太阳能电池的相关研究解析

太阳能电池的相关研究解析

李雪方刘文超武佳娜杨飞飞焦朋府

（山西潞安太阳能有限责任公司山西省长治市046100）

摘要：目前，车间规模化生产多晶硅太阳能电池过程中，扩散是制备多晶硅太阳能电池的关键工艺步骤，其直接决定着电池的光电转换效率。实验在CT扩散设备，现有生产工艺的基础上，通源前加一步通干氧的过程，在硅片表面形成一层二氧化硅薄膜，来减缓磷原子向硅片内部的扩散速度，从而优化多晶硅太阳能电池方阻的均匀性，进一步提高电池片的电性能。实验结果显示：在相同片源，其他生产工艺一样的情况下，在扩散工艺加一步通干氧过程，方阻均匀性明显提高，电池转化效率有所提高。

关键词：多晶硅太阳能电池；扩散氧化层；方阻均匀性；电性能

1引言

目前，光伏行业规模化生产多晶硅太阳能电池已成为市场主流，在市场追求降本增效的大环境下，如何提高多晶硅太阳能电池转化效率，降低生产成本，优化现有生产工艺已成为研究热点。扩散作为太阳能电池的心脏，是获得适合于太阳能电池PN结需要的结深和扩散层的方块电阻，它决定太阳能电池PN结的结深，表面杂质浓度等参数。当PN结较浅，即方阻较高时，电池短波响应好，但同时浅结会引起串联电阻增加。结深过深，死层比较明显，高扩散浓度会引起重掺杂效应，使电池开路电压和短路电流均下降。因此扩散方阻不均匀造成同一电池片PN结深浅不一，直接影响太阳能电池电性能参数的正态分布，导致电池效率降低。

2太阳能电池特性相关理论

在P型和N型半导体的接触处，由于电子和空穴的扩散，使P型的一边堆积负电荷（设为P区），N型的一边堆积正电荷（设为N区），从而形成一个由N区指向P区的内电场。当光入射到PN结上时，在能量足够大的光子作用下，光子会激发出半导体材料内的电子与空穴，在内部电场的作用下，电子被拉向N区，而空穴被拉向P区，结果在P区空穴数目增加而带正电，在N区电子数目增加而带负电，从而使PN结两端附加了一个与内电场相反的光生电场。如果入射光保持不变，光生电场稳定，产生的电势差（称为光生电动势）保持不变。入射光强度越大，光生电动势越高。若太阳能电池接有负载，电路中就有电流产生。

2.1太阳能电池的短路电流与入射光强度的关系

太阳能电池的短路电流就是它无负载时回路中电流，用ISC表示。对给定的太阳能电池，其短路电流与入射光强度成线性关系，因为入射光强度越大，光子越多，从而由光子激发的电子与空穴对越多，短路电流也就越大。

2.2太阳能电池的开路电压与入射光强度的关系

太阳能电池的开路电压是太阳能电池在外电路断开时两端的电压，用U∞表示，亦即太阳能电池的电动势．在无光照射时，开路电压为零．太阳能电池的开路电压不仅与太阳能电池材料有关，而且与入射光强度有关，开路电压随入射光强度增大而增大，开路电压与入射光强度成非线性关系。

3实验

3.1实验辅材及设备

实验选用协鑫S2多晶硅片，电阻率为1-3Ω，硅片厚度为200±20µm；扩散是CT扩散设备，其他工艺保持不变；方阻测试仪：四探针方阻仪（GP4-TEST）；太阳能电池检测仪（BERGERLichttechnik）。

3.2实验方法

在生产前对原硅片进行分选，实验分为2组，每组500片；分别进行实验工艺和正常生产工艺。实验工艺是在扩散通源前通加一步通干氧过程，同时为了保证产线前后的匹配性，扩散方阻均值不变（均值为90Ω/sq），实验工艺将扩散推进温度提高2℃。生产工艺则不加通干氧过程。为避免因炉管差异而导致电性能存在差异，两组实验片均使用同一炉管。其他工艺不变。

对扩散工艺生产出来的半成品电池片进行方阻测试，考察其方阻均匀性。

在丝网印刷后，考察方阻均匀性对电性能参数的影响。

3.3分析方法

扩散方阻的均匀性是衡量扩散工艺质量的好坏。在产线批量生产时，对扩散后的半成品测试方阻，具体为测试硅片的中心点及四角的四个点），其方阻均匀性M，用公式（1）计算[4]如下：

M=（Max-min）/（2*average）（1）

其中Max为测试硅片的5个点中，方阻值最大值；min为方阻值最小值；average为5个点的平均值。

4结果与讨论

4.1扩散后方阻均匀性分析

在炉口、炉中、炉尾三个位置，各取5片正常工艺与实验工艺生产的半成品电池片，分别对其进行方阻测量。测得数据如表一、表二：

表一：正常生产工艺方阻测试数据

Table1Thetestdataofsheetresistanceinnormalproductionproces