颗粒硅带衬底上多晶硅薄膜太阳电池工艺分析

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1、摘要颗粒硅带衬底上多晶硅薄膜太阳电池工艺研究摘要在国内首次采用颗粒硅带制备技术和快速热化学沉积技术，进行低成本颗粒硅带衬底上多晶硅薄膜电池研究。采用高温路线下，以SSP(Siliconsheetsfrompowder)硅带为衬底，开展SSP硅带直接外延多晶硅薄膜电池和SSP硅带隔离层上多晶硅薄膜太阳电池的有关工艺、相关理论的研究。主要研究内容和结果如下：首先采用SSP品化生长技术制备了SSP硅带。考察了晶化生长速度对颗粒硅带表面质量的影响，确定晶化生长的最佳速度30—50mm／min。采用电子纯和uMG硅粉制备了不同的SSP硅带，并以四探针测试仪、S

2、EM、XRD和表面粗糙度测试等方法对颗粒硅带的结构和电学等特性进行了分析。电子级硅带的表面比较平滑，平均粗糙度低于UMG硅带；在熔化过程中，电子级硅带极少出现熔融硅的小丘，丽冶金级硅带则容易出现，而且出现杂质偏析现象，容易在杂质析出处发生断裂。电子级硅带和冶金级硅带的表面择优取向是不同的，电子级表面择优为[400]，冶金级表明择优为[111]。进一步对颗粒硅带的制备工艺进行了新的尝试。结果表明SSP硅带的表面质量得到了显著的改善，硅带表面非常平滑、表面粗糙度小，其TIR值在4微米左右，晶粒尺寸有所增大。以SSP硅带为衬底进行多晶硅薄膜的沉积。对温度与

3、沉积速率、晶粒尺寸大小关系及沉积速率与衬底不同位置关系进行了讨论。选取典型的工艺进行多晶硅薄膜的外延生长，并对外延生长的多晶硅薄膜的微观结构作了分析。结果表明：多晶硅薄膜沉积速率、薄膜晶粒大小随着温度的升高而增加。在1050℃达到最大：随着温度继续升高，沉积速率有所下降，并对高温不敏感：l1709C是适合的多晶硅薄膜外延生长温度。多晶硅薄膜生长具有[220]择优方向，在外延生长的工艺条件下，多晶硅薄膜具有四面体结构的锥形晶粒结构，有少量的多面体孪晶晶粒。SSP硅带衬底上制备的多晶硅薄膜的晶粒尺寸大约在10—150um之间，平均晶粒尺寸在50pm左右。

4、设计出SSP硅带衬底上直接外延多晶硅薄膜电池的结构和工艺流程；采用RTCVD法及标准的电池工艺在SSP硅带衬底上制备外延多晶硅薄膜电池。对SSP衬底上多晶硅薄膜电池结果和电学性能进行了详细的分析和讨论：结果表摘要明：最好的外延多晶硅薄膜电池的转化效率为7．4％，开路电压488mV；薄膜电池具有较高的102和K。载流子收集率在长波方向比较低，量子效率随着波长增大而降低，量子效率最大值在500nm左右。在整个电池表面，少数载流子扩散长度分布是很不均匀的。载流子扩散长度最大值为25um，最好性能电池的载流子扩散长度的平均值大约介于15um-20lam。扩展

5、电阻测量结果表明B掺杂浓度1×10”at／cm3数量级，对应的电阻率在112cm左右，正是制备光学活性外延层适宜的掺杂浓度。以SECC0腐蚀液结合金相显微镜、SEM、EDX等观察和分析了SSP硅带衬底上外延硅薄膜电池中的缺陷形态和性质。结果表明：SSP村底中的缺陷(晶界、沉淀物等)对多晶硅薄膜电池晶体质量有重要的影响。外延薄膜中的大多数的沉淀物聚集在孪晶界、品界等缺陷处，有些沉淀物是由于一些杂质原子造成的，这些杂质原子成为靠近电池表面的沉淀物的成核中心。首次对直接外延多晶硅薄膜电池的EBIC特性进行了分析，特别是对晶粒间界的少数载流子复合行为进行了定

6、性的描述。多晶硅薄膜电池表面的晶粒间界对表面的复合起了一定的作用，在小晶粒集中区域复合较强。薄膜电池横截面的EBIC特性表明在垂直于表面的晶粒间界上分别发生了强、弱复合．与晶粒间界处强的复合行为相比，晶粒内部没有或仅有比较弱的复合发生。由于受到H钝化靠近电池表面处的晶粒间界和晶粒内部复合行为都得到减弱，并且少数载流子扩散长度也随深度的增加而降低。EBIC照片还表明在大的沉淀物地方也发生了明显的复合，这些沉淀物是伴随着外延层的生长而形成的。在国内首次开展SSP隔离层上多晶硅薄膜电池制备研究。在SSP硅带上制备Si02隔离层，经激光开口后，在隔离层上沉积

7、多晶硅薄膜籽晶层；并以ZMR将带有盖帽层的多晶硅薄膜进行区融、再结晶，然后再沉积多晶硅薄膜，最后进行电池工艺过程。结果表明：ZMR对籽晶层的区融、结晶效果比较理想，晶粒尺寸增大到厘米级长、毫米级宽，但是有较多的亚晶界；经过晶硅薄膜沉积后，开口隔离层的孔洞未完全被多晶硅层覆盖住；电池的光特性参数v。、I；。、FF都比较低，电池的最高转换效率为3．82％。分析了实验中可能造成的SSP隔离层上多晶硅薄膜电池性能不高的因素，并指出了工艺改进措施。关键词；SSP硅带；多晶硅薄膜电池；隔离层；沉积；衬底AbstractPolycrystalfineSilicon

8、ThinFilmSolarCellsonSSPSubstratesABSTRACTPolycrystalli