背钝化高效晶硅电池的研究

摘 要：背场钝化技术作为高效电池技术中的一种，在降低背表面复合速率，提高太阳电池长波响应，修复背表面态方面具有明显优势。本文采用SiNx/SiO2双层钝化层制备背场钝化电池片（BSP），并对其电学性能进行探讨，SiNx/SiO2双层钝化层电池与常规工艺电池相比在Isc、Voc和Eff都会有一定提高。通过电池片IQE分析发现，该电池在长波区域的IQE 响应比正常电池片有明显提升。

关键词：背场钝化 SiNx/SiO2双层钝化层 IQE 响应

随着光伏市场的回暖，晶硅电池的性能也越来越受到人们的关注。背钝化技术作为一种能够有效降低背表面复合速率，提高太阳能晶硅电池在长波的响应，修复背表面态等诸多优势的新技术，逐步成为量产化电池提高效率和降低成本的一个主要方向。

本文采用背钝化技术，在原传统的全铝背场结构基础上，在铝背场和硅材料之间增加一层SiNx/SiO2双层钝化层，从而形成背场钝化层。背钝化电池能够形成背面点接触和良好的背面反射。其主要作用表现在以下几点[1]：

1.钝化层与Al 层相比，有较高的反射率，因此可以有效增加长波光的背反射效果，从而增加光生载流子的数量，提高开路电流。

2.由于Al- Si 合金为高复合层，采用局部Al- Si 合金接触层的太阳电池可以有效降低光生载流子在背表面的复合速率。微观上，则表现为有效提升长波区域的IQE 响应，Isc和Voc都会有一定提高，并最终提高转换效率。

一、实验

取用两组CZ 的单晶硅实验片（公司自产），A组常规工艺，B组使用热氧化在硅片背面生长SiNx/SiO2，然后清洗再进行常规的后段印刷工艺，最后进行光照测试，比较电性参数的差别。B组具体工艺流程如下：

抛光（Saw Damege Etching）背面绝缘保护膜（PECVD SiOx/SiNx）单面制绒（Texture）扩散（Diffusion）背面激光刻槽（Laser）去磷硅玻璃（PSG removal）正面镀膜（PECVD SiNx ）丝网印刷、烧结（Screen Printing、FFF）测试（IV-measurement）

二、结果分析

1.实验数据对比

表1 电池电学性能对比

实验数据如表1所示，从中可看出，SiNx/SiO2钝化背场后电池的电性能比正常Al背场电池的电性能要提高很多，SiNx/SiO2钝化背场表现出较好的性能。

2.实验数据分析

由表1可以看出，SiNx/SiO2作为背面钝化层时，电池电学性能（Voc、Isc和Eff）得到显著提高，而且电池片效率提升效果同样明显，由普通工艺的均值18.43%提高到了均值19.63%，提高了1.2%个点。

这可能是由于在硅片表面存在晶体周期性排列中断而产生的悬挂键，使得在晶体能隙中产生表面态和界面。这种状态将会在硅本体表面和界面内产生空间电荷，形成表面和界面势垒，引起表面和界面附近能带弯曲，从而影响载流子的输运[2]。背表面钝化SiNx/SiO2层后，该钝化层可有效饱和背表面的悬挂键， 改善硅本体的界面态，从而有效降低背表面的复合速率[3]。同时，由于背场SiNx/SiO2层的存在，将会有效提高电池背面的反射率，增强背面光反射，有效提高光生电子的密度，最终提高Isc。通过钝化电池电学性能数据来看，SiNx/SiO2层的钝化作用在Isc和Voc上也得到了体现。

三、测试结果讨论

1.LBIC 测试结果讨论

钝化层的出现，是否起到钝化作用，验证方法可以通过钝化前后的LBIC测试来完成。本次实验，在钝化前和钝化后随机挑选硅片，分别测试其少子寿命的变化情况，如图2所示。做SiNx/SiO2层背表面钝化前，硅片少子寿命较低，基本均在“红区”，其值约为2μs；做SiNx/SiO2层背表面钝化后，其少子寿命有较大提高，均值在11μs左右，即在进行SiNx/SiO2层的背场钝化后，硅片的少子寿命有较明显的提升。

图1 硅片钝化前后少子寿命对比图，其中（a）钝化前，（b）钝化后

2.IQE测试结果讨论

采用WT-2000PVN对电池在四波长范围内进行测试，结果如表2所示。可以看出，SiNx/SiO2层作为背场钝化层时，会使电池片体内产生的光生电子数目增加，从而起到提高Isc的作用。

此外，SiNx/SiO2层钝化电池的IQE 测试在长波段均有较明显的提升（876nm，974nm），说明SiNx/SiO2钝化层背场确实起到了钝化作用，并且在使用了SiNx/SiO2钝化层后，可见光波段（657nm，876nm，974nm）的IQE均得到了提升。这可以解释为由于在生成背表面SiNx/SiO2时，使用了较高的温度，使得前表面SiNx：H层中的H原子向电池片体内进一步推进，对电池片的体钝化略微起到了一定的改善作用，而反映在IQE 测试上，就是可见光波段的IQE 提升。

表2 不同波长电池的IQE

四、结论

经研究发现，在电性能测试上，SiNx/SiO2钝化层能有效提高Voc，Isc和Eff。通过LBIC、IQE 及Ref 这3 项测试分析发现，SiNx/SiO2钝化层能有效提高硅片的少子寿命，在长波段的IQE响应也均比常规电池有显著提高。证明该钝化层在量产化晶硅电池中具有较高的推广价值。

参考文献

[1] 朱冉庆，王栩生，章灵军.单晶硅太阳能电池的背场钝化技术研究[J].阳光能源，2011（6）：60-62.

[2] 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，2000，21（2）：133-139.

[3] 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，2002，36（6）：651-654.