SiO2薄膜和磷铝吸杂对太阳电池用硅片少子寿命的研究

论文摘要

表面钝化技术已成为太阳电池工业化生产的一项重要工艺,对提高太阳电池的开路电压和短路电流起着极其关键的作用。对于世界上超过20%的单晶硅太阳电池无一例外的均采用了表面钝化技术,使得少子寿命得到了很大提高,从而得到较高的开路电压和短路电流。同时在晶体生长和制备太阳电池的工艺过程中不可避免的会引入一些金属杂质（如Na、Fe、Cu和Au等）,而这些金属杂质和硅片内的微缺陷形成了一些深能级,并成为少子复合中心,降低了少子寿命和扩散长度,严重影响了硅太阳电池的效率。如何消除表面态和这些金属杂质对硅太阳电池的影响就成为当前研究的主要课题之一。本文的研究目标是利用不同的热氧化法生长的SiO2薄膜对硅片表面进行有效的表面钝化,利用磷铝吸杂对电池进行有效的吸杂,提高电池样品的少子寿命和转换效率。本章采用的是传统热氧化法（CTO）、掺氯热氧化法（TCA）和快速热氧化法（RTO）对硅片表面采用表面钝化技术,用磷铝吸杂的方法对多晶硅太阳电池进行吸杂。实验前后均采用微波诱导光电导衰减法测试仪（μ-PCD）对样品进行少子寿命的测试。用椭圆偏振光测试仪对样品进行薄膜厚度和折射率的测量。用电池效率测试仪对电池样品进行效率的测量。利用CTO,TCA,RTO对样品进行表面钝化,均能得到较高的少子寿命。TCA生长薄膜速度快,但分解温度较高,在一定程度上降低了硅片的少子寿命,若能寻求一种含Cl并且分解温度较低的工业用品,再与RTO工艺进行有效的结合,应该是未来工业电池表面钝化技术一个不错的选择;经过对于磷、铝以及磷铝联合吸杂的系统研究,发现这三种吸杂方式对于单晶硅的少子寿命都有很大的提高。对于多晶硅太阳电池的少子寿命提高最大,电池效率的提升也非常明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• §1-1 能源危机
• 1-1-1 全球及我国的能源形势
• 1-1-2 发展以太阳能为代表的绿色能源
• 1-1-3 太阳电池发展历史和现状
• 1-1-4 太阳电池的特点及前景
• §1-2 太阳电池的研究概况
• 1-2-1 单晶硅太阳电池
• 1-2-2 多晶硅太阳电池
• §1-3 本论文的主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 半导体光电性质理论
• §2-1 光电转换过程
• 2-1-1 光的反射与折射
• 2-1-2 半导体中的光吸收
• 2-1-3 P-N 结的形成
• 2-1-4 P-N结光电效应
• §2-2 半导体复合过程
• 2-2-1 直接复合
• 2-2-2 间接复合
• 2-2-3 俄歇复合
• 2-2-4 表面复合
• 2-2-5 通过复合中心复合
• 参考文献
• 第三章 太阳电池工作原理及表面钝化的意义
• §3-1 太阳电池工作原理
• 3-1-1 光生伏特效应
• 3-1-2 太阳电池的基本参数
• 3-1-3 影响电池效率的因素
• §3-2 太阳电池表面钝化的意义
• 3-2-1 表面态的理论解释
• 3-2-2 表面复合的理论分析
• 3-2-3 少数载流子寿命的定义
• 3-2-4 减少表面复合对太阳电池性能的影响
• 参考文献
• 2薄膜的表面钝化对单晶硅片少子寿命的影响'>第四章 SiO₂薄膜的表面钝化对单晶硅片少子寿命的影响
• 2 薄膜原理'>§4-1 不同热氧化法生长SiO₂薄膜原理
• 4-1-1 热氧化机制
• 2 薄膜'>4-1-2 传统热氧化法（CTO）生长SiO₂薄膜
• 2 薄膜'>4-1-3 掺氯热氧化法（TCA）生长SiO₂薄膜
• 2 薄膜'>4-1-4 快速热氧化（RTO）生长SiO₂薄膜
• 2 薄膜钝化硅片少子寿命的测试原理'>§4-2 SiO₂薄膜钝化硅片少子寿命的测试原理
• 4-2-1 微波光电导衰减（μ-PCD）
• 2 薄膜表面钝化对硅片少子寿命的研究'>§4-3 不同热氧化法生长SiO₂薄膜表面钝化对硅片少子寿命的研究
• 4-3-1 CTO氧化程序
• 4-3-2 TCA氧化程序
• 4-3-3 RTO氧化程序
• §4-4 小结
• 参考文献
• 第五章 磷铝吸杂对多晶硅少子寿命的研究
• §5-1 硅中杂质的类别及性质
• 5-1-1 重金属杂质
• 5-1-2 碱金属杂质
• 5-1-3 非金属杂质
• §5-2 制备方法
• 5-2-1 热扩散法扩磷
• 5-2-2 真空蒸镀法蒸铝
• §5-3 吸杂机理及作用
• 5-3-1 吸杂技术在太阳电池中的应用
• 5-3-2 吸杂原理
• 5-3-3 磷吸杂、铝吸杂以及磷铝联合吸杂的作用
• §5-4 测试结果和分析
• 5-4-1 样品参数
• 5-4-2 太阳电池样品的制备
• 5-4-3 多晶硅片吸杂前后少子寿命的比较
• 5-4-4 经过吸杂后电池性能的测量
• §5-5 小结
• 参考文献
• 第六章 结论
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果