【干貨】不同條件下消除黑硅表面缺陷的差異分析

為了增加太陽能電池對入射光的吸收，采用等離子體浸沒離子注入的方法使用SF6和O2已經(jīng)成功生產(chǎn)出多晶黑硅。本實驗研究對比了幾個不同條件下消除黑硅缺陷的差異。消除黑硅表面缺陷可以減少表面積和刻蝕損傷降低表面復(fù)合。利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、分光光度計和量子效應(yīng)測試儀分別對黑硅的表面結(jié)構(gòu)、反射率和內(nèi)量子效率進行了研究。研究結(jié)果表明，黑硅表面小山峰的數(shù)量和高度隨著刻蝕時間的增加而降低；黑硅表面反射率隨著小山峰的數(shù)量和高度的增加而降低。消除缺陷后的電池內(nèi)量子效率（IQE）和電性能比未消除缺陷的電池有很大提升。效率最高的黑硅電池效率、開路電壓、短路電流密度分別是17.46%、623mV、35.99mA/cm2，比傳統(tǒng)的酸制絨多晶硅太陽能電池的效率高0.72%。

　　引言

　　降低硅片表面反射率增加光吸收是多晶硅太陽能電池提高轉(zhuǎn)化效率的一個重要方向。沉積減反射層（如SiNx）是一種可以有效減反射的方法，但表面制絨是一種更穩(wěn)定和有效的減反射方法。在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中，單晶硅利用各向異性腐蝕在堿液中制絨，硅片表面形成金字塔狀結(jié)構(gòu)可以有效地降低硅片表面的光反射率。但是多晶硅晶向不規(guī)則，各向同性，不能在堿液中制絨，而是在酸溶液中制絨。制絨后的單晶硅反射率在11%左右，但多晶硅酸制絨后反射率在25%左右，反射光損失仍然很大。

　　為了進一步降低硅片表面的反射率尤其是多晶硅片，人們嘗試了很多種制絨方法，在硅片表面制備納米結(jié)構(gòu)，硅片看上去是黑色的，這就是黑硅。Kontermann等人使用飛秒激光脈沖工藝制備出單晶黑硅太陽能電池。Dimitrov和Du采用化學(xué)方法在酸性Na2S2O8和AgNO3混合溶液中制作出隨機的納米級金字塔，轉(zhuǎn)化效率高達17.5%。采用反應(yīng)離子刻蝕和等離子體浸沒離子注入方法也可以制作黑硅。Kumaravelu等人發(fā)現(xiàn)離子刻蝕會在納米結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生缺陷且納米結(jié)構(gòu)會增加硅片的表面積，這些都會降低硅片表面少子壽命。所以需要消除黑硅表面的缺陷來優(yōu)化電池的電性能。Lee等人采用反應(yīng)離子刻蝕的方法制作出的黑硅太陽能電池，消除缺陷后電池效率高達16.32%，比傳統(tǒng)酸制絨電池效率高0.7%?？梢娙毕菹に嚳梢源蠓忍嵘诠杼柲茈姵氐碾娦阅堋?/p>

　　本文中，為了研究缺陷消除工藝對黑硅太陽能電池電性能的影響，我們采用等離子體浸沒離子注入方法制作了黑硅太陽能電池并做了幾個不同缺陷消除工藝條件的實驗對比。

　　2實驗設(shè)計

　　本次試驗使用的多晶硅片是156mm*156mm，P型摻雜，厚度為200±20μm。圖1為多晶黑硅太陽能電池的生產(chǎn)流程。首先在80℃濃度10%的NaOH溶液中去除硅片表面機械損傷。隨后采用等離子浸沒離子注入的方法制絨。制絨時通入真空反應(yīng)倉內(nèi)的SF6/O2的流量比為3:1，使用的射頻頻率和功率分別是13.56MHz和900W，無直流偏壓，刻蝕時間為4分鐘。然后在23℃條件下使用不同的工藝條件（如表1）消除黑硅缺陷。所有的太陽能電池在825℃條件下，使用POCl3擴散。然后利用CF4和O2等離子體刻蝕硅片邊緣40分鐘。在體積分數(shù)10%的HF溶液中去除磷硅玻璃。采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積法(PECVD)沉積厚度為80nm的SiNx。最后絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)制作成電池。

　　采用掃描電鏡（SEM）研究黑硅的微觀形貌，采用帶有積分球探測器的紫外可見近紅外（UV-VIS-NIR）分光光度計測試黑硅表面的反射率，采用SolarCellScan100量子效應(yīng)測試系統(tǒng)測試太陽能電池的IQE。

　　圖1.多晶黑硅太陽能電池的生產(chǎn)流程

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