Si PERT电池与n+-p-p+、n+-n-p+结构的比较分析

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摘要:两组双面n+-p-p+和n+-n-p+太阳能电池采用单晶czsi制备。两者的电池集具有相同的n+-层与板电阻，Rsh为85。同时，每一组电池的p+-层也不同B掺杂水平:Rsh分别为140和45。的挥发性有机化合物非接触结构随着Rsh的增大而增大有效表面复合速度，Seff, in完整的n+-p-p+电池与Rsh相反。

说明：最后一个说明是基于对光谱测量结果的分析电池数量。指数术语-硅，双面太阳能电池，表面重组、金属/硅界面。

我的介绍

采用无源发射极后置全扩散的太阳能电池(PERT)是非常有希望实现高转换效率和最高的双面性(短路电流的比率)前后照度)。高的光电参数不仅适用于n-Si而且适用于p-Si PERT电池[1]-[5]。

决定成败的主要因素在实现高的电池效率和双面性，是水平在掺杂的n+和p+中也有大量的复合损失层。事实上，掺杂层的损失包括表面重组，其中包含了超自由重组金属-半导体界面的表面与复合。

高寿命的重要性，对于实现前面和背背效率高，理论上显示为[6]和实验上(例如，[7]和[8])。

如[5]所示，基于p-Si的PERT单元格具有通过结构表征，可以制备出掺硼的p+层通过低重组损失。这一事实得到了相当多的支持高隐含开路电压iVoc在685 - 704范围内mV。这意味着没有或低降解的体积少数载体寿命，b，在电池高温b扩散过程中处理。(这对于n-Si更常见，它被称为更耐热致缺陷)。,它表明pp+具有良好的复合性能障碍。

但完整电池的Voc明显低于正常电池iVoc的半导体结构，而唯一的区别是存在或不存在接触。[9]的作者显示了表面的主导作用触点下的复合使总复合损失降低，从而使电池Voc相对于iVoc的降低半导体结构。

光谱响应和内部量子效率IQE评价复合损失的有效工具用沉积法分析了太阳能电池的物理性能接触网格[7]。这个工具被用来分析复合性能主要表现在体垒和高垒低垒上p型PERT电池。

可以使用这些方法打开其他选项重组损失的比较研究与掺杂层，当应用于结构制造使用p-和n-Si晶圆片都经历了同样的过程处理。这种前后的测量双面p-和n-PERT太阳能电池的光谱响应为在目前的研究中进行了讨论。

实验

01

太阳能电池结构

6英寸的假方晶圆，电阻率为3 - 6厘米以Cz - p-Si晶体为起始材料双面n+-p-p+太阳能电池的制备。一个晶圆边在POCl3气相中，P是否织构均匀掺杂扩散过程。n+发射极的片状电阻Rsh85人被选做了相反的实验晶圆面，背面，被顺利蚀刻。p +层制备了电阻在45 - 140之间的薄膜用预沉积的B经高温扩散以薄膜为掺杂源，热结合的生长或CVD沉积薄的SiO2层和CVD沉积将SiN膜分别涂于双侧钝化/抗反射涂层。浮栅在单元格两侧用银丝网印刷四根母线贴。这样一个单元格的横截面如图所示在图1。

具有相同尺寸的单晶czn - si晶片以~ 2cm的电阻率为起始材料双面n+-n-p+太阳能电池的制备。n+和p+层采用与n+-p-p+相同的工艺制备结构的形成。n+层也很好地形成了表面有纹理，p+ 1在晶圆片的平面上。相同的钝化/防反射涂层和丝网印刷的类型采用接触网格(见图1b)。

02

测量

I-V曲线在一个太阳照射下(辐照度1000 W/m2，光谱学相当于大气质量下的太阳光谱1.5)在黑暗中使用h.a.l.m.追踪器PVCTL1进行测量。在测量时，照度由散射或抑制电池对侧的反射光。

前后均采用LOANA IQE-SCAN (pv-tools)光谱响应的决心。具有反射率的箔< 4%的长波(大于980 nm)为“黑色”查克条件”。使常数的影响最小化测量误差的自校准方法，与此类似在[10]中描述，用于处理光谱正面(发射极侧)照明响应。修正其中包括前谱响应数据的系数处理后的光谱响应测量结果。

a) n+-p-p+

b) n + n p +结构

准稳态光电导衰减技术是用来测定光注入载体的吗在晶圆制作前后的寿命处理。使用的测量工具为WCT-120硅晶圆寿命测试仪(Sinton Consulting Inc.)。相同的应用该技术对复合材料进行了评价完整的太阳能电池结构(在金属触点之前)沉积)。暗指一个太阳的开路电压照明，iVoc，反向饱和电流密度，Jo，是表征复合质量的电池的半导体结构。

