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本文分析了太阳能电池制作时使用的工艺参数对效率的相互关系,太阳能电池制造中使用的工艺包括纹理、兴奋剂、防反光膜、金属形成和烧结等,分析了各工序中的参数对效率的影响,对于纹理工艺,通过调整NaOH、IPA的比例来调整金字塔尺寸,金字塔越小,反射率就越低,如果以此为基础构建单元,光吸收量就越大,产生的电流就越大,另外,光产生的载体增加会导致开路电压增加。
本实验采用太阳能电池Si基板,蚀刻溶液采用NaOH、IPA(C3H7OH)及H2O加入,以NaOH为基础的表面纹理,由于水溶液大部分是超纯水,因此硅的表面张力较大,因此IPA用于改善表面张力较低的表面熔深。 此外,IPA的OH-离子在表面与Si反应,欲形成SiO2,从而消除了H2泡,在70度到80度之间,IPA挥发,如果不定期补充,表面纹理的均匀性就会下降,反射率就会提高。
首先用SOD法将液源涂敷在硅胶表面,转速3000rpm,旋转时间30秒,通过旋转将液源涂匀后在200℃干燥10分钟,之后利用快速处理(RTP)系统将附着在表面的源扩散到晶片内,通过这个过程在太阳能电池上形成埃米,兴奋剂时热处理温度及时间调节成为重要变量。 为此,在本研究的埃米形成中,将兴奋剂时热处理的温度控制在700~750℃,工艺时间控制在1~20min,找到了面电阻形成50Ω/-的条件,在(图3-1)中展示了RTP系统的结构。 扩散后在基板表面形成的PSG层在10%HF溶液中去除1分钟;
图3-1 RTP系统的结构
利用兴奋剂层与非兴奋剂层部分的蚀刻速度差形成了落差,然后用扫描电镜(SEM)进行了分析,蚀刻溶液在HF:HNO3:CH3COOH=1m L:100m L:25m L溶液中蚀刻5秒,蚀刻的形式与(图3-2)相同,只有了被动层,才能在顶面也阻止蚀刻,形成精确的落差,通过这种蚀刻法进行兴奋剂深度观察,只能确定大致的数值,而不是精确的测量方法,好处是便宜,分析速度快,本论文利用选择性蚀刻方法对不同兴奋剂条件下的兴奋剂深度进行了分析。
图3-2通过选择性蚀刻的兴奋剂端差形成图解图
使用的晶片采用厚度为200um,比电阻为1.57-2.48 cm,并沿(100)方向生长的单晶晶片,如(图4-1)所示,未进行任何处理的晶片具有26%的反射率,在生长铸锭和切割铸锭制成晶片时,由于切割方式的不同,表面形貌会产生差异,本研究采用金刚石钢丝切割晶圆,给出了单晶硅基片SEM照片,从SEM照片可以看出,与传统浆状切割的晶片相比,晶片表面不均匀,落差严重,这可能会在纹理工艺中形成金字塔结构时出现问题,进而会在打印屏幕打印机时对电极形状造成问题。
图4-1
通过纹理、兴奋剂、防反射膜、电极形成、烧结的优化来制造太阳能电池,并分析了各工序中参数对效率的影响,用不同金字塔大小的试样制备了细胞,由于金字塔的尺寸较小,反射率较小,分析了不同兴奋剂条件下的效率变化,在形成50Ω/-的兴奋剂条件下,低温热处理时间越长,兴奋剂深度越深,高温热处理时间越短,兴奋剂深度越薄。这通过选择性蚀刻和SIMS进行了分析,之后在抗反射膜沉积后载波寿命测定时,确认热处理越长,载波寿命越长,因此,确定了如果用单元制作,载波寿命长的样品会提高开路电压、电流密度和效率。 通过探讨各种工艺参数对效率的影响,证实了兴奋剂时如果进行过短的时间扩散工艺,会导致表面多芬浓度过高,导致载波寿命下降。 因此,在服用兴奋剂时,长时间进行扩散工序,既增加兴奋剂深度,又调整兴奋剂配置文件,这有助于提高载波者寿命,但是对效率的影响是微弱的,因此在批量生产时选择工艺时间短的方向比较有利。