不同方阻對(duì)高電阻率太陽(yáng)能電池片電性能的影響

摘要：主要研究了不同方阻對(duì)高電阻率太陽(yáng)能電池片電性能的影響，高電阻率電池片其短路電流（Isc）、開(kāi)路電壓（Uoc）會(huì)隨著擴(kuò)散方阻的增大呈線性增長(zhǎng)，填充因子（FF） 會(huì)隨著擴(kuò)散方阻的增大呈線性減少，而光電轉(zhuǎn)換效率（Eta）會(huì)隨著擴(kuò)散方阻的增大先平緩增長(zhǎng)至峰值后迅速下降。 　　0 引言 　　太陽(yáng)能電池是一個(gè)巨大的半導(dǎo)體二極管，以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。目前，光伏行業(yè)中硅太陽(yáng)能電池還是占主導(dǎo)位置。 　　太陽(yáng)能電池普遍使用硅晶體做基體，通常是將圓柱形的單晶硅棒切割成片，所以硅片的質(zhì)量在很大程度上決定了太陽(yáng)能電池的性能。 　　人們從石英砂中用碳還原的方法制得工業(yè)硅，但此時(shí)的工業(yè)硅純度不是很高，其中還含有鐵、鋁、鈣、鎂等很多金屬雜質(zhì)；然后，再提純?nèi)コ@些金屬雜質(zhì)，還原沉積出來(lái)高純的多晶硅；而多晶硅的純度并沒(méi)有達(dá)到太陽(yáng)能電池所要求的硅片的純度，所以還需進(jìn)一步提純制得單晶硅。 　　目前大多使用直拉法制造的單晶硅，在石英坩堝中將多晶硅加熱熔化，加入摻雜劑，用一小塊籽晶從熔融硅拉出圓柱形的單晶硅。由于摻雜的濃度不同，單晶硅的電阻率也會(huì)不同。硅片的電阻率的范圍相當(dāng)寬泛，可針對(duì)于太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，電阻率較低的硅片能得到較高的開(kāi)路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率，高電阻率硅片制成的太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓較低，進(jìn)而導(dǎo)致填充因子下降，所以轉(zhuǎn)換效率很低[1、2]。 　　近幾年，我國(guó)的硅片生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)有了相當(dāng)大的進(jìn)步，但是還是不能精確地控制硅片的電阻率值，只能將硅片的電阻率控制在一定范圍內(nèi)，所以對(duì)于部分高電阻率的硅片，需要人們更加了解它們的性能進(jìn)而提高其光電轉(zhuǎn)換效率[3-5]。 　　1 實(shí)驗(yàn) 　　本文選取電阻率在3.5-4.5Ω·cm范圍內(nèi)的高電阻率的單晶硅片210片，規(guī)格為156mm×156mm，厚度為200μm。首先在210片硅片表面利用堿腐蝕制備絨面結(jié)構(gòu)，即在硅表面利用硅的各向異性腐蝕制得千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)小金字塔，形成陷光，增加光的吸收，提高電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率。清洗后進(jìn)行制p-n結(jié)，也就是在硅片表面摻雜與硅片基體雜質(zhì)導(dǎo)電類(lèi)型不同的雜質(zhì)層。目前，硅太陽(yáng)能電池常用的方法在高溫下在P型硅中摻雜Ⅴ族雜質(zhì)或在n型硅中摻雜Ⅲ族 　　雜質(zhì)，由于高溫作用雜質(zhì)元素通過(guò)熱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)入基體，而雜質(zhì)的濃度和p-n結(jié)的深度因雜質(zhì)的元素種類(lèi)、初始濃度和擴(kuò)散溫度而異。這種擴(kuò)散的分布方式對(duì)電池的電性能影響很大，因工藝不同，擴(kuò)散分布方式也不同。而在擴(kuò)散環(huán)節(jié)，將210片硅片分成7組，這7組分別進(jìn)行擴(kuò)散，最后這7組制得的方阻分別為70Ω、75Ω、80Ω、85Ω、90Ω、100Ω、105Ω。然后分別除去背結(jié)，再通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制減反射膜。最后用絲網(wǎng)印刷的方法印刷電極并燒結(jié)成片。 　　取這7組不同方阻的電池片進(jìn)行電性能檢測(cè)，并分別收集電性能數(shù)據(jù)。 　　2 液態(tài)源擴(kuò)散原理 　　現(xiàn)在，在太陽(yáng)能電池中普遍使用的擴(kuò)散工藝是三氯氧磷液態(tài)源擴(kuò)散，液態(tài)磷源擴(kuò)散有空位擴(kuò)散、替位填隙兩種機(jī)制。三氯氧磷是無(wú)色透明的液體，具有強(qiáng)烈刺激性氣味，有毒性，熔點(diǎn)是2℃，沸點(diǎn)是107℃，在潮濕空氣中會(huì)發(fā)煙，極容易揮發(fā)，容易水解。所以，對(duì)于三氯氧磷的使用要特別注意源瓶的密封性[56]。 　　三氯氧磷在高溫下分解成五氯化磷和五氧化二磷，生成的五氧化二磷又進(jìn)一步與硅反應(yīng)生成二氧化硅和磷，三氯氧磷熱分解時(shí)，如果沒(méi)有外來(lái)的氧氣參與，其分解時(shí)不充分的，生成的五氯化磷不易分解，并且對(duì)硅有腐蝕作用，破壞硅片表面，但外加氧氣 的話，五氯化磷會(huì)進(jìn)一步分解生成五氧化二磷和氯氣，生成的五氧化二磷又進(jìn)一步與硅反應(yīng)生成二氧化硅和磷，所以在磷擴(kuò)散時(shí)，為了促進(jìn)三氯氧磷充分分解而避免五氯化磷對(duì)硅片表面的腐蝕，必須在通氮?dú)獾耐瑫r(shí)通氧氣，有充足的氧氣時(shí)，三氯氧磷熱分解生成五氧化二磷和氯氣，三氯氧磷分解產(chǎn)生的五氧化二磷沉積在硅片表面，五氧化二磷與硅反應(yīng)成二氧化硅和磷，并在硅片表面形成一層磷硅玻璃，然后磷在向硅中擴(kuò)散[7、8]。 　　三氯氧磷液態(tài)源的擴(kuò)散裝置如圖1所示。 　　3 結(jié)果與分析 　　用來(lái)表征太陽(yáng)能電池的輸出特性的參數(shù)是短路電流Isc、開(kāi)路電壓Uoc以及填充因子FF。太陽(yáng)能電池的固有電阻率在一定程度上影響了其輸出特性。 　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于高電阻率的太陽(yáng)能電池片，其輸出特性短路電流Isc和開(kāi)路電壓Uoc會(huì)隨著方阻的增長(zhǎng)呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，如圖2、3所示；填充因子FF會(huì)隨著方阻的增加呈緩慢下降 　　趨勢(shì)，如圖4所示；而轉(zhuǎn)換效率Eta隨著方阻的增加，開(kāi)始是平緩增長(zhǎng)，直至達(dá)到峰值后迅速降低，如圖5所示。（本文作者：晶澳太陽(yáng)能有限公司，王惠）