03

测量结果及讨论

图中显示了四个电池的IQE谱的依赖关系。2 a和2 b。这4个电池被分成2对。每一对包括一个n+-n-p+和一个n+-p-p+电池。所有的n+层在所有的电池中，P的掺杂量都是相同的，直到薄膜电阻Rsh在85个电池中，第一对中的p+-层是BRsh可达140 n+-p-p+电池A31和n+-n-p+电池n - 390)。第二对电池的p+-层是B在45 n+-p-p+电池L68和n+-n-p+电池中加入Rsh21)。图2a中的IQE曲线是在n+层进行测量的光照，图2b - p+层光照。因此,两个当发射体为时，得到各图中的曲线在光照条件下，得到了两种曲线障碍是照亮。

图2 a。n+侧发光电池的内部量子效率

图2 b。p+侧发光电池的内部量子效率

整体结果表明，两者的光谱响应都非常高两侧光照下的电池类型。然而,一些差异明显。光谱响应的积分太阳光谱显示双因子:0.95和0.96n+-n-p+和n+-p-p+电池分别为0.86和0.91。

一个更详细的分析使我们能够说明一个更高的掺杂硼的水平会导致Seff的抑制势垒的增加。它的效果是不可见的n+-n-p+结构发射器照明情况，其中光照不足两种B掺杂情况下的IQE波长都很高(大于0.9 at)400nm，如图2b所示)。然而，这种影响是表现为n+-p-p+电池:在发射器的情况下长波长(= 1100nm)的IQEp+层掺杂至45时，l68细胞的生长速率提高了22%比IQE的A31电池与14p +层掺杂。的随着B掺杂量的增加，IQE的改善效果可以看出为在n+-p-p+电池的背面照明情况下。对掺B侧Seff的评价提高了2倍左右下掺杂层的值:192±10与99±10 cm/s(假设相同的生存期b在0.3 - 1.0 ms范围内)。

数据之间有明显的矛盾硼掺杂对电池半导体iVoc的影响结构为[5]，在电池的Seff上有p+层联系人。的确，最佳的iVoc的钝化结构超过700v，而不考虑硼掺杂的薄片电阻层数在45 -140之间。更多的准确地说，最大iVoc值降低了1 - 4mv随着掺杂水平的提高。同时，因为已经显示，在太阳能电池表面的重组接触量随着掺杂量的增加而显著减少p+层的级别。

如果我们加以考虑，这个矛盾是可以解决的以上为真实表面复合水平结构:钝化硅的表面复合表面不超过104厘米/秒，在任何情况下，其对Seff的贡献最小不超过1厘米/秒讨论了B掺杂水平。同时，重组而在金属-半导体界面上则要高得多106厘米/秒及以上。在这种情况下，势能增加阻挡层应通过增加硼的表面浓度来实现对Seff值有显著的正向影响。约2.5乘以电池l68中较高的B表面浓度与电池相比，a31与~的相关性较好第一个样本的Seff值降低了2倍。

同样的表面电场效应解释了下表面复合上的边高边低在n+-n-p+样品(~ 10 cm/s和~ 25cm /s)中进行比较用n+-p-p+样本。由于地势高浓度P，等于~ 2.1020 cm-3，电场这个势垒是样品p-p+势垒的3倍L 68年。因此，n+-n-p+电池的后敏度较高与n+-p-p+电池相比(见图2)。

的掺杂水平对实验结果没有影响该p+层对短波长灵敏度为n+-n-p+从发射极一侧照射的电池与上面给出的解释。在这种情况下，承运人的集合是否只受自由表面下的复合影响实际上不受接触下重组的影响。

实验验证了该方法的有效性金属-半导体界面的复合是造成复合损耗的主要因素，因此在Voc中也是如此与iVoc相比有所降低。这一结论得到了电池切片光致发光的测量由接触网格覆盖和覆盖。

04

结论

-影响p-p+复合损失的因素研究了n+-p-p+双面太阳能电池的结实验。

-具有n+-p-p+和n+-n-p+结构的双面太阳能电池并与印刷银接触栅格制作相同的处理方法，并用作对象的实验。

-选择IQE分析作为B的评价手段掺杂对高-低接触复合材料的影响障碍。

而高隐含Voc的电池结构则没有接触对表面B掺杂的依赖性较弱，表面B浓度的增加抑制触点/半导体复合的贡献有效表面复合p-p+势垒。

-电场的大小，由掺杂比决定浓度在高-低势垒两侧，为a抑制金属硅复合的决定性因素接口。

-表面掺杂对有效表面的影响n-n+位垒的复合速率是半定量的表面掺杂效应的相关性在p-p+位垒处重组。

REFERENCES

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[8] C. Duran, T. Buck, R. Kopecek, J. Libal, F. Traverso, "Bifacial  Solar C Cells with Boron Back Surface Field",

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[9] Alexander Edler, Valentin D. Mihailetchi, Lejo J.

Koduvelikulathu, Corrado Comparrotto, Radovan Kopecek and Rudolf Harney, “Metallization-induced Recombination Losses of Bifacial Silicon Solar Cells” Prog. Photovolt: Res. Appl., 23, 620-627;2015.

[10] L. Kreinin, N. Bordin N. Eisenberg "Accurate Determination of Silicon Solar Cell Spectral Response Using a Selfcalibration Method", Proceeding of the 14th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 1997, Barcelona (Catalonia), Spain, 191 –194, 30 June - 4 July 1997.

来源：光伏电池技术

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