资源描述：
《背面点接触高效太阳电池的背电场与串联电阻》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第18卷 第1期Vol118,No111997年1月ACTAENERGIAESOLARISSINICAJan1,1997a背面点接触高效太阳电池的背电场与串联电阻蔡世俊(东南大学微电子中心,南京210018)文 摘:背面点接触结构提高了硅太阳电池的转换效率、开路电压Voc和短路电流密度Jsc。针对背面点接触的电池结构,建立了倒棱台单元的模型,通过对背电场与体串联电阻的分析,提出了体串联电阻的计算方法。给出了背面点接触面积和间距的优化设计条件。关键词:硅太阳电池,体串联电阻,背电场0 引 言发射极钝化与背面点接触结构(PERL)的单晶硅高效太阳电池,在298K、
2、AM1.5的[1][2]测试条件下最高转换效率达23à,10个太阳的聚光条件下为25à,其结构如图1所示。它的特点是正面采光面为倒金字塔结构,提高了光陷井效应;正面与背面的氧化层均采用TCA工艺(三氯乙烯工艺)生长氧化层,降低了表面复合;背面的背电场为点接触引出,这样既保持了背面场效应,同时减少了背面金属接触面积,使金属与半导体界面的高复合速率区域大大减少,由于背面浓掺杂区域的大面积减少(一般浓区面积仅占全背面积的1-2à),也大大降低了背面的表面复合。尽管背面点接触结构增加了串联电阻,填充因子FF也有所下降,但提高了开路电压Voc和短路电流密度Jsc,综合效果
3、仍使转换效率提高1-2à。背面点接触结构的引入使开路电压Voc从背[3]面全接触结构的690mV提高到712mV,在182[4]cm衬底上制作电池的填充因子FF为80à。这图1PERL电池些均与该结构对体串联电阻和背面场效应产生的影响有关。本文将讨论背面点接触面积大小及间距对于体串联电阻和背面场效应的影响。1 背面点接触结构与模型1.1 背面点接触结构如图1所示,PERL电池结构的背面场设计为点接触结构。在最高转换效率的PERL电池结构中,衬底为P型硅,点接触浓硼扩散区面积为30Lm×30Lm。引出孔的面积为10Lm×10Lm。孔与孔中心之间的间距为250Lm。
4、浓硼扩散区的面积仅占背面积的1.44%。图2a本文19962421收到©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net太 阳 能 学 报1期 蔡世俊:背面点接触高效太阳电池的背电场与串联电阻73(a)为该结构的俯视图,图2(b)为该结构的剖面图。图2PERL电池的背面点接触结构1.2 模型 通过三维模型可以分析背面点接触结构对于体串联电阻和背面场的影响。作为背面点接触的网格,任一接触点与它所邻近的四个接触点
5、都等距,这个距离等于网格点间距(例如250Lm)。图3表示了在网格平面上三维方向的模型。图3中Z方向为硅片厚度。图中上端面是采光面,如果网格点的间距为250Lm,那么采光面的面积为250Lm×250Lm。假定顶端方块下所产生的对电流有贡献的光生载流子都由其下端的接触点所收集,则可以认为电流的负方向是顶端方块指向底端的接触点。用这样的倒棱台作为子单元来分析其串联电阻和背电场的作用。棱台的两个台面分别为背面点接触的面积与正面采光面的面积,图3 背面点接触结构的倒棱台子单元棱台的高度则可以近似认为是硅片的厚度。2 串联电阻硅太阳电池的串联电阻由发射区电阻和基区电阻组成
6、。发射区电阻含发射极浓掺杂区电阻,金属与扩散区接触电阻与金属电极电阻。由于大多数电池发射极采用栅条状电极,电极条的宽度对遮光影响很大(一般电极条的面积占采光面积的3-7à),电极条的几何设计就必须在宽度与尽量减少遮光面积之间作优化选择,故金属电极电阻在发射区电阻中占主要部分。基区电阻主要由基区结构电阻即体串联电阻与欧姆接触电阻组成,很明显体串联电阻占有基区电阻的主要部分。对于体串联电阻,可以根据经典的电阻计算公式计算:LR=Q(1)S式中,L为硅片的厚度,Q为衬底电阻率。对于背面全部接触情况,图3中的单元视为立方体,S即为采光面的面积。在背面点接触的结构中,可用
7、图3中倒棱台结构分析,式(1)则改写为©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net74太 阳 能 学 报18卷 SudlR=∫Q(2)SS(l)d式(2)中积分上限Su是上端采光面的面积,积分下限Sd是点接触浓掺杂区面积。根据图(3)中的假定条件,式(2)可改写为hdlR=∫Q(3)0(Su+Sd)l+Suh2h式中积分上限h近似为硅片厚度。解方程(3),得QhR=(4)Su·Sd从式(4)可以明显看出,在背面点接
8、触的电池结构中,基区体串
