原子層沉積Al_2O_3鈍化太陽能晶體硅表面的研究

【摘要】：能源是社會發(fā)展的動力，然而化石能源被過度的開采和使用導(dǎo)致了全球氣候性問題，人類不得不尋求新的可再生能源來替代當(dāng)前使用的化石能源。太陽能作為未來人類最主要的清潔能源，其效率是科研工作者們追求的終極目標(biāo)。近年來，光伏市場對于高效電池的需求與日俱增，人們通過研究開發(fā)新材料和新工藝來提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 太陽能電池薄片化發(fā)展必然需要優(yōu)異的表面鈍化，以降低少數(shù)載流子的表面復(fù)合速率（SRV），提高太陽能電池的短路電流和開路電壓，進(jìn)而使光電轉(zhuǎn)換效率提高。原子層沉積技術(shù)（Atomic Layer Deposition，ALD）是一項薄膜沉積的新工藝，用它來沉積的氧化鋁鈍化材料在太陽能電池中得到了應(yīng)用，并在實驗室得到了較高的轉(zhuǎn)化效率。然而對于其鈍化機(jī)理和處理工藝有待進(jìn)一步研究和優(yōu)化，本論文以制造高效太陽能電池為目標(biāo)，探究了原子層沉積氧化鋁的鈍化及減反射行為，具體研究內(nèi)容如下： （1）ALD沉積氧化鋁對晶體硅表面鈍化。以原子層沉積技術(shù)為制備方式，分別在n型和p型直拉（CZ）單晶硅表面制備不同厚度的氧化鋁薄膜，并對薄膜進(jìn)行熱處理，并優(yōu)化了工藝條件。分析氧化鋁薄膜的鈍化機(jī)理，得出了成膜厚度、退火溫度和退火時間對其鈍化性能的影響。此外，本論文還將熱處理前后的樣品進(jìn)行了X射線電子能譜分析，證明了ALD制備的Al_2O_3薄膜中存在一定量的Al-OH鍵，經(jīng)退火后Al-OH鍵轉(zhuǎn)變成Al-O鍵并釋放出H原子，可以鈍化Si表面懸掛鍵。根據(jù)XPS峰強(qiáng)度計算,退火前后薄膜中O和Al元素的相對比例分別為1.68和1.53，即退火后的O/Al含量更接近Al_2O_3的化學(xué)計量比，同樣證明了退火前Al-OH的存在。 （2）原子層沉積Al_2O_3對晶體硅的鈍化減反射雙重作用。用原子層沉積的方法在經(jīng)織構(gòu)化處理的單晶硅表面沉積不同厚度的氧化鋁薄膜，以未處理的單晶硅片和標(biāo)準(zhǔn)的SiNx減反射膜為對比，測出它們的反射率曲線。結(jié)果表明，30nm和70nm的Al_2O_3薄膜可以使織構(gòu)化硅片表面的平均反射率從14.2%分別降低到10.6%和4.2%，降幅達(dá)25%和70%，減反射作用明顯。而沉積100nm Al_2O_3薄膜則將織構(gòu)化硅片表面的平均反射率從14.2%降低到2.8%，降幅高達(dá)80%；而標(biāo)準(zhǔn)的SiNx減反射膜的平均反射率為2.9%，100nmAl_2O_3薄膜的減反射效果（2.8%）可以與標(biāo)準(zhǔn)的SiNx膜相媲美。因此，Al_2O_3薄膜不僅可以作為晶硅太陽能電池表面的鈍化膜使用，還可以作為其陷光效果極佳的減反射膜，具備鈍化減反的雙重功能。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池 晶體硅表面鈍化 原子層沉積 Al_2O_3薄膜 減反射
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 研究背景11-13
• 1.1.1 光伏發(fā)電及應(yīng)用11-13
• 1.1.2 太陽能電池的發(fā)展歷史13
• 1.2 光伏市場發(fā)展13-16
• 1.2.1 光伏市場的發(fā)展歷程13-15
• 1.2.2 光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢15-16
• 1.3 光伏制造技術(shù)進(jìn)展16-19
• 1.3.1 金剛石線切割技術(shù)17-18
