利用激光掺杂制备选择性发射极太阳电池.pdfVIP

激光掺杂制备选择性发射极太阳电池的研究 摘要 随着低成本高效太阳电池的日益发展，激光开始作为一种快速、廉价、安全 手段进入光伏领域。本文分别采用红外激光和绿激光对硅片进行掺杂，对比研究 不同激光掺杂工艺之间的优劣，最后应用绿激光尝试性地制备一批选择性发射 极太阳电池，并通过分析其性能，作为对进一步实验的展望。 第一章简单介绍了光伏行业的发展历程和现状，以及太阳电池的工作原理 与常规工艺流程。 第二章从理 上分析限制常规太阳电池效率提高的主要原因，介绍了各种 高效太阳电池结构，并重点阐明了选择性发射极电池的优势。 第三章着重研究了红外激光掺杂对电池各项性能的影响。硅片的重掺区方 阻随着脉冲能量密度和单位面积接受脉冲数量的升高而升高。发现并成功解析 了在相同的泵浦电流下，激光对硅体的热损伤随着频率的上升而减少，硅片的有 效少子寿命测量值随着方阻的下降而上升的原因。在实验中发现，由于红外激光 对硅材料有很强的穿透力，因此会对硅体造成很严重的热损伤，即使镀氮化硅薄 膜后，其钝化效果也很差，这会导致复合的大幅上升，进而造成开路电压和短路 电流的下降，因此红外激光并不适合用来制备选择性发射极太阳电池。 第四章研究了绿激光掺杂对电池各项性能的影响，着重对比了长脉宽绿激 光与短脉宽绿激光之间的优劣，发现无 是长脉冲绿激光还是短脉冲绿激光，在 0 能量没增加到足以销蚀硅片，其对硅体的热损伤都是很小的，在本章的四组绿激 光实验中，所有没有被激光销蚀的样品镀SiN膜后的少子寿命下降幅度不超过6% 。在实验中发现，当利用长脉宽绿激光掺杂比短脉宽激光能得到更低的最小方阻 值，原因是长脉宽激光拥有更深的热作用长度。在硅体内磷原子总量相等的情况 下，方阻值较大说明了PN结的结深较浅，表面磷原子浓度较大，显然，浅结及高 表层磷原子浓度更为符合SE电池电极区的要求，因此从理 上来说，利用短脉宽 绿激光掺杂，能得到更适合SE电池的杂质浓度分布，并且对硅体的热损伤更小。 第五章采用激光掺杂法尝试性地制备了一批选择性发射极太阳电池，电池 效率普遍较低，最高效率为14.45%。在本章实验中，实验电池对短波段光谱的响 应有所提升，但由于电极区掺杂过重，非电极区掺杂过轻，细栅数量与非电极区 失配以及绿激光脉宽过长和加工精度不足等原因，造成开路电压，短路电流以及 填充因子的同时降低，导致电池效率低下。 最后一章提出了对进一步实验的展望。 关键词：高效晶体硅太阳电池，激光掺杂，激光热损伤，选择性发射极 1 Abstract Along with the development of low cost and high efficiency solar cell, laser process begins coming into photovoltaic field for a rapid 、low cost and safe process. In this paper, infrared laser and green laser were used in doping to the silicon wafers, and compare the results of different laser processes. At last try to fabricate some selective emitter solar cells by green laser doping, and present the outlook of farther experiment with the analysis of the performance of the SE solar cells. In chapter 1, the development and current situation of photovoltaic field, the principle and standard manufacture processes of solar cell were introduced. In chapter 2, some high efficiency solar cells was intr