不同方阻對高電阻率太陽能電池片電性能的影響

時間：2015-07-22

758 次來自：SOLARZOOM光伏億家分享：   摘要：主要研究了不同方阻對高電阻率太陽能電池片電性能的影響，高電阻率電池片其短路電流（Isc）、開路電壓（Uoc）會隨著擴散方阻的增大呈線性增長，填充因子（FF） 會隨著擴散方阻的增大呈線性減少，而光電轉換效率（Eta）會隨著擴散方阻的增大先平緩增長至峰值后迅速下降。  關鍵詞：高電阻率太陽能電池片、擴散方阻、電性能  中圖分類號：TM914.4+1            文獻標識碼：A  0 引言  太陽能電池是一個**的半導體二極管，以半導體材料為基礎進行能量轉換。目前，光伏行業(yè)中硅太陽能電池還是占主導位置。  太陽能電池普遍使用硅晶體做基體，通常是將圓柱形的單晶硅棒切割成片，所以硅片的質量在很大程度上決定了太陽能電池的性能。  人們從石英砂中用碳還原的方法制得工業(yè)硅，但此時的工業(yè)硅純度不是很高，其中還含有鐵、鋁、鈣、鎂等很多金屬雜質；然后，再提純去除這些金屬雜質，還原沉積出來高純的多晶硅；而多晶硅的純度并沒有達到太陽能電池所要求的硅片的純度，所以還需進一步提純制得單晶硅。  目前大多使用直拉法制造的單晶硅，在石英坩堝中將多晶硅加熱熔化，加入摻雜劑，用一小塊籽晶從熔融硅拉出圓柱形的單晶硅。由于摻雜的濃度不同，單晶硅的電阻率也會不同。硅片的電阻率的范圍相當寬泛，可針對于太陽能電池來說，電阻率較低的硅片能得到較高的開路電壓和光電轉換效率，高電阻率硅片制成的太陽能電池的開路電壓較低，進而導致填充因子下降，所以轉換效率很低[1、2]。  近幾年，我國的硅片生產技術已經有了相當大的進步，但是還是不能**地控制硅片的電阻率值，只能將硅片的電阻率控制在一定范圍內，所以對于部分高電阻率的硅片，需要人們較加了解它們的性能進而提高其光電轉換效率[3-5]。  1 實驗  本文選取電阻率在3.5-4.5Ω·cm范圍內的高電阻率的單晶硅片210片，規(guī)格為156mm×156mm，厚度為200μm。首先在210片硅片表面利用堿腐蝕制備絨面結構，即在硅表面利用硅的各向異性腐蝕制得千千萬萬個小金字塔，形成陷光，增加光的吸收，提高電池的短路電流和轉換效率。清洗后進行制p-n結，也就是在硅片表面摻雜與硅片基體雜質導電類型不同的雜質層。目前，硅太陽能電池常用的方法在高溫下在P型硅中摻雜Ⅴ族雜質或在n型硅中摻雜Ⅲ族  雜質，由于高溫作用雜質元素通過熱擴散運動進入基體，而雜質的濃度和p-n結的深度因雜質的元素種類、初始濃度和擴散溫度而異。這種擴散的分布方式對電池的電性能影響很大，因工藝不同，擴散分布方式也不同。而在擴散環(huán)節(jié)，將210片硅片分成7組，這7組分別進行擴散，最后這7組制得的方阻分別為70Ω、75Ω、80Ω、85Ω、90Ω、100Ω、105Ω。然后分別除去背結，再通過化學氣相沉積法制減反射膜。最后用絲網印刷的方法印刷電極并燒結成片。  取這7組不同方阻的電池片進行電性能檢測，并分別收集電性能數(shù)據(jù)。  2 液態(tài)源擴散原理  現(xiàn)在，在太陽能電池中普遍使用的擴散工藝是三氯氧磷液態(tài)源擴散，液態(tài)磷源擴散有空位擴散、替位填隙兩種機制。三氯氧磷是無色透明的液體，具有強烈刺激性氣味，有毒性，熔點是2℃，沸點是107℃，在潮濕空氣中會發(fā)煙，較容易揮發(fā)，容易水解。所以，對于三氯氧磷的使用要特別注意源瓶的密封性[56]。  三氯氧磷在高溫下分解成五氯化磷和五氧化二磷，生成的五氧化二磷又進一步與硅反應生成二氧化硅和磷，三氯氧磷熱分解時，如果沒有外來的氧氣參與，其分解時不充分的，生成的五氯化磷不易分解，并且對硅有腐蝕作用，破壞硅片表面，但外加氧氣 的話，五氯化磷會進一步分解生成五氧化二磷和氯氣，生成的五氧化二磷又進一步與硅反應生成二氧化硅和磷，所以在磷擴散時，為了促進三氯氧磷充分分解而避免五氯化磷對硅片表面的腐蝕，**在通氮氣的同時通氧氣，有充足的氧氣時，三氯氧磷熱分解生成五氧化二磷和氯氣，三氯氧磷分解產生的五氧化二磷沉積在硅片表面，五氧化二磷與硅反應成二氧化硅和磷，并在硅片表面形成一層磷硅玻璃，然后磷在向硅中擴散[7、8]。  三氯氧磷液態(tài)源的擴散裝置如圖1所示。   3 結果與分析  用來表征太陽能電池的輸出特性的參數(shù)是短路電流Isc、開路電壓Uoc以及填充因子FF。太陽能電池的固有電阻率在一定程度上影響了其輸出特性。  實驗結果表明：對于高電阻率的太陽能電池片，其輸出特性短路電流Isc和開路電壓Uoc會隨著方阻的增長呈線性增長趨勢，如圖2、3所示；填充因子FF會隨著方阻的增加呈緩慢下降  趨勢，如圖4所示；而轉換效率Eta隨著方阻的增加，開始是平緩增長，直至達到峰值后迅速降低，如圖5所示。（本文作者：晶澳太陽能有限公司，王惠）   [參考文獻]  [1] 沈洲。高方塊電阻**區(qū)單晶硅太陽電池的制備與性能的研究[D].南京航空航天大學學報，2011.  [2] 賈琰，王振交，嚴慧敏等。電阻率對N型單晶硅電池電性能影響的研究[J].硅酸鹽通報，2014（08）。  [3] 周春蘭，王文靜，李海玲等。用電學參數(shù)表征晶體硅太陽電池特性[J].光學精密工程。2008（07）。  [4] 鄭建邦，任駒，郭文閣等。太陽電池內部電阻對其輸出特性的仿真[J].太陽能學報，2006（02）。  [5] 劉長青，鐘水庫，張紀波。太陽能電池輸出特性的研究[J].廣西物理，2007（01）。  [6] 沈洲，沈鴻烈，馬躍等。 高方塊電阻**區(qū)單晶硅太陽電池的性能優(yōu)化[J].微納電子技術，2011（02）。  [7] 李榮鵬，吳偉，馬鐘權等。擴散方阻對多晶硅太陽能電池效率的影響[J].上海大學學報，2012（03）。  [8]A.Bentzen,E.S.Marstein,R.Kopecek,A.Holt.Phosphorus diffusion and gettering in multi-crystalline silicon solar cell processing[J]. 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference . 2004

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