摘要：  晶硅太阳电池一直占据光伏市场的最大份额。近年来高效单晶硅电池获得的巨大成就， 使晶硅电池在未来发展中的地位和前景更为乐观。澳大利亚新南威尔士大学光伏器件及研究中心是这一研究领域中最突出的代表， 他们研制的电池， 效率高达24%。美国、德国、日本等国高效电池的效率也都超过20%。这些研究成就的意义不仅为降低晶体电池成本提供了更大可能， 同时对开发高效薄膜多晶电池， 从而大幅度降低太阳电池成本具有重要意义。

关键字：  太阳电池效率，  半导体，  

影响太阳电池效率的因素有两类: 一类是光学损失， 包括电池前表面反射损失、接触栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失， 其中反射和阴影损失是可以通过特定技术措施减小的，而长波非吸收损失与半导体性质有关; 另一类是电学损失， 它包括半导体表面及体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻和半导体/金属界面电阻损失。相对而言， 欧姆损失在技术上较易降低， 其中最关键、难度最大的是降低光生载流子的复合， 它直接影响太阳电池的开路电压， 而提高电池效率的关键就是提高开路电压V oc。

我们对不同电池结构、不同电阻率的材料(CZ、FZ)、背场等进行了试验。目前制备的最好电池， 其效率达18. 63%。

一、实　验

1、硅材料

试验中采用两种Ф50 的硅片:

a. P (100) ， CZ， 0. 3-0. 4Ωcm， 双面抛光， 300±10μm

b. P (100) ， FZ， 1. 2Ωcm， 双面抛光， 300±10μm

2、电池结构

为了对比， 依次进行如图1 所示三种电池结构的试验。

在电池结构(b) 中， 增加了栅线下的重掺杂; 在电池结构(c) 中， 除栅线下重掺杂外， 还增加了表面倒金字塔减反射工艺。

3、工艺过程

结构(a) : 硅片清洗→磷扩散→热氧化→背面蒸AL →烧背场→光刻正面栅指接触条纹→蒸发Ti/Ag或Ti/Pd/Ag→光刻栅指电极

结构(b) : 在(a) 的扩散前增加氧化和光刻栅指接触区→磷扩散→去氧化膜步骤， 其它同(a);

结构(c) : 在(b) 之前增加光刻和腐蚀倒金字塔结构化表面工艺， 其它同(b)。

清洗: 采用RCA 清洗工艺。

扩散: n+ 和n++发射区扩散均用POCL 3 液态源。n+发射区经过预沉积和再分布后， 薄电阻为100-500Ω/□， n++经预沉积和再分布后， 薄电阻为10-30Ω/□。

氧化: 掩膜氧化和钝化氧化均为干氧加2Vo l %HCL ， 温度900-1100℃掩膜厚度0. 08-0. 25μm， 钝化膜(兼减反射膜厚度0. 1-0. 11μm) ， 氧化前， 石英管经HCL 在1150℃下清洗1-2h。

烧背场: 背面蒸铝1-2μm， 在900-1100℃下烧1-2h。

表面积构化: 采用光刻腐蚀工艺制备倒金字塔结构， 其表面开口为10μm ×10μm， 如图2所示。

电极: 采用热蒸发Ti/Ag或Ti/Pd/Ag， 光刻腐蚀工艺制备电极栅线， 然后采用脉冲电镀Ag使电极厚度增至6-8μm。

二、结果与讨论

试验电池的实验数据列于表1。

表1 中单项最佳参数为: 开路电压Voc = 651V ， 短路电压Jsc = 35. 9mA.cm2( Isc=143. 62mA ) ， 填充因子F·F = 81.41%。最佳电池效率为18. 63% ， 其I-V 曲线如图3所示。，

与常规电池相比， 结构(a) 加了背场， 并减少了栅线下的接触面积， 材料为0. 3-0. 4Ωcm

的CZ 硅片， 效率高于14%。结构(b) 采用了CZ 和PZ 两种材料， 电阻率分别为0. 3-0. 4Ωcm和1. 2Ωcm， 效率在16% 左右。同时可以看出， 低电阻率的CZ 材料， 开路电压较高，V oc最高可达到651mV。而电阻率稍高的FZ 材料， 短路电流较高， 达140mA 以上， 这种差别在结构(c) 中也可观察到。在结构(c) 中， 两种材料(CZ 和FZ) 的电池效率有明显差别， FZ 电池效率比CZ 电池效率提高近二个百分点。与结构(b) 相比， 填充因子明显增大。材料质量对电池的影响在结构(c) 中明显体现出来。实验中还发现， 实验室净化及HCL 清洗石英管对改善电池性能的重要影响。

三、结　论

实验表明， 发射区钝化、减小栅线与发射区接触面积、分区进行轻(n+ ) 和重(n++ ) 掺杂、表面积构化、减反射涂层等工艺对提高电池效率有利。采用低电阻率材料开路电压较高， 采用高电阻率材料短路电流较高， 为了提高效率， 选用材料时应适当折中。

目前， 我们实验制备的最好电池， 效率达18.63%。但从电池的开路电压看， 若能改进表面

钝化技术以及有关工艺， 减少光生载流子复合， 特别是背面复合， 电池效率还有可能进一步提高。