太阳电池绒面测量与分析

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1、太阳电池绒面测量与分析0引言为了进一-步提高太阳电池的光电转换效率，在忖前的工艺中，人们致力于降低电池表面的光反射，增强光的有效吸收，对电池表面进行钝化和通过改进电极的结构［1,2］。在增强对太阳光的有效吸收方面采用了多种方法：如多层减反射膜，倒金字塔结构，机械和化学刻槽等［3］。而随机产生的金字塔工艺是目前在商品化太阳电池中普遍采用的方法，其工艺简单，成本低廉，适于大规模生产。但在绒面制作过程中，质量的监控比较困难，我们应用一种比较简单而准确的MOS测最技术，通过对所制作的绒而进行电容测量可间接得到电池的表面积数据，从而可对绒面制作工艺进行分析和控制。通过对MOS系统的C

2、-V特性测试还可进一步对太阳电池的表面和界面性能作更加系统和全面的研究［4］。1样品制作样品采用未经抛光的p型(100)面硅单晶，厚度约400pm,电阻率0.5-1.5Q.cm,未经磨、抛的单晶硅片分别用酸性和碱性腐蚀液除去表面损伤层，酸性腐蚀液为硝酸和氢氟酸的混合液，其反应为3Si+4HNO3=3SiO2+2H2O+4NOtSiO2+6HF->H2［SiF6］+2H2t碱性腐蚀液采用KON(20-25%)溶液，其反应式为Si+KOH+H2O->KSiO3+2H2t用不同溶液及它们的组合进行系列实验，包括：(1)KOH表面腐蚀，(2)HNO3：HF腐蚀,(3)NaOH表面腐

3、蚀后,再用HNO3和HF混合液腐蚀。绒面制作釆用KOH(1%)溶液在80°C下腐蚀30T0min,通过控制溶液的比例(如加异丙醇或无水乙醇等)控制金字塔的人小。通过对硅片表IfilSEM实验发现，用第三种方法制作的绒而，其金字塔结构分布比较均匀，表面覆盖效果良好。2分析与测试为了精确判断腐蚀条件对绒面制作的影响，采用MOS结构进行电容测量，以比较绒面表而积的大小。设绒而制作前后由半导体/氧化层或氮化硅层/金属层所构成的电容值分别为CA和，则其中月、80为绝缘层和真空的介电常数，A和A分別为绒血制作前后半导体的农而积,两者的比值为其中,d为氮化硅的厚度。通过对制作绒面前后的电

4、容比，可得出表面面积之比,图1所示为不同绒面制作时间与表面积的关系。从该图可见，随着腐蚀时间的加长，面积比逐渐增加，绒血制作时间达到35min左右，其比值基本达到一个饱和值，最人值接近1.80,从理论上分析，在（100）面形成的金字塔为正方锥体结构，假设每个正方锥体的底边长为a,每个侧面的面积为图1绒面制作前后电池表面积比与腐蚀时间的关系其中，a为正方锥的底面与斜边的夹角，达到饱和程度时，正方锥的四个表面积Z和与底而积之比为斜面与底边的夹角一般为54.7。[5],表面积Z比约为。实验中分析了绒而腐蚀溶液中作为缓冲剂的异丙醉对电池接触电阻的影响（如图2）。接触电阻的测量采用传

5、输线方法[4],未加缓冲剂时，接触电阻随腐蚀时间很快达到一个稳定值，且相对值比较大，这主要是未加缓冲剂时，反应时大量的气泡附着在硅片表面不能及时排除，使硅表面的有效面积相对减少。图2缓冲剂对电池接触电阻的影响在分析腐蚀时间■太阳电池的短路电流的相对变化中发现，随绒面腐蚀时间加长，短路电流明显上升，约比未作绒面时增加30%以上（如图3）。这主要是光在绒面的反射次数增加，以致提高了表面吸收能力。图3绒而腐蚀时间与电池短路电流的关系太阳电池的开路电压和填充因了也随绒面制作时间而变化，随时间的增加，填充因子变化很小，而电池的开路电压有所下降。这主耍是电池的表面积增加时，电池的pn结

6、面积增加，反向饱和电流也随Z增加所致。电池的开路电压为其中反向饱和电流则Voc与电池的接受光的面积有关，如果Dn、Dp、Ln、Lp、NA、ND不随绒面制作时间变化，则有所以在上式屮，绒面腐蚀达到饱和时，的比值没有A*/A的大，贝Woe随绒面制作时间有所下降，但变化量比较小。实验还发现，随绒血制作时间的加长，达到饱和时，表面接触电阻相对值卜•降幅度比较大，达30—40%,而电池的填充因子没有上升，在表而扩散层方块电阻未变的情况下，可以说电池的串联电阻没有明显下降，这主要是栅线Z间有效距离増加所致，按照电池栅线的一般设计规则，栅线间距应小于，山于电池表面绒面化，使栅线间距相对加

7、宽，则表面串联电阻分量同时增加，所以，在绒面电池的栅线设计中，应考虑这一因素。3结论通过MOS结构电容的测量实现了对太阳电池表面积的测量，测量数据与理论计算结果比较一致。对绒面制作前后的电池的性能进行了分析比较，该方法在太阳电池规模化牛产中可用丁•工艺监控。通过对MOS结构的C・V特性分析，可对电池的表面及界血进行更深入的分析和研究。