摘要:本文主要研究可應用于規(guī)?;a(chǎn)的TOPCon(TunnelOxidePassivatedContact)電池技術(shù),該技術(shù)既可以改善電池表面鈍化又可以促進多數(shù)載流子傳輸,進而提升電池的開路電壓和填充因子。目前,英利在Panda電池基礎(chǔ)上引入TOPCon技術(shù),電池效率可以達到21.6%,開路電壓達到676mV,填充因子達到80%。開路電壓和填充因子仍存在很大的提升空間,Panda-TOPCon雙面電池技術(shù)將極大的降低N型電池的單瓦成本,提升其競爭力。
1研究背景與內(nèi)容
隨著硅片質(zhì)量的提升,晶硅電池表面復合已經(jīng)成為制約其效率的主要因素,表面鈍化技術(shù)尤為重要。TOPCon作為一種新型鈍化技術(shù)已經(jīng)成為研究熱點,該技術(shù)是在電池表面生長一層超薄的可隧穿的氧化層和一層高摻雜的多晶硅層,氧化層的鈍化作用和高摻雜多晶硅層的場鈍化作用可以極大地降低少子復合速率,同時高摻雜的多晶硅層對于多子來說具有良好的傳導性,因而TOPCon電池具有高的開路電壓和填充因子。2015年FraunfhoferISE采用N型區(qū)熔硅片,正面采用金字塔制絨,硼擴散,氧化鋁加氮化硅疊層膜起鈍化和減反作用,背面采用TOPCon技術(shù),正反面金屬化均采用蒸鍍Ti/Pd/Ag疊層結(jié)構(gòu),該電池效率達到24.9%[2-4]。目前,TOPCon技術(shù)仍處于實驗室研發(fā)階段,英利率先將該技術(shù)應用于N型電池產(chǎn)線,制備出效率大于21.5%的高效率低成本的Panda-TOPCon雙面電池。
2電池結(jié)構(gòu)
Panda-TOPCon電池是在常規(guī)Panda電池的基礎(chǔ)上引入隧穿氧化層和磷摻雜的多晶硅層,如圖1所示。電池采用直拉法N型單晶硅片,正面依次為硼擴散發(fā)射極,氧化硅/氮化硅鈍化減反射層和金屬電極;背面依次為隧穿氧化層,摻雜多晶硅層,氮化硅鈍化減反射層和金屬電極。
3研究結(jié)果與討論
3.1 SiOx/polySi鈍化性能研究
取156cm×156cm的N型Cz硅片,分別進行雙面硼擴散(B|B)對稱結(jié)構(gòu),雙面SiOx/polySi(P|P)對稱結(jié)構(gòu),正面硼擴散+背面SiOx/polySi(B|P)非對稱結(jié)構(gòu)。之后,將這三種樣品同時進行雙面氮化硅膜沉積和燒結(jié)處理。使用Sinton測試儀測量這三種樣品的ImpliedVoc(mV),測試結(jié)果如圖2所示。
從圖2可以看出雙面SiOx/polySi鈍化后ImpliedVoc可以達到700mV以上,即使是B|P結(jié)構(gòu),ImpliedVoc也在680mV以上,都明顯高于常規(guī)B|B結(jié)構(gòu)的ImpliedVoc值,可見SiOx/polySi層可以起到良好的鈍化效果。
3.2 SiOx/polySi對電池電性能影響
為進一步驗證SiOx/polySi對電池電性能影響,將60片N型Cz硅片均分為三組,G1為常規(guī)Panda電池,G2和G3均為TOPCon電池,二者的主要區(qū)別為polySi厚度不同。從圖3中可以很清楚的看到TOPCon結(jié)構(gòu)電池開壓高達660mV,最高達到了667mV,比Panda電池高15mV,同時電流增益也達到150mA,雖然FF降低了1.5%,但Eff整體有明顯的提升。
3.3 背面摻雜性能對FF的影響研究
為了研究polySi中摻雜濃度和BSF尾巴的深淺對電池電性能影響,將150片N型Cz硅片均分為三組,分別對polySi層進行低(L),中(M),高(H)三種不同劑量的摻雜,圖4為摻雜后的ECV圖,三種不同劑量對應的方阻分別為52Ω/□,43Ω/□和22Ω/□,并且磷離子分布深度逐漸增加。
表1中列出了3種不同摻雜濃度對應的電池參數(shù)。從表1中可以看出隨著polySi層摻雜濃度的增加,電池填充因子略有提升,但在摻雜深度達到一定程度以后,開壓和電流出現(xiàn)大幅度的降低,這主要是由于高的摻雜濃度會影響隧穿氧化層的鈍化效果。
3.4 SiOx/polySi層優(yōu)化
目前Panda-TOPCon電池仍在工藝優(yōu)化過程中,通過調(diào)整工藝參數(shù),SiOx層和polySi層采用不同的厚度進行搭配,表2中列出了四種不同厚度搭配對應的電池參數(shù)。
從表2可以看出SiOx層與polySi層采用不同的厚度搭配對電池效率的影響不大,可見該工藝有較寬的工藝窗口。另一方面,A2組對應著較高的填充因子,這也給出了提升填充因子的方向。同時,在此次實驗中獲得了最高21.6%的轉(zhuǎn)換效率,開壓最高達到了678mV,圖5展示了該電池片的I-V圖。
4結(jié)論
本文研究了可以規(guī)模化生產(chǎn)的N型Panda-TOPCon電池技術(shù),在英利熊貓產(chǎn)線制備出轉(zhuǎn)化效率超過21.5%的大尺寸TOPCon電池。研究發(fā)現(xiàn):
1)SiOx/polySi結(jié)構(gòu)具有顯著的鈍化效果;
2)polySi的摻雜濃度對FF影響不大,但是高的摻雜濃度會降低電池開壓;
3)SiOx/polySi的膜層結(jié)構(gòu)對電池填充因子有一定影響。
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