掺镓 Cz-Si在TOPCon钝化接触结构中的应用--中国科学院智雨燕-solarbe文库

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高效柔性轻质晶硅太阳电池产业化项目掺镓 Cz-Si 在TOPCon 钝化接触结构中的应用报告人智雨燕中国科学院宁波材料技术与工程研究所 E-mail zhiyuyannimte.ac.cn 2020年11 月5 日太阳能及光电子器件团队报告提纲一、研究背景二、研究内容 ➢ 掺Ga 直拉单晶硅片钝化表现 ➢ 掺杂源在掺Ga 单晶硅硅片中的扩散特征 ➢ Ga 单晶硅钝化片光照稳定性三、总结与展望 2太阳能及光电子器件团队 P型电池现状研究背景 PERC ✓ p型衬底成本较低 ✓ p型衬底扩磷技术成熟，生产制程简单  p 型Cz-Si 存在B-O对导致的衰减问题 10ppma Ran Chen et al. Prog Photovolt Res Appl. 2020 1–9 S.W. Glunz, et al. 2th PVSEC,1343-4346 3太阳能及光电子器件团队 P 型PERC电池LID 问题研究背景在含O的掺B Cz硅片中光照促进形成亚稳态B-O复合体 B-O复合体与硼浓度成正比，与氧浓度成平方关系光再生处理  再生处理仍存在衰减问题 Jan Schmidt et al. PHYS REV B. 69 2004 024107 C. Derricks, et al. SOL ENERG MAT SOL C. 195 2019 358–366 4太阳能及光电子器件团队掺Ga直拉单晶硅Si 片引入研究背景 ✓ 掺镓衬底光照前后效率无衰减 B doped Ga doped S. W. Glunz et al. Prog. Photovolt Res. Appl. 7 1999 463–469 Teimuraz Mchedlidze et al. Phys. Status Solidi RRL. No. 2 2015 108–110 V. Meemongkolkiat et al. Prog. Photovolt Res. Appl. 14 2006125–134 5太阳能及光电子器件团队掺Ga衬底在PERC中的应用研究背景 N.E. Grant et al. SOL ENERG MAT SOL C. 2062020 隆基乐叶；爱旭 6太阳能及光电子器件团队 P 型TOPCon 研究背景 Fz ✓ 无背面开孔和额外局部掺杂，避免金属电极与硅片直接接触，降低复合损失 Armin Richter et al. Prog Photovolt Res Appl. 26 2018 579–586 Yan et al. Appl. Phys. Lett. 113 2018 061603 7太阳能及光电子器件团队二、工作内容介绍 8太阳能及光电子器件团队 TOPCon结构研究内容技术路线 p-type Ga-doped Cz-Si wafer p-type B-doped Cz-Si wafer n-type P-doped Cz-Si wafer p a-SiH N 2 O-SiO x pGa-type c-Si p a-SiH N 2 O-SiO x pB-type c-Si p a-SiH N 2 O-SiO x nP-type c-Si PECVD SiO x /a-SiH Annealing in N 2 H2O 820℃-960 ℃ ALD AlOxH 9太阳能及光电子器件团队研究内容技术路线隧穿氧化硅层工艺优势SiO x 层在PECVD中与 SiH层一起沉积钝化性能已在n-TOPCon 结构中得到验证 Y. Huang et al.SOL ENERG MAT SOL C. 208 2020 110389 10太阳能及光电子器件团队钝化特征掺Ga 衬底可以在较高的温度范围内保持钝化性能得到较低的J 0,s 705mV 703mV 708mV 11 1 10 16 cm -3 1 10 16 cm -3 1 10 16 cm -3 unpublished太阳能及光电子器件团队钝化特征 ✓ 掺Ga 衬底体区J 0 整体低于掺B衬底 Matthias Muller. Energy Procedia 92 2016138-144 表面与体区J 0 饱和暗电流密度 12 820 850 880 900 920 940 960 0 10 20 30 40 50 60 Saturated Dark Current fA/cm 2 Temperature ° C B-doped Cz-Si Ga-doped Cz-Si 2 10 16 cm -3 19.15 fA/cm 2 18 fA/cm 2 820 850 880 900 920 940 960 0 50 100 150 200 250 Saturated Dark Current fA/cm 2 Temperature ° C B-doped Cz-Si Ga-doped Cz-Si unpublished太阳能及光电子器件团队寿命特征掺Ga 衬底在低注入下复合较少掺Ga 衬底随温度升高寿命逐渐升高，掺B衬底与之相反 13 unpublished太阳能及光电子器件团队扩散特征 ✓ 掺Ga衬底与掺B衬底高温下掺杂源扩散深度几乎一致，因此掺Ga 衬底体现出来的耐高温特性可能与扩散无关 14 unpublished太阳能及光电子器件团队钝化片衰减特征掺Ga衬底双面钝化片光照稳定性光照条件75 ℃，1 sun ，150 min ✓ 掺Ga衬底寿命几乎保持不变 15 unpublished太阳能及光电子器件团队模拟结果 Quokka 2 模拟效率模拟参数 Parameters Value-Ga doped Cz-Si cell thickness front contact shape front J 0 ,met front J 0,pass 180 μm Line wide 30 μm 800 fA/cm 2 40 fA/cm 2 front contact resistivity p-type bulk resistivity bulk lifetime auger model rear J 0 rear contact resistivity rear contact shape shading with generation current series resistance shunt resistance 1 mΩ·cm 2 1 Ω·cm 2000 μs Richter2012 9 fA/cm 2 10 mΩ·cm 2 full area 30 μm 43 mA· cm 2 0.1 Ω·cm 2 1 10 5 Ω·cm 2 钝化结构隧穿氧化硅层背面金属接触 16 A. Fell et al.IEEE Transactions on Electron Devices 60 2 2012 733 –738 unpublished V oc J sc FF R s η 695 mV 41 mA· cm2 82.9 0.21 Ω·cm2 23.6太阳能及光电子器件团队总结与展望总结 ➢ 掺Ga衬底在TOPCon 结构中可以达到良好钝化效果iV oc 705 mV ， J 0,s 10 fA/cm 2 ，低注入下无明显复合。 ➢ 掺Ga衬底体现出耐高温特性，有较宽的高温工艺窗口。 ➢ 掺Ga衬底光照下寿命稳定。 17太阳能及光电子器件团队致谢  感谢叶继春研究员，闫宝杰研究员和曾俞衡研究员廖明墩工程师，刘伟工程师以及太阳能光电子器件团队所有老师和同学 18  感谢中国科学院宁波材料与技术工程研究所上海大学国家自然科学基金面上项目, No. 61974178 国家重点研发计划2018YFB1500403 浙江省自然科学基金面上项目 LY19F040002 中科院青年促进会No. 2018333 感谢合作企业金辰、拓升、博威、晶科、中来、时创、东方日升