高效单晶硅太阳能电池的制备及其特性分析

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1、④中国科学院大学博士学位论文直垫皇晶壁态田篚电渔鲍剑圣丛基挂世佥蚯作者姓名：莲垂盔指导教师：萎蛰签班塞虽生蛋叠生隧坐昱佳班塞匮学缸类别：王堂攫±学科专业：塑垄电王堂研究所：生国越堂睦坐昱佳班宜匮2013年5月By【YujieFan】ADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorof【PhysicalElectronics】【InstituteofSemiconductors】May,20

2、13m7帅7㈣Z帅—●呲3㈣孔㈣Y关于学位论文使用权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经著作权人授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何方式传播。否则，引起有碍著作权人著作权益之问题，将可能承担法律责任。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院半导体研究所所有关保存、使用学位论文的规定，即：中国科学院半导体研究所有权保留学位论文的副本，允许该论文被查阅；中国科学院半导体研究所可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。(涉密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：关于学位论文原创性声明本人郑重声

3、明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。签名：导师签名：日期摘要光伏发电是解决能源危机的有效途径之一。在过去的几十年中晶体硅太阳能电池发展迅速，一直在太阳能电池产业中占据着主导地位。太阳能电池效率的提高是推动光伏发展的关键。通过对现有技术的改进以及引进与太阳能电池制备工艺相兼容的新技术和新方法是提高晶体硅太阳能电池效率的两个重要的研究方向。本论文基于PERL的电池结构，通过对表面减反

4、、发射极、表面钝化及背面场等方面的研究来提高单晶硅太阳能电池的效率，并将离子注入掺杂技术应用在电池的制备中，制备了全离子注入单晶硅太阳能电池。本论文系统地研究了随机金字塔减反射结构的制备工艺及减反射特性。分析了不同的去损伤条件和制绒条件对随机金字塔表面形貌、金字塔尺寸及表面反射率的影响。结果表明，无论是碱去损伤还是酸去损伤都明显提高了绒面的均匀性，降低了金字塔的尺寸和表面反射率。另外，碱去损伤可以得到比酸去损伤尺寸更小、反射率更低的金字塔结构。通过工艺优化制备出平均大小为1～2肛m的低表面反射率的小绒面结构。为了进一步降低电池表面反射率，本论文研究了倒金字塔减反射结构。对比了

5、TMAH溶液和KOH溶液在不同溶液浓度及温度条件下对Si及Si02掩膜的腐蚀速率、倒金字塔的表面形貌及表面反射率的影响。结果表明，TMAH溶液对Si02掩膜的腐蚀速率LLKOH溶液低一个数量级。更重要的是TMAH溶液能够制备出侧壁更光滑、形貌更规则且无絮状物污染的高质量的倒金字塔结构，这使得TMAH溶液所制备的倒金字塔结构具有更好的减反射特性。故与KOH溶液相比，TMAH溶液更适合于单晶硅太阳能电池倒金字塔的制备。本论文采用POCI，高温扩散方法制备了单晶硅太阳能电池，对发射极和前表面钝化进行了优化，明显提高了电池的短波响应。在无背面场和背面钝化的情况下制备出效率为15．4％

6、的单晶硅太阳能电池。为了对发射极进行进一步的优化以及降低电池背表面的复合速率，本论文将离子注入技术应用到太阳能电池的制备中。制备了发射极为磷离子注入、背面场为硼离子注入的全离子注入单晶硅太阳能电池，并基于PERL的电池结构制备了背面点接触型离子注入电池。分析了磷和硼离子注入的掺杂分布和退火特性，以及不同的退火条件和离子注入的硼背场对电池性能的影响，并与常规POCl3高温高效单晶硅太阳能电池的制备及其特性分析扩散发射极电池进行对比。结果表明，与一步高温退火方式相比，两步退火方式使注入损伤层得到了更好的修复。离子注入的硼背场明显提高了电池的长波响应，并且与POCl，高温扩散发射极

7、电池相比，磷离子注入发射极改善了电池的短波响应，这使得全离子注入电池的效率达到19．1％。本论文分析了Al背场的形成过程，并研究了Al背场的结构和电学特性。结果表明，Al背场的形成是硅的再结晶过程，且m背场的烧结过程会形成A1一BSF／A1．Si共晶层胤203的多层结构。x射线衍射测试结果表明，A1．Si共晶层的主要成分为A13．21SU7相。与离子注入和扩散的硼背场电池相比，灿背场明显提高了电池的长波响应，使电池背表面的复合速率降低N200cm／s。关键词：太阳能电池、随机金字塔、倒金字塔、离子注入、