界面氧化铝层在p型隧穿氧化硅钝化接触技术的应用研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:skdjflskdj
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多晶硅钝化接触(也称为隧穿氧化硅钝化接触,英文简称为TOPCon)是一种能够有效提升晶硅太阳能电池性能的重要技术。它是由一层超薄的氧化硅和高掺杂的多晶硅组成的结构,可以实现优异的表面钝化效果和载流子选择性收集,由于其较好的钝化水平,在实验室中小面积太阳能电池的效率已经达26.1%。多晶硅钝化接触有望在大规模生产高效的太阳能电池效率中发挥着越来越重要的作用。目前大多数的研究工作都在n型TOPCon(n-TOPCon)电池中,它是以重掺磷(P-doped)的多晶硅和超薄的氧化硅组成的,以实现较好的钝化效果。然而产业界p型TOPCon(p-TOPCon)钝化水平的提升也有着迫切的需求,主要体现在p型c-Si为衬底的p-TOPCon可用于钝化发射极背接触太阳能电池方面,同时在双面TOPCon太阳能电池中,我们在n-Si的衬底上用p-TOPCon结构代替扩硼的发射极,可以同时使得工艺复杂程度和生产TOPCon的成本大大降低。在TOPCon电池的制造中,为了进一步提升场效应钝化和载流子选择性,有人提出用原子层沉积(ALD)法制备的AlOx代替超薄的SiOx,并期望通过AlOx层所带固定负电荷的优势,提供额外的场效应钝化效果,以进一步改善p-TOPCon结构的钝化质量。本文主要针对AlOx及p+-poly-Si/SiOx界面钝化水平这一影响p-TOPCon钝化质量的主要影响因素展开了研究,系统的比较了不同的隧穿氧化层(AlOx、SiOx、AlOx/SiOx)对p-Topcon结构钝化质量的影响,并对其中的扩散机制进行了详细地描述,其研究内容及相关结论如下:1、首先我们分析了氧化铝的退火温度和厚度对p-TOPCon结构钝化性能的影响,我们在硅片上双面制备了不同厚度氧化铝的AlOx/poly-Si的钝化结构,在不同的退火温度下进行晶化退火。我们发现氧化铝厚度为5个沉积循环周期(cycle)时,退火温度在900℃时,AlOx/poly-Si钝化结构的钝化水平达到最优状态,其i Voc为690-700m V。其次,我们制备了三种不同的隧穿氧化层(AlOx、SiOx、AlOx/SiOx),系统的比较了不同的隧穿氧化层对p-Topcon结构钝化性能的影响。研究发现,在p-TOPCon结构中,SiOx仍然表现出比AlOx和AlOx/SiOx更好的钝化质量,预期固定电荷对钝化质量的影响似乎被一些其他机制所覆盖。2、从钝化水平来看,加入AlOx后整体的钝化水平没有得到改善反而下降了,为了进一步寻找其中可能存在的机制,我们探究加入AlOx后掺杂原子扩散行为的变化来对钝化质量的降低进行进一步的解释,主要包括了三种不同的表征方法进行分析:ECV、SIMS和CV法,其中ECV和SIMS针对载流子扩散行为进行分析,CV法分析了AlOx层所带的固定电荷密度,进而解释了载流子异常的扩散的行为。3、为了能将AlOx的p-TOPCon应用于双面TOPCon太阳电池当中,除了研究了不同隧穿氧化层的p-TOPCon钝化质量外,我们对具有不同隧穿氧化层(AlOx、SiOx、AlOx/SiOx)的p-TOPCon样品进行了接触电阻率的测试。通过TLM法测试发现,AlOx和SiOx制备的掺硼多晶硅导电性能都很好。通过CS法测试发现AlOx对于电流的导通能力都在TOPCon电池制备所允许的范围内。4、基于对钝化水平和接触电阻的研究,我们在40mm×40mm的n型衬底上制备了不同隧穿氧化层的双面TOPCon太阳电池,透明导电氧化物层(Transparent Conductive Oxide,TCO)采用的是氧化铟锡,目前制备的以AlOx、SiOx、AlOx/SiOx作隧穿氧化层的双面TOPCon太阳电池效率分别为:19.4%、18.57%、19.0%围绕着钝化性能、载流子扩散特性以及接触性能等问题,本文对AlOx作隧穿氧化层制备的p-TOPCon双面钝化结构进行了详细的研究,并将这种钝化结构应用于双面TOPCon电池上,并对其电池性能进行分析。
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