• 1.3.2 流化床法多晶硅制備技術(shù)18
• 1.3.3 低成本金屬漿料與金屬化技術(shù)18-19
• 1.4 高效電池技術(shù)進(jìn)展19-23
• 1.4.1 LFC-PERC 電池19-20
• 1.4.2 全背接觸電池20-21
• 1.4.3 納米硅墨水電池21-22
• 1.4.4 正面結(jié) N 型電池22-23
• 第2章 晶硅太陽能電池原理及生產(chǎn)工藝23-35
• 2.1 晶體硅太陽能電池原理23-25
• 2.1.1 太陽能電池的結(jié)構(gòu)23
• 2.1.2 太陽能電池原理23-25
• 2.2 晶體硅太陽能電池生產(chǎn)工藝25-35
• 2.2.1 硅片檢測25-26
• 2.2.2 清洗制絨26-28
• 2.2.3 擴(kuò)散制結(jié)28-29
• 2.2.4 刻蝕29-30
• 2.2.5 去 PSG30-31
• 2.2.6 PECVD 鍍減反射膜31-32
• 2.2.7 絲網(wǎng)印刷電極32-33
• 2.2.8 快速燒結(jié)33
• 2.2.9 測試分選33-35
• 第3章 晶硅太陽能電池表面復(fù)合及鈍化35-45
• 3.1 晶體硅太陽能電池薄片化35-36
• 3.2 少數(shù)載流子的復(fù)合行為36-40
• 3.2.1 少數(shù)載流子的產(chǎn)生36-37
• 3.2.2 少數(shù)載流子的復(fù)合37-40
• 3.3 晶體硅太陽能電池表面鈍化40-43
• 3.3.0 化學(xué)溶液法40
• 3.3.1 Al 擴(kuò)散背表面場 BSF40-41
• 3.3.2 熱氧化法生長 SiO2膜41-42
• 3.3.3 PECVD 法制備 SiNx42
• 3.3.4 本征氫化非晶硅(a-Si:H)薄膜42-43
• 3.3.5 鈍化機(jī)理總結(jié)43
• 3.4 研究方向43-45
• 第4章 原子層沉積 Al_2O_3鈍化晶體硅工藝研究45-60
• 4.1 Al_2O_3鈍化技術(shù)45-47
• 4.1.1 Al_2O_3材料特性45
• 4.1.2 Al_2O_3材料的應(yīng)用45-46
• 4.1.3 Al_2O_3薄膜的制備46-47
• 4.2 原子層沉積技術(shù)簡介47-49
• 4.2.1 基本原理47-48
• 4.2.2 設(shè)備改進(jìn)48-49
• 4.3 實驗49-51
• 4.3.1 試驗樣品49
• 4.3.2 實驗原理及步驟49-51
• 4.4 樣品測試51-52
• 4.4.1 少子壽命51
• 4.4.2 X 射線電子能譜分析51-52
• 4.5 ALD 氧化鋁鈍化 n 型晶體硅表面52-55
• 4.5.1 工藝方案52
• 4.5.2 Al_2O_3膜厚影響分析52-53
• 4.5.3 退火溫度對鈍化的影響53-55
• 4.6.4 退火時間對鈍化的影響55
• 4.6 ALD 氧化鋁鈍化 p 型晶體硅表面55-58
• 4.6.1 工藝方案55-56
• 4.6.2 退火溫度優(yōu)化56-57
• 4.6.3 結(jié)果分析討論57-58
• 4.7 X 射線電子能譜分析58-59
• 4.8 本章小結(jié)59-60
• 第5章 ALD 沉積 Al_2O_3鈍化減反雙重作用60-64
• 5.1 實驗60-61
• 5.1.1 樣品表面處理60-61
• 5.2 反射率測試61
• 5.3 結(jié)果分析與討論61-62
• 5.4 本章小結(jié)62-64
• 結(jié)論與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-73
• 致謝73-74
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄74

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