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目前,硅片制造技术的发展使其厚度已经做到200μm以下,制备出来的常规电池如单晶硅效率已达到18.5%以上,多晶硅效率也已达到17%,然而这种常规电池存在表面复合速率高、红外吸收差的特点,即使传统的Al-BSF技术也无法解决这一问题;使用高效电池技术能把电池效率做到大于20%,但是效率的改善总是以牺牲成本为代价,如SE电池的掩膜成本、PERL电池的背面反射膜成本。所有这些都催生了低成本、高质量的钝化膜或掩膜技术的产生。
本文采用电化学法制备氧化薄膜,从钝化、减反、背面反射三个角度来考核该薄膜的质量,通过分析该薄膜的SEM图、FTIR光谱、少子寿命、电荷含量、反射率、厚度等参数来研究硅片掺杂特性、时间、电压电流大小、溶液性质、溶液浓度、添加剂成分、退火工艺等参数对于薄膜质量的影响。通过一系列薄膜生长过程、形貌和钝化结果的研究,总结了可能的生长机制和退火机理,对氧化膜有了更深入的认识。本论文的主要内容分为以下部分:
1、湿法制备氧化硅的技术研究和机理分析
采用硝酸湿法氧化制备薄膜,研究了其退火后的钝化效果。通过研究氧化硅和氮化硅双层膜的特性,说明该方法制备的薄膜用于光伏电池的钝化存在一定的局限性。
2、电化学制备氧化硅的技术研究和机理分析
分析了硅片掺杂特性、氧化时间、电压电流大小、溶液性质、溶液浓度、添加剂成分、退火工艺对于氧化硅薄膜钝化,减反,背面反射特性的影响。研究发现,在一定的参数条件下,钝化、减反或背反特性需要一定的工艺优化才能达到相互匹配。这主要可能是阳极氧化过程中电压电流大小对于硅片的氧化薄膜形成机制的不同所决定的。从一定意义上说,阳极氧化的生长过程是一个破坏性过程,退火过程则是一个修复性过程,需要合适的退火工艺才能取得一定的钝化,减反或背反效果。电压电流大小、溶液性质、溶液浓度、添加剂成分、时间等对于不同的掺杂硅片影响很大,需要针对硅片选择合适的工艺曲线来获得薄膜的最佳性能。同时,由于制备的薄膜可以达到μm以上,因而可以用作SE电池的掩膜研制。
3、电化学制备掺杂氧化硅的技术研究和机理分析
研究了掺铝P+硅片的钝化受电压电流大小和退火工艺的影响。该薄膜采用低温退火工艺即可达到很佳的钝化背反质量,这可能归结于Al氧化退火后生成的Al2O3富含负电荷带来的场钝化效应。但是由于掺铝过程实际是个高温过程,P+层存在若干非活性Al点,我们并未得到很低减反效果的薄膜,对于工业应用,则需要研究其他经济的掺杂方式。
最后指出了电化学制备过程中存在的若干问题和解决办法,这些方法都得到相应的实验映证。