等离子体浸没离子注入在太阳能电池中的应用研究

【摘要】：进一步减少晶硅太阳能电池的表面反射率、改善PN结质量是提高晶硅太阳能电池光电转换效率的有效方法。对于目前的晶硅电池来说,经表面制绒后单／多晶硅仍然分别有11%与25%左右的表面反射率,且以热扩散方式制备的PN结短波响应较差,因此急需一种新的工艺改善上述问题。等离子体浸没离子注入(PⅢ)则为降低反射率、改善PN结质量提供了很好的研究方向。在PN结制备上,采用PⅢ可通过注入掺杂的方式得到超浅结,和热扩散制备的PN结相比,新的PN结结深大大减小,经研究发现该PN结适合用于太阳能电池的制备。在降低表面反射率方面,采用PⅢ能在硅片表面形成纳米量级的针状微观结构,形成“黑硅”,极大地减小了表面反射,通过进一步的优化工艺,实现了太阳能电池效率的明显提升。针对这两点,本文做了如下工作： 1、采用等离子体浸没离子注入(PⅢ)的方法在125cm×125cm的P型单晶硅上注入磷元素形成了PN结,通过快速热退火工艺激活掺杂元素以达到最佳电活性。研究了退火时间与退火温度、注入偏压大小与脉宽对PN结方块电阻的大小与均匀性的影响。发现在注入偏压为2KV,注入脉宽为501μs,退火温度为1100℃,退火时间为20s的条件下,注入效果最佳,此时的方块电阻达到最小值10.12Ω/sq,非均匀性达到最小值2.98%,非常适合用于太阳能电池工艺。另外,在相同条件下对单晶硅与多晶硅的注入进行了比较,发现在单晶硅上注入得到的PN结要远远优于多晶硅。 2、采用等离子体浸没离子注入(PⅢ)在156cm×156cm的P型多晶硅上制备了黑硅,并对随后的湿法去损工艺进行了研究,在目前普遍使用的HNO3/HF溶液去损的基础上,探索了一种弱氧化性的NaNO2/HF溶液去损方式。实验发现湿法去损会使黑硅的表面反射率逐渐升高,但同时也会大大降低等离子刻蚀损伤与硅片表面积,减小表面复合速度。实验中对使用HNO3/HF溶液与NaNO2/HF对黑硅进行湿法去损,而后在工业生产线上加工为太阳能电池,发现采用条件为NaNO2:HF:H2O=6.4g:10mL:240mL去损20min时,去损的效果最佳,电池效率达到最高。采用该条件时,太阳能电池效率为17.46%,开路电压为623mV,短路电流密度为35.99mA/cm2,效率较常规多晶电池提高了0.72%。 【关键词】：太阳能电池 等离子体浸没离子注入 方块电阻 黑硅 湿法去损
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序9-10
• 目录10-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 太阳能电池的发展历史与现状13
• 1.3 离子注入技术在太阳能电池制造中的应用13-22
• 1.3.1 离子注入概述14-15
• 1.3.2 等离子体浸没离子注入概述15-17
• 1.3.3 注入掺杂制备PN结17-19
• 1.3.4 等离子体浸没离子注入制备黑硅19-22
• 1.4 本文研究内容和意义22-24
• 2 晶体硅太阳能电池的基本原理及生产工艺24-38
• 2.1 晶体硅太阳能电池的基本原理24-30
• 2.1.1 PN结基本原理24-25
• 2.1.2 光生伏特效应25-27
• 2.1.3 太阳能电池的电压—电流特性27-28
• 2.1.4 太阳能电池的性能表征28-30
• 2.2 晶体硅太阳能电池的生产工艺30-38
• 2.2.1 表面制绒30-31
• 2.2.2 扩散制结31-32
• 2.2.3 边缘刻蚀32-33
• 2.2.4 二次清洗33-34
• 2.2.5 PECVD34-35
• 2.2.6 丝网印刷35-36
• 2.2.7 高温烧结36-38
• 3 等离子体浸没离子注入制备PN结38-58
• 3.1 实验装置38-40
• 3.2 实验原理40-43
• 3.2.1 离子注入40-41
• 3.2.2 退火41-42
• 3.2.3 方块电阻及其测试方法42-43
• 3.3 实验设计43-45
• 3.4 实验内容45-48
• 3.4.1 离子注入制备PN结45
• 3.4.2 快速热退火45-46
• 3.4.3 方块电阻的测试46-48
• 3.5 数据分析48-55
• 3.5.1 退火条件分析48-51
• 3.5.2 注入条件分析51-55
• 3.5.3 多晶硅与单晶硅注入比较55
• 3.6 本章小结55-58
• 4 等离子体浸没离子注入制备黑硅太阳能电池58-76
• 4.1 等离子体浸没离子注入制备黑硅原理58-61
• 4.1.1 实验装置58-59
• 4.1.2 实验原理59-61
• 4.2 黑硅制备后表面湿法去损的研究61-65
• 4.2.1 湿法去损原理61-62
• 4.2.2 NaNO_2/HF溶液去损研究62-65
• 4.3 实验设计65-67
• 4.4 表征方法67-68
• 4.5 实验结果及分析68-75
• 4.5.1 表面微观形貌68-69
• 4.5.2 表面反射率69-73
• 4.5.3 外量子效率73-74
• 4.5.4 太阳能电池性能74-75
• 4.6 本章小结75-76
• 5 结论76-80
• 5.1 本文的主要工作及结论76-77
• 5.2 进一步研究的建议77-80
• 参考文献80-86
• 作者简历86-90
• 学位论文数据集90

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