选区发射在硅基纳米线阵列太阳能电池中应用.pdfVIP

选区发射在硅基纳米线阵列太阳能电池中的应用 陈晨、贾锐*、李昊峰、金智、刘新宇 中国科学院微电子研究所，北京市朝阳区北土城西路3 号, 100029 *通讯作者：jiarui@ime.ac.cn , +86-10 摘要：摘要： 摘要摘要：： 硅的纳米结构如：纳米线阵列在晶体硅太阳能电池中的应用成为当今世界硅基太阳能电 池的研究前沿，得到了研究的广泛关注[1-3]。硅基纳米线阵列具有极低的表面反射率，能够 极大的提高传统晶体硅太阳能电池的光吸收特性，因此，纳米线阵列可取代传统电池结构中 的金字塔结构形成纳米线阵列太阳能电池。然而，在纳米线阵列太阳能电池中，纳米线阵列 与其上的金属电极的接触面积很小，通常只有纳米线顶部的区域能够与金属电极形成接触。 这使得电池的接触特性恶化，串联电阻变大。极大制约了纳米线阵列太阳能电池的效率进一 步提高。本文创新的提出了采用“二次选区发射法”在纳米线阵列的顶部形成高掺杂区，提高了 半导体一侧的掺杂浓度，实验结果表明能够有效提高纳米线太阳能电池的串联电阻，使最终 电池的转化效率提高。此外，本文还通过测试从电池内部机理角度着重讨论了选区发射法对 于提高电池光伏特性的原因，为纳米线阵列太阳能电池的转化效率提高打下了基础。 关键字：关键字：、选区发射、 纳米线阵列、硅太阳能电池。 关键字关键字：： 引言：引言： 引言引言：： 硅基纳米线阵列太阳能电池是下一代新型高效太阳能电池结构之一，成为国际光伏领域 的研究前沿。硅基纳米线阵列太阳能电池具有超低的表面反射率增加了传统晶硅电池的表面 光吸收，并且其具有一维载流子输运特性，具备了未来高效晶体硅太阳能电池的潜在特点。 目前，关于硅基纳米线阵列太阳能电池结构可根据pn 位置分为三类：硅纳米线阵列绒面晶体 硅太阳能电池，径向pn 结纳米线阵列太阳能电池，轴向pn 结纳米线阵列太阳能电池。在纳 米线阵列的制备方面，Ag 无电催化腐蚀法能够在硅衬底表面制备出表面反射率小于2% 的硅 纳米线阵列。然而，知道目前基于无电化学腐蚀法制备的纳米线阵列太阳能电池的最终转化 效率仍然不高。基于我们前面的研究认为：由于纳米线阵列电池的电极接触面积很小，导致 电极接触特性恶化是转化效率难以提高的主要原因之一。这成为了纳米线阵列太阳能电池的 研究重点之一。然而遗憾的是此类电池的电极接触特性的研究还很少，因此，本文针对此开 展了改善纳米线阵列太阳能电池的电极接触特性的研究工作。 在本文中，纳米线阵列太阳能电池的串联电阻被有效的降低，为随后进一步改善电极接 触特性提供了很好的参考。 实验：实验： 实验实验：： 图1 给出了硅纳米线阵列太阳能 电池的结构示意图。我们采用了基于特殊扩散工艺在硅纳米线阵列的顶部形成了高掺杂区如 图1(a)所示。图1(b)为对照样品的常规纳米线阵列太阳能电池结构图。我们通过扩散和湿法腐 蚀形成了硅纳米线阵列结构。随后，通过特殊的工艺过程使得使得纳米线阵列转变成N 型， 并在纳米线阵列的下面形成了 pn 结。PECVD 生长完 SiNx 后再通过丝网印刷形成背面的 Al 层和前表面的Ag 电极。最后通过共烧结形成Al 背场(BSF)和前电极的欧姆接触。 结果和讨论结果和讨论 结果和讨论结果和讨论 串联电阻是衡量电池的电极和半导体接触特性好坏的重要参数。对电池的最终特性而言， 串联电阻的降低可是短路电流明显提高。如图 2 所示：硅基纳米线阵列太阳能电池中，存在 顶部高掺杂的纳米线阵列电池的串联 电阻(6-8Ω) 明显低于有氮化硅钝化后 没有掺杂的硅纳米线阵列电池的串联 电阻(10-12Ω) 。金属和半导体的接触电 阻可表达为上式。从公式中发现：串联 电阻和半导体一侧的掺杂浓度成反比。 当掺杂浓度提高后，串联电阻将降低。 因此，当硅纳米线阵列的顶部的掺杂浓 度提高后，就使得其接触特性明显改善，明显降低了电池的串联电阻。对于硅基纳米线