黑硅电池工艺

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1、第34卷第12期太阳能学报20l3年12门ACTAENERG1AESOLARISSINICA文章编号：0254—0096(2013)12-2164—06高效多晶黑硅电池的产线技术韩长安，邹帅，李建江，曹芳，王栩生2，章灵军，苏晓东(1．苏州大学一阿特斯光伏研究院，苏州大学物理与科学学院／能源学院，苏州2150062．苏州阿特斯阳光电力集团研发部，苏州210093)摘要：存产线的基础j-，研发金属催化化学刻蚀技术，制备出具有微米／纳米复合绒面结构的多晶黑硅太阳电池。通过对硅纳米结构的修正刻蚀，实现电池光学性能和电学性能的同步提高；通过系统的优化，黑硅

2、电池的性能特圳是短路电流提高150～300mA，这主要得益于电池蓝光响应特性的改善。关键词：多晶黑硅电池；金属催化化学刻蚀技术；纳米绒而；光电转换效率中图分类号：TM914．41文献标识码：A硅_T艺无需昂贵的PECVD工艺是亮点。有关0引言MCCE制备多晶黑硅的报道不多，文献报道的效率近年来，“黑硅”(blacksili~㈣)材料优异的陷光仅为12％～14％13]。而事实上，多晶硅电池光损失性能引起_r光伏业界的广泛关注。所谓黑硅材比单晶更严重，因此研发基于多晶硅的黑硅技术意料是指在晶硅材料表面形成一层纳米量级的微结构义重大。就目前的报道来看，多

3、晶黑硅要达到常规组织(下称纳米绒面)，几乎能陷住所有可见光，外电池的产线效率水平面临着巨大挑战。本文基于苏观为黑色的新型材料，其反射率可低至零。月j州阿特斯阳光电力科技有限公司的产线技术和黑硅材料制成的黑硅电池具有一定高宽比的纳米绒MCCE技术相结合制备出多晶黑硅电池，平均光电面，、光相当于入射到一个没有明显界面的介质，因此转换效率达18．05％，部分电池片的效率可达几乎无反射。相比于常规电池的减反(微米绒面十18．41％减反层)，川黑硅制备的太阳电池具有在较宽光谱1实验方法范围(300～2000nm)有优异的陷光性能、对入射光的接受角较常规电池宽

4、、有利于实际组件的光电转本实验所使用多晶硅片为协鑫光伏公司生产换效率等优点。(P型，15．6cm×15．6cm，电阻率为1～3n·em)，同制备黑硅的技术主要有激光刻蚀技术J、等一批次分别采用常规技术和黑硅技术制备成电池。离子体干法刻蚀方法¨⋯、金属催化化学刻蚀法多晶硅电池常规技术主要有：酸式制绒工艺、磷(MCCE，Metal—CatalyzedChemicalEtching)。其元素扩散工艺、PECVD工艺制备SiN、上下电极丝中，MCCE主要采用如舷、Au、Cu等具有催化功能的网印刷工艺4道工艺。多晶黑硅电池技术在常规工金属粒子随机附着在硅表面

5、，金属粒子为阴极，硅为艺上增加了一道纳米绒面制备工艺(如图1所示)，阳极，同时在硅表面构成微电化学反应通道，在金属主要步骤为：粒子下方通过化学溶液快速刻蚀硅基底形成纳米结1)Ag纳米颗粒的沉积：将常规制绒后的硅片构。美同周家可再生能源实验室Branz小组以Ag作置于0．2mol／L的AgNO溶液中，通过无电化学沉为催化金属的单品黑硅电池效率达到l8．2％，虽积在硅片上生长出均匀分布的纳米颗粒；然并未超过产线效率18．5％～19．O％，但其采用黑2)金属催化化学刻蚀(MCCE)：将负载有Ag收稿日期：20134)9．18基金项目：江苏省产学研前瞻性联

6、合研究(BY2013030-01)；江苏省自然科学基金(BK2012622)；苏州市纳米专项(ZXG2013005)通讯作者：苏晓尔(1970一)，男，博士、教授，主要从事高效硅太阳电池方面的研究。xdsu@suda．edu．cn12期韩长安等：高效多晶黑硅电池的产线技术2167率电池达到18．41％；相比之下，1000片参考电池的平均效率17．52％，最高效率电池达到17．9％。为了更深入地了解黑硅电池的特性和效率提高的原因，测量并比较具有最高效率的多晶黑硅电池和多晶参考电池的曲线、量子效率以及少子寿命分布图。图6为最高效率多晶黑硅电池和参考多晶

7、硅电池的．曲线，主要的特性参数如表1，相比于参考电池，黑硅电池的短路电流(，)提高了约280mA，主要应归因于光吸收的增加；更进一步，图7d．黑硅电池实物照片图4常规电池和黑硅电池的SEM和实物照片对比给出了两种电池片的外量子效率曲线，可看出短波Fig．4SEMimagesandphotosofmc·Siand长光波段(300～60Ohm)量子效率提高较明显。通Bmc—Sisolarceils常，电池片采用微米绒面结合SiN减反层的陷光技10的常规电池片和微米／纳米复合绒面的黑硅电池片9的截面图，显然成功地在微米绒面结构上制备出较87均匀的纳米结构

8、。但微米／纳米复合绒面的电池片6的反射率有所上升，约12％的反射率较常规电池片5d的26％降低约14％。3因此，在电池片表