10001467_聚合物钝化技术在IBC太阳电池中的应用-solarbe文库

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聚合物钝化技术在 IBC 太阳电池中的应用葛坤鹏 1 陈剑辉 1杨林林 1 许颖 1麦耀华 2 1 物理科学与技术学院，河北大学，071002，保定 2 新能源技术研究院，暨南大学，510632，广州摘要随着晶体硅太阳电池技术的不断发展，硅片的厚度不断降低，电池的表面钝化和减反射技术对提高太阳能电池转化效率变得尤为重要。传统钝化和减反射材料由于制备过程需要高温、高真空和危险气源等问题，导致制造成本高，影响大规模生产及应用。新型聚合物钝化技术以其制备工艺简单、安全和成本低的优势，成为人们研究的热点。本文介绍了一种新型聚合物钝化技术，研究了涂覆有聚合物薄膜的 IBC 太阳电池性能。结果表明，有机聚合物薄膜具有良好的钝化和减反射效果，并有效地提高了 IBC 太阳电池的效率，降低了生产成本。在实验中，我们不仅在面积 4.5 cm2 的 IBC 太阳电池上获得了电池效率的明显提升，还在面积为 156156 cm2 的 IBC 电池片上得到了 19.6的电池效率。关键词钝化；减反；IBC 电池 1. 研究背景因为晶体硅体内 Si 原子有序排列，体缺陷少，所以相比较晶体硅太阳电池的体复合来说，表面复合更为突出。因此，减少硅片表面缺陷、抑制载流子复合成为太阳能电池制备过程中的关键一步。钝化是最常见的硅片表面处理技术。钝化材料有 SiNx、a-SiH、SiO 2 和 Al2O3 等 [1-3]。另外，太阳能电池是光电转化器件，减反射材料在电池制备中也必不可少。常见的减反射材料有 SiNx、 SiO2、 MgF2 及氧化铟锡 ITO等 [4-6]。在研究中，还有一类材料具有钝化和减反射双功能。典型的钝化、减反射双功能材料是 SiNx，在晶体硅太阳能电池中应用广泛。叉指背接触太阳电池IBC前表面没有栅线遮挡，能够充分利用太阳光。因此，制备良好的钝化和减反射层成为提升 IBC 太阳电池的关键。通常，IBC 电池前表面采用高掺杂 n作为前表面场，SiN x 作为表面钝化和减反射层。但 SiNx 薄膜的制备通常采用等离子增强化学气相沉积 PECVD法制备，需高温、高真空和危险易爆的 SiH4 气体，不符合大规模量产的要求。新型有机聚合物薄膜具备低温、低真空且安全的工艺要求和低成本的优势 [7-9]，为高效低成本量产的需求提供了可行方案。 2. 研究内容及结果讨论我们的研究内容是在低温，非真空，无危险气源的条件下制备新型聚合物钝化薄膜（有机聚合物 Polymer），测试 Polymer 钝化 n-Si 表面后的少子寿命；将 Polymer 涂覆于 IBC 太阳电池前表面，测试 IBC 太阳电池的 I-V 特性曲线，并与没有 Polymer 涂层的电池作对比。 104105106123 1.98 ms Minority carie dnsity cm-3efms 图 1 Polymer 双面钝化 n-Si 的少子寿命曲线。图 1 展示了 Polymer 钝化 n-Si 的少子寿命曲线。Polymer 钝化 n-Si 得到 1.98ms 的少子寿命，钝化效果明显，说明 Polymer 可有效减少硅片表面缺陷，抑制 Polymer/Si 界面载流子的复合。图 2 IBC 太阳电池前表面涂覆 Polymer 的结构示意图。图 2 是 Polymer 涂覆于 IBC 太阳电池前表面的结构示意图。Polymer 是采用低温、非真空的溶胶- 凝胶工艺，在 IBC 太阳电池表面起钝化和减反射双重作用。 00.20.40.610203040 19.6753.65.316.27534.630.8with/oPCE F Jsc mA/c2Voc W/Owith Polymerurent dsity A/cm2 VoltageV Area 4.5 cm2 rea 15 cm200.20.40.610203040 16.873.602.14.9735.9.with/oPCE F Jsc mA/c2Voc W/Owith Polymerurent dsity /cm2 VoltageV 图 3 左图和右图分别为 Polymer 涂覆于不同面积 IBC 太阳电池的 IV 曲线及 PV 参数。 Polymer 涂覆于面积大小不同的 IBC 太阳电池前表面，均得到开路电压，短路电流和电池效率的提升。在小面积 IBC 电池上，开路电压提升了 12 mV，短路电流密度提升了 3.5 mA/cm2，效率提升了 12。在大面积产业化 IBC 电池上，开路电压提升了 25.5 mV，短路电流密度提升了 5.6 mA/cm2，效率提升了 21。由此得出，Polymer 在基片性能优越的电池片上会展现更加显著的性能。 3. 结论通过溶胶-凝胶法在低温、低真空条件下制备 Polymer 薄膜，安全且低成本。 Polymer 薄膜具有钝化和减反射双功能，可有效减少硅片表面缺陷，抑制载流子复合，减少表面反射。将这种新型表面钝化材料用于 IBC 电池前表面，有效提升了电池的开路电压和短路电流，电池效率得到显著提高。我们小面积 IBC 电池上得到 16.8的效率，在产业化 156156 cm2 电池片上得到了 19.6的电池效率，为产业化生产提供了一个可行方案。参考文献 [1] Schmidt J, Werner F, Veith B, et al. Advances in the Surface Passivation of Silicon Solar Cells[J]. Energy Procedia, 2012, 151730-39. [2] Aberle A G. Overview on SiN Surface Passivation of Crystalline Silicon Solar Cells[J]. Solar Energy Materials Solar Cells, 2001, 651239-248. [3] Ge J, Ling Z P, Wong J, et al. Optimisation of Intrinsic a-SiH Passivation Layers in Crystalline-amorphous Silicon Heterojunction Solar Cells[J]. Energy Procedia, 2012, 151107-117. [4] Wan Y, Mcintosh K R, Thomson A F. Characterisation and optimisation of PECVD SiNx as an antireflection coating and passivation layer for silicon solar cells[J]. Aip Advances, 2013, 33239-a. [5] Nagel H, Aberle A G, Hezel R. Optimised antireflection coatings for planar silicon solar cells using remote PECVD silicon nitride and porous silicon dioxide[J]. Progress in Photovoltaics Research Applications, 1999, 74245–260. [6] Dhungel S K. Double Layer Antireflection Coating of MgF2 / SiNx for Crystalline Silicon Solar Cells[J]. Journal- Korean Physical Society, 2006, 493885-889. [7] Chen J, Shen Y, Guo J, et al. Electrochemical grafting passivation of silicon via electron transfer at polymer/silicon hybrid interface[J]. Electrochimica Acta, 2017, 247. [8] Chen J, Shen Y, Guo J, et al. Silicon surface passivation by polystyrenesulfonate thin films[J]. Applied Physics Letters, 2017, 1108297. [9] Chen J, Shen Y, Chen B, et al. Polymer Thin Films for Anti‐Reflection and Passivation on the Front Surface of Interdigitated Back Contact c‐Si Solar Cell[J]. Solar Rrl, 2017, 171700079. 作者简介葛坤鹏，女，河北大学硕士研究生，研究方向为新型光电功能材料与器件。E-mailgekunpeng0207163.com