高效硅太阳能电池制造通过离子注入和内联背后舍入的过程

文摘

我们引入一个新的,高通量处理方法产生高效太阳能电池通过背后舍入过程和离子注入。离子注入加上背后舍入过程调查。离子注入过程代替热POCl₃扩散性能更好一致性(< 3%)。u - 4100分光光度计显示晶片背面舍入过程执行更高的长波长的反射率。工业丝网印刷(SP) Al-BSF团体在不同的腐蚀深度进行了分析。sem表明,增加腐蚀深度提高背表面场(BSF)。的- - - - - -测量显示,蚀刻深度的6μm±0.1μ由于拥有最高的m和,它有最佳的性能。扫描电镜还表明,高腐蚀深度也产生统一半岛融化和更好的生物沙子饮用水过滤系统。这是同意以长波长的响应数据。

1。介绍

全球气候日益变暖的问题,以及资源的枯竭,可再生能源已经成为非常重要的。面对环保意识,许多政府已经引入了环境立法和实施可再生能源计划。太阳能,可再生能源的一种,每年至少增长20%在过去的十年里由于政府给予的优惠政策。然而,太阳能电力的最终目的是实现电网平价。为了实现电网平价,降低生产成本和提高效率是非常重要的方法。减少硅体厚度是降低生产成本的一个解决方案。它将增加晶片每锭或砖的数量和减少价格每瓦。然而,它可能会导致晶片处理问题。更高的晶片破损率在细胞和模块处理是一种交换。很明显的提高太阳能电池效率在未来是非常重要的。

有很多流程提高太阳能电池效率的方法,如金属包装通过(MWT)太阳能电池1,2通过(易)细胞[],发射器包装3,4),互相交叉背后联系(IBC)细胞5,6)、激光发射接触细胞(7,8),离子注入细胞(9,10),等等。通过这些方法,离子注入是一种有吸引力的过程和大规模生产。本文全面发射器由离子注入处理结合背后舍入过程可以实现高效> 19%。

2。实验

6英寸(156毫米×156毫米,伪方形)单一水晶Czochralski硅片(CZ-Si)(中美硅公司(SAS))电阻率为0.5 3 ohm-cm和厚度为180 - 200μm作为底物在这个研究。图1离子注入过程的显示了一个比较有和没有背后舍入。这里,对照组是发生了离子注入样品没有背后的舍入的过程。实验组样本,与背后经历了离子注入舍入的过程。首先,为了减少表面应力引起的线锯,锯损害清除步骤是必要的。晶片被批浸入聚四氟乙烯坦克充满高KOH浓度(5.04 wt %)没有异丙醇溶液混合看到伤害删除过程一步。然后,与体积比的KOH各向异性腐蚀:异丙醇:H₂O = 1: 1.6: 34了金字塔表面吸收入射光,增加硅散装的光路。

实验组的下一步是背后舍入。内联背后舍入处理系统与辊式运输、InOxSide工具(Rena GmbH),用于削减表面金字塔。有3化学浴和冲洗浴室系统中。图2显示该内联机器的化学过程步骤。第一浴后表面蚀刻槽的体积比H₂O:高频:HNO₃:H₂所以₄= 19:2:11:8。浴,有四个各向同性硅蚀刻、化学反应步骤和凹金字塔进行舍入的背面。步骤:(i)₂形成;(2)氧化硅的没有₂;(3)SiO的形成₂;SiO (iv)蚀刻₂。公式显示如下(11]: H₂所以₄用于增加化学密度,不与其他化学反应。

有四个不同的蚀刻深度ED0, ED3 ED6, ED9在这项研究。ED0意味着一个蚀刻深度为0μm。ED3、ED6 ED9意味着蚀刻深度的3μm±0.1μ米,6μm±0.1μm, 9μm±0.1μm,分别。为了实现这些蚀刻深度、过程温度是10°C, ED3 15°C和20°C, ED6和ED9分别。过程辊速度维持在1.2 m / min和化学浓度保持不变。蚀刻过程步骤,形成的多孔硅晶片的副产品。这种多孔硅复合中心,将载体寿命降低。因此,碱性浴需要干净的多孔硅。5% KOH是用来清洁多孔硅。最后,在第三酸性浴,5%高频用于清洁本机氧化。

