多晶太阳能电池发射极优化机理及电性能研究

论文摘要

本论文围绕太阳能电池的电性能参数展开，主要研究发射极优化对太阳能电池电性能的影响。结合目前太阳能电池的产业化发展，研究扩散发射极的优化、NAOS法去死层发射极表面的二次清洗和优化，通过I-V特征曲线、方块电阻、少子寿命、电致发光EL、内量子效率IQE的测试对太阳能电池的电性能、发射极性能、光谱响应进行表征和分析，并就发射极优化的机理及其对太阳能电池电性能参数的影响作了阐述。利用PC1D软件，仿真了太阳能电池的性能与发射极掺杂浓度、结深、前表面复合速率、方块电阻、少子寿命的之间关系，探寻电性能的改善方向。通过中心温度、趋入时间、通源量的实验，分析了影响发射极方块电阻的因素，并通过双面扩散、对比不同发射极方块电阻、改善常规扩散工艺来优化发射极。IQE测试表明，双面扩散能改善太阳能电池长波段的光谱响应，提高短路电流；EL和I-V电性能测试显示，随着发射极方块电阻的提高，太阳能电池的转换效率呈现先升高后降低的趋势，说明存在一个工艺上方块电阻的最优值。而通过低温磷扩散工艺，发射极的均匀性显著提高，较长的趋入时间又能提高扩散吸杂效果，电性能进一步改善。通过NAOS法去死层工艺，对扩散发射极表面进行了进一步优化，达到降低发射极表面磷浓度和二次清洗的作用。I-V电性能测试表明，NAOS法去死层能显著改善太阳能电池的短路电流，提高转换效率；EL测试和IQE测试显示，NAOS法去死层后，太阳能电池短波段的光谱响应有了明显地提高，促进了短路电流的提高。最后，采用优化后的工艺进行了太阳能电池约500片的小规模量产，获得了16.65%的转换效率，并通过电性能数据的统计学分析验证了电性能参数间的相互影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 太阳能电池简介
• 1.2.1 太阳能电池的发展历程
• 1.2.2 太阳能电池的分类
• 1.2.3 晶硅太阳能电池产业化发展趋势
• 1.3 太阳能电池的基本原理及性能
• 1.3.1 太阳能电池的基本原理
• 1.3.2 太阳能电池的器件结构
• 1.3.3 太阳能电池的电学模型
• 1.3.4 太阳能电池的电性能参数
• 1.4 多晶太阳能电池的发射极研究进展
• 1.4.1 不同方法制备发射极
• 1.4.2 选择性发射极
• 1.4.3 扩散吸杂
• 1.4.4 发射极钝化
• 1.5 本论文的研究内容和研究意义
• 第二章 多晶太阳能电池的制备与测试
• 2.1 多晶太阳能电池的制备工艺及常用设备
• 2.1.1 多晶槽式制绒
• 2.1.2 扩散制备发射极
• 2.1.3 等离子刻蚀去边
• 2.1.4 磷硅玻璃清洗
• 2.1.5 制备氮化硅减反膜
• 2.1.6 丝网印刷电极
• 2.1.7 烧结形成欧姆接触
• 2.2 电性能测试系统
• 2.3 论文中的其他测试手段
• 2.3.1 四探针方块电阻测试
• 2.3.2 少子寿命测试
• 2.3.3 太阳能电池电致发光测试
• 2.3.4 内量子效率测试
• 2.4 本论文的方案设计
• 第三章 多晶太阳能电池扩散发射极优化
• 3.1 扩散制备发射极的原理
• 3.1.1 扩散的机制
• 3.1.2 多晶太阳能电池的磷扩散工艺
• 3.1.3 多晶太阳能电池的磷扩散机理
• 3.2 发射极的 PC1D 仿真
• 3.3 发射极方块电阻的影响机理
• 3.3.1 趋入时间对扩散方阻的影响
• 3.3.2 中心温度对扩散方阻的影响
• 3.3.3 通源量对扩散方阻的影响
• 3.4 单面、双面扩散制备发射极
• 3.4.1 单面、双面扩散对少子寿命的影响
• 3.4.2 单面、双面扩散对电性能的影响
• 3.5 发射极方块电阻对电性能的影响
• 3.5.1 不同方阻对少子寿命的影响
• 3.5.2 不同发射极方块电阻的电性能
• 3.6 不同扩散发射极制备工艺及其电性能
• 3.6.1 不同扩散发射极制备工艺
• 3.6.2 不同发射极制备工艺均匀性分析
• 3.6.3 不同发射极制备工艺电性能分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 多晶太阳能电池湿化学法发射极优化
• 4.1 湿化学法优化发射极的原理
• 4.1.1 死层的产生
• 4.1.2 湿化学法优化发射极的工艺原理
• 4.2 湿化学法去死层
• 4.2.1 湿化学法对方块电阻的影响
• 4.2.2 湿化学法去死层电性能分析
• 4.3 发射极优化后的效率
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果