毕业论文——晶体硅太阳电池新型前表面发射极及背表面金属化工艺研究

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1、摘要晶体硅太阳电池新型前表面发射极及背表面金属化工艺研究专业：材料物理与化学摘要晶体硅太阳电池在光伏产品中占据着主导地位。自2000年来，有关晶体硅太阳电池的研究非常热门。最近几年，大批新技术和新工艺被开发出来，并对生产起到积极的促进作用。持续改进晶体硅太阳电池的工艺具有重大意义。目前，商品化的晶体硅太阳电池在光学和电学方面并不完美，与理论效率还有很大的差距。晶体硅太阳电池的效率仍有很大的提升空间。在这一背景下,本论文提出了改进太阳电池光电性能的新技术。本论文主要内容包括：1.介绍晶体硅太阳电池的技术

2、发展历史，明晰技术进步的路线，并介绍国内外关于晶体硅太阳电池研究的最新进展。2.优化太阳电池前表面发射极。采用热氧化工艺减薄发射极表层重掺I中山大学博士学位论文杂区的厚度，降低发射极的载流子复合，提高太阳电池的短波响应。分别采用750℃，800℃，850℃和870℃对发射极进行氧化，结果表明850℃，15min的条件可以使得太阳电池的平均转换效率提高0.25%abs*。3.采用非晶硅薄膜作为半透明的磷扩散掩模制备选择性发射极。非晶硅掩模的优化厚度为15nm，配合非晶硅薄膜的图案化刻蚀工艺，制备出不同轻

3、/重掺杂组合的选择性发射极，分别39.8/112.1Ω/□、36.2/88.8Ω/□、35.4/73.9Ω/□。该工艺可以通过一次扩散获得选择性发射极，在低成本制造选择性发射极太阳电池方面具有很大的潜力。4.研究了SiNx:H、SiO2/SiNx:H、Al2O3/SiNx:H作为晶体硅太阳电池表面钝化介质膜的工艺。针对p型~2.0Ω·cm的CZ硅片，当采用叠层SiNx:H(n=2.54/2.05)钝化时获得平均有效少子寿命τeff为233.52μs；当采用SiO2/SiNx:H钝化时获得平均有效少子寿

4、命τeff为~120.32μs；当采用Al2O3/SiNx:H复合薄膜钝化时获得平均有效少子寿命τeff为~393.18μs。针对p型~10.3Ω·cm的CZ硅片，采用Al2O3/SiNx:H复合薄膜钝化时获得平均有效少子寿命τeff高达1049.91μs。这三种钝化薄膜的性能均达到较高水平。5.在表面钝化工艺的基础上，开发了制备丝网印刷局域铝背场(SP-LBSF)太阳电池的工艺。研究了SP-LBSF电池的光学和电学性能。在光学方面，所制备的介质膜/金属背反射器的内背反射率高达91.16%，有效提高太

5、阳电池长波段的光学利用。在电学方面，太阳电池的最高效率达到18.77%，平均效率达到18.56%，比常规Al-BSF电池提高0.65%abs，具有很高的应用价值。总括全文，本论文主要是对晶体硅太阳电池前表面发射极和背表面钝化结构进行研究，包括热氧化发射极、选择性发射极、表面钝化和背表面局域金属化。本论文成果将有望促进新结构太阳电池的产业化。关键词：晶体硅太阳电池；选择性发射极；表面钝化；局域铝背场__________________________*注:abs为absolute的简写，在此用于表示绝对

6、效率IIAbstractABSTRACTCrystallinesiliconsolarcellsaretheleadingproductsofphotovoltaicindustry.Theresearchofsiliconsolarcellisveryhotsince2000.Recently,lotsofnewtechnologieshavebeenexploited,andpromotingthedevelopmentofphotovoltaicindustry.Thecontinuousimp

7、rovementsofthetechnologiesforcrystallinesiliconsolarcellhavegreatsignificance.Nowadays,thecommercializedsiliconsolarcellsarenotperfectintermsoftheopticalandelectricalperformance.Thereisstillabiggapbetweentheactualefficiencyandthetheoreticalefficiency.It

8、stillhasabigpotentialtoimprovetheefficiencyofcrystallinesolarcells.Basedonthebackground,newtechnologiesofimprovingtheopticalandelectricalperformanceofthesolarcellshavebeenproposed.Themaincontentsinthisthesisareasfollows:1.Thehist