内联,高通量(> 1000 pc / hr)机(瓦里安半导体设备协会(VSEA))被用来进行离子注入。晶片被转移到一个真空室通过皮带传动系统,然后晶片表面离子掺杂剂的狂轰滥炸,后来渗透到晶片。在这项研究中,PH值₃天然气作为一种P⁺离子源,低梁10 keV能量和剂量的3.0 e15 P⁺/厘米²被选为植入到表面上。然而,晶体损伤发生在离子轰击过程。幸运的是,高温退火工艺步骤可以纠正这一点伤害。退火过程中的一步,晶片垂直放入石英船,船被搬进了一个石英管。然后,氧化干燥(O₂)传递到管激活掺杂剂。与此同时,一个薄的硅晶片表面的氧化层形成。反应如下所示:

从POCl掺杂剂浓度剖面会有所不同₃在高温退火过程步骤(12- - - - - -15]。

退火后一步,SiNx沉积在硅表面的PECVD。"在这项研究中,晶片被自动放置进一批机器(Centrotherm GmbH)和沉积类型进行了直接由PECVD。"SiNx层函数作为anti-reflection涂层(弧),从而增加吸收的光线也硅和硅表面钝化。由于现有薄氧化硅晶圆表面在退火过程中一步离子植入过程流,植入过程的氮化硅厚度更薄比传统POCl₃的过程。

电弧沉积后,金属接触是由Baccini带式丝网印刷系统和派遣共燃系统。丝网印刷过程中的一步,银(Ag)粘贴(艾罗9411)是印刷在正面三行汇流和78的手指。背面银(Ag)粘贴(杜邦pv - 157)和背面铝(Al)粘贴(单晶1203)。

单脉冲太阳能模拟器伯杰Lichttechnik用于测量的基本参数和- - - - - -曲线的细胞在标准测试条件下(STC): 1000 W / m²的辐照度,太阳光谱是1.5,温度25°C。电特性包括,、FF Pmax和电池效率都得到的- - - - - -治疗。并联电阻是由线性斜率的反向暗电流在每个细胞。串联电阻的计算两个- - - - - -曲线测量在1000 W / 500 m², W / m²,分别根据IEC 891。

3所示。结果与讨论

400件是变形同时确定过程质量。变形后,我们随机分离这些晶片分成4组100件。然后,我们选择了3组,表现背后的舍入的腐蚀。剩下的组是对照组,没有背面圆形的。我们使用了一个InOxSide机(Rena GmbH)执行背后舍入的过程。在此过程中,晶圆有8跟踪输入,滚动速度保持在1.2米/分钟高吞吐量(> 2500 pc /人力资源)。在这里,我们使用一个地产- 6510扫描电镜(JEOL有限公司)分析金字塔拓扑。数据3(一个)和3 (b)显示1400 x 3000 x sem金字塔的拓扑结构没有背后的舍入。数据显示,金字塔完全明显的晶片表面。数据3 (c)和3 (d)显示1400 x 3000 x sem金字塔的拓扑蚀刻完成3μm±0.1μm蚀刻深度的舍入的过程。腐蚀的化学物质已经开始各向同性的小金字塔周围大金字塔。数据3 (e)和3 (f)显示1400 x 3000 x sem金字塔的拓扑为蚀刻执行6μm±0.1μm蚀刻深度的舍入的过程。已经开始腐蚀的化学物质的大金字塔和碗形状腐蚀明显周围的金字塔的顶端。数据3 (g)和3 (h)显示1400 x 3000 x sem金字塔的拓扑蚀刻完成9μm±0.1μm蚀刻深度的舍入的过程。的金字塔已经严重碗形状由各向同性化学蚀刻蚀刻。

背后的舍入蚀刻后,u - 4100 UV-vis-NIR分光光度计(日立)被用来测量反射率。u - 4100有两个光源,可以测量反射率从240纳米到2600纳米波长和积分球,可以测量散射卷曲变形晶片。我们从每一组随机挑选了4块晶片。下午5点,每一个测量值是平均。图4显示了一个比较四种不同反射率的背后四舍五入后腐蚀深度。

图所示,没有明显的区别在短期和中期的波长范围。然而,在长波长(> 1100海里),样本之间的差异变得明显。随着蚀刻深度的增加,反射率也在不断增加。加权反射%计算,识别性能(16]: 在哪里是光子通量,是细胞内部量子效率(17,18]。表1显示了一个比较%的四个不同的蚀刻深度。的ED9的百分比是14.95%,高于其他样本。低价值是由于不良反应在长波长。

