当前，生产ALD设备的厂家主要有芬兰的Beneq和英国的Oxford Instruments。Beneq生产的设备产量能达1500片／时，沉膜速率为0.1 nm／cycle，4s／cycle，成膜均匀度～0．25％。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆Oxford instruments提供了两款ALD设备，具有热沉积和远等离子沉积两种功能。2.3．氢化非晶硅（a-SiCx）薄膜钝化SiCx的热稳定性能比较好，根据这个特点其经常被用来阻挡的杂质扩散。有人报道了采用PECVD a-SiCx钝化后经过800℃快速热处理（模拟电极烧结条件）后，a-SiCx薄膜仍能够保持良好的钝化效果。
2.4叠层薄膜钝化
为了提高获得光学和电学的综合性能，通常会采用叠层薄膜的方式进行钝化背表面。常见的钝化方法是采用薄SiO2／SiNx：Jan Schmidt等人在1 Ωcm Fz硅片上先热氧化10 nmSiO2，然后用PECVD在SiO2上沉积SiNx：获得了良好的钝化效果[5]。这种钝化方式，操作相对简单，成本相对较低，因此具有产业化前景。
三、背面钝化的晶体硅太阳电池所存在的问题
太阳电池表面钝化技术虽然已经取得了一定的成果，但是仍有许多问题亟待解决。例如，在工业生产方面，等离子体增强化学气相沉积法制备SiNx薄膜工艺已经相当成熟，但由于短波长的光在电池的上表面很小的薄层内有很大的吸收，因此如何更好地降低电池在上表面的复合速率，提高电池的短波响应等了[6]。晶体硅太阳电池表面钝化膜制备过程中存在的问题及相应措施可总结为以下几个方面：
3.1利用等离子体增强化学气相沉积法制备SiNx等钝化膜时仍然存在着一些问题。比如在淀积过程中，薄膜的性质和淀积条件密切相关，许多参量，如工作频率、功率、压力、样品温度和反应气体分压等都会影响薄膜的性质，在生产时不易被控制。因此，今后需深入研究如何优化沉积条件。
3.2氢化非晶硅薄膜太阳能电池的发展面临着诸多问题，如光谱响应范围较窄和光致衰退效应等。
3.3虽然利用热氧化生长SiO2钝化膜制备电池取得了较高的转换效率，但由于高温过程时间较长，因而存在以下几个缺点：长时间的高温过程容易使质量较差的单、多晶硅衬底产生缺陷，复合加强，从而导致少子寿命下降影响电池性能；许多有害杂质也会在高温条件下扩散到硅片体内；长时间的高温过程使操作复杂、成本较高。因此，需要进一步的优化处理来解决这些问题。
3.4在实验室方面，现阶段研究的热点是利用原子层沉积法制备Al2O3钝化膜，但其沉积速度非常慢。为了克服这个缺点，可以试着用Al2O3（ALD）／SiOx叠层的方法。因此，将原子层沉积法和等离子体增强化学气相沉积法结合起来使用是将来实验室高效太阳电池的发展方向。
四、总结语
本文阐述了背面钝化的晶体硅太阳电池所涉及的基本概念。并简单介绍分析了几种硅片表面钝化的方法，随着表面钝化技术研究的不断深入，新的钝化方法以及新的钝化材料也正在不断提出。表面钝化膜的钝化作用以及减反射作用，将会极大地提高太阳电池的转换效率，这是竞争日益激烈的光伏产业所追求的。希望本文能为相关行业提供有价值的作用。
参考文献：
[1] 刘进.背钝化高效晶硅电池的研究[J].中国化工贸易，2013，（12）：239-239，240.DOI：10.3969/j.issn.1674-5167.2013.12.228.
[2] SHIGERU MATSUNO，AKIHIKO IWATA，HIROFUMI FUJIOKA.Advanced Technologies for High Efficiency Photovoltaic Systems[OL].http：/www.mitsubishielectric.com/company/rd/advance/pdf/vol122/vol122_tr6.pdf.
[3] 润峰电力有限公司.高效多晶硅太阳电池的背场钝化工艺：中国，CN201210525872.0[P].2013-02-27.
[4]陈庭金，刘祖明，涂洁磊.多晶硅太阳电池的表面和界面复合[J].太阳能学报，2000，（2）：133-139.doi：10.3321/j.issn：0254-0096.2000.02.003.
[5]杨宏，王鹤，于化丛，等.晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究[J].西安交通大学学报，2002，（6）：651-654.doi：10.3321/j.issn：0253-987X.2002.06.026.
[6]王恩宇，郭卫，王艳波，等.基于PECVD法沉积氮氧化硅/氮化硅叠层背钝化膜的商用高效P型单晶硅太阳电池[J].科学与财富，2015，（11）：9-9.
论文作者:何佳平
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/11
标签：表面论文; 电池论文; 硅片论文; 高效论文; 晶体论文; 薄膜论文; 太阳能电池论文; 《电力设备》2018年第21期论文;