背后的舍入后,离子注入。四组晶片的自动转移到室和P⁺离子源是植入到晶片表面上。为了激活在晶片表面掺杂剂,高温(800°C)退火。四点探针(Quatek有限公司)被用来测量表面电阻()。表2显示了退火后结果为不同的蚀刻深度。的值的四组平均65欧姆/平方和良好的均匀性(< 3%)。一层薄薄的SiO₂层在晶片表面形成退火后,和一个椭圆计(SEMILAB半导体)与单波长HeNe激光操作在波长为632.8 nm是用来测量SiO的厚度₂。四块晶片从每组随机选出,SiO的厚度₂测量。每个晶片以9分,结果取平均值。表3显示了SiO的比较₂厚度和千篇一律的四个不同的蚀刻深度。结果表明,SiO的厚度₂大约是16.5海里,也有很好的均匀性(< 1%)。的和厚度的SiO₂不相关的腐蚀深度。

在退火过程中,anti-reflection涂料,SiNx层,沉积在SiO之上₂为了减少反射从前面细胞的表面。图5展示了四个不同的蚀刻深度的反射率。这个概要文件显示,ED9最高长波长的反射率。比较结果背后的舍入后,每组降低更长的波长之间的区别。表4显示的值%后弧沉积,ED9最高%的4.67%。

最后,晶片是丝网印刷和微量。在这项研究中,四种不同的蚀刻深度之间的关系和背表面场(BSF)进行调查。图6显示了扫描电镜生物沙子饮用水过滤系统拓扑的横向比较,进行了四个不同的蚀刻深度。晶片没有背后舍入图所示6(一)。在这个图中,断开的生物沙子饮用水过滤系统层和可怜的铝硅合金层的均匀性是显而易见的。图6 (b)显示ED3的横截面扫描电镜,净水器连接比ED0,但铝硅合金层的均匀性仍然是更糟。数据6 (c)和6 (d)的横截面扫描电镜ED6 ED9。数据显示,净水器的一致性和铝硅比ED0 ED3。这将导致ED6值和ED9比ED0 ED3。

图7显示和对四个不同的蚀刻深度。图中显示,和随着增加而增加腐蚀深度。更高的和是由于更高的载体寿命背后四舍五入后的过程。这个结果在图符合生物沙子饮用水过滤系统的性能6。更好的一致性BSF和铝硅合金将减少悬空债券和表面缺陷态密度,导致背部表面复合速度(19]。的ED9低于ED6。这是由于ED9的反射率高于ED6。图8显示了和FF的四个不同的蚀刻深度和他们是独立的。图9展示了四个不同的蚀刻深度的效率。获得最佳性能ED6条件。所有的电气特性如表所示5。结果表明,最佳的平均效率是19.07%。更高的效率将更高和,这是由于更好的生物沙子饮用水过滤系统性能。

QEX10系统(PV测量Inc .)是用来测量量子效率。QEX10系统使用氙弧灯源,单色器、过滤器和反射光学为设备提供稳定的单色光测试。宽带光偏见也照亮了测试装置来模拟最终使用条件。图10显示了内部量子效率(以)四种不同的蚀刻深度的反应。在中期和长波长区域,以响应ED6和ED9高于ED0 ED3。以数据同意BSF性能和测量,显示一个更好的以响应可以得到更高的制造蚀刻深度。

4所示。结论

在这项研究中,一种新型的离子注入过程排放形成和背后舍入为高效太阳能电池进行了研究。这一创新过程提高了太阳能电池效率19.07% CZ级晶片。圆是由高通量(> 2500 pc / hr)工具InOxSide (Rena GmbH)。sem表明,腐蚀深度超过6μm,金字塔开始化学蚀刻,假设一个碗状外观。反射率概要文件证明腐蚀深度越高,将长波长的反射率越高。丝网印刷和烧结过程后,扫描电镜显示,蚀刻深度的6μm±0.1μm和9μm±0.1μ米有更好的生物沙子饮用水过滤系统和铝硅合金层千篇一律。内部量子效率(以)反应也表明,更高的长波长的蚀刻深度有更好的反应。最后,我- - - - - -V测试人员提出,和蚀刻深度的6μm±0.1μm是最好的。这是由于更高的载波一生导致更好的长波长响应。

确认

这项工作是由美国国家科学委员会号合同下。NSC - 006 - 168 100 - 2221 e。这项工作的部分也支持由中心的前沿材料和微/纳米科技、台湾国立成功大学。这项工作的部分也支持由先进的光电技术中心,国立成功大学,在教育部的项目。

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