一种简化的高FF的IBC-SHJ太阳能电池制作方法

摘要:本文介绍了叉指状背接触硅异质结(IBC-SHJ)太阳能电池和二维模拟设计的结果。这次模拟结果表明了发射极的金属化面积应该是100%,而铝背场(BSF)的金属化面积对FF影响相对较小。我们在这次试验中制作了发射极金属化面积占发射极总面积的100%,BSF金属化面积占BSF总面积的60%的IBC-SHJ电池。电池效率为19.4%,FF大小为77.7%。
Admin     2016-12-20 16:56:00
 

1 引言

背接触电池(短路电流密度jsc[1] )和晶硅、非晶硅异质结电池(Kinoshita等人证明了开路电压Voc可以达到745mV[2])相结合制作出效率非常高的电池。在过去的几年内,从Lu等人开始,人们做了很多对背接触背面异质结(BCB-SHJN型硅[3]太阳能电池的研究工作。BCB-SHJ电池是以IBC-SHJ电池为基础制作的。目前,有很多人在研究背面结构复杂的IBC-SHJ太阳能电池。为了提高FF[4-5],需要把发射极和BSF之间的间隔设计好[6-7]。为了保证把两者间隔分开,我们在发射极和BSF之间做一层绝缘的SiNx或者SiOx钝化层。钝化层的制作增加了工艺流程的复杂程度。如果没有绝缘层的话,发射极和BSF就不能被完全金属化以至于分流变大。

 

1.左边是IBC-SHJ电池结构的示意图。右边是FF随着发射极和BSF金属化面积变化的曲线。

2 模拟

为了研究发射极、BSF区非晶硅层非金属化面积对FF的影响。我们使用Sentaurus TCAD设计模拟器完成了二维数值模拟。我们把非晶硅层近似为一个禁带宽度1.8eV的半导体,用两个指数形式衰减的缺陷分布来描述导带和价带带尾,用两个高斯分布来描述发射极和背场的悬挂键。其他文献中也有很多关于这种模拟的描述。我们没有模拟金属层[8],而是使用欧姆接触,没有考虑其他接触电阻率。

1左图是IBC-SHJ电池结构的示意图。我们固定发射极金属化面子100%,从50%-100%改变BSF金属化面积,然后再固定BSF金属化面积100%,改变发射极金属化面积测试FF大小。图1右图显示了FF和发射极、BSF金属化面积的关系。可以发现,发射极金属化面积的变化对FF的影响比BSF大。BSF金属化面积从100%降低到50%FF降低了1.5%;发射极金属化面积从100%降低到50%FF降低了8%Desrues等人[9]已经发现这个现象。我们得出结论,发射极的金属化面积应该是100%,需要减少BSF的金属化面积隔开发射极和BSF来降低分流。

3 试验设计

3.1 制作太阳能电池

我们使用面积1cm2、电阻率3Ωcm、晶向(100)、280μm厚的nFZ硅制作IBC-SHJ电池。硅片正面通过扩散形成正表面场,并使用SiNx/SiO2钝化。a-Si:H发射极、BSF分别占电池背面总面积的60%40%。我们通过PECVD方法沉积SiNx作为发射极和BSF的内部缓冲层。我们通过热蒸镀1.5μm厚的铝实现金属化。为了保证发射极接触面积为100%,我们使BSF的金属化面积占65%。图2是电池结构的示意图。背面的结构是通过光刻实现的。

3.2试验结果

    我们在瑞士弗里堡Fraunhofer ISE校准实验室测试电池效率为19.4FF77.7%Jsc39.2mA/cm2Voc635mV。由于在发射极和BSF下面制作了缓冲层,FF达到77.7%已经很不错了。Jsc相对全背面接触的电池来说略低。Voc比预期的低很多。

下面我们会详细分析每个参数低的原因。

 

2,左图是标准条件下测试的j-V曲线。右图是外量子效应,里面是电池结构示意图。

3.3实验分析

Voc低是影响效率的主要原因。在电池制作过程中,每步钝化层沉积后,我们都会通过测试内部光电导率衰减来监控模拟Voc的变化。金属化前,我们测试模拟Voc值大小是700mV比制作成电池后的Voc值大65mV。这说明金属化造成了很严重的衰减。把电池背面的铝腐蚀后,测试Voc值大小为680mV,仍然比金属化后的Voc值大很多。我们怀疑原因是发射极引起的能带弯曲程度不够。由于电池表面钝化效果比较好,模拟Voc值较大,但是如果能带弯曲不够大的话,模拟Voc不能全部转化成真正的Voc。但是,PL测试显示PL信号强烈衰减,这与能带弯曲不足引起的Voc值低不相符。复合加强和Voc值低的原因仍在研究中。

Jsc的大小是39.2mA/cm2,但是全背面接触电池的Jsc40 mA/cm2以上。在大气质量1.5的条件下测试电池的反射光谱并整合300-1100nm波长的电流密度。我们发现反射损失的Jsc非常小,只有1.3 mA/ cm2。表面复合以及长波在金属层的寄生吸收造成的Jsc损失大概是2.6 mA/cm2

FF 77.7%对于IBC-SHJ电池来说已经相当不错了。但是,我们通过Suns-Voc测试可以得到模拟FF大小为83.1%,这说明FF还有可以提升的空间。可以发现FF的损失超过了5%。通过TLM测试发现BSF接触电阻造成的FF损失大约是3%。接触电阻率是140mΩcm2BSF金属化的面积占总面积的28%,可以计算出电阻为0.5Ω.3总结了不同条件下的FFBSF不完全金属化引起并阻低造成了剩余的FF损失。但是这只是在发射极金属化面积减少的条件下才造成FF损失。将来需要设计更多实验研究FF损失的原因。

 

3左边是标准条件下测试的j-V曲线Sun-

Voc测试出来的j-V曲线以及加上RBSF计算出的j-V曲线 ;右图是相应的FF

4 总结

使用n型硅制作太阳能电池,电池内部有缓冲层,BSFn型掺杂非晶硅。IBC-SHJ太阳能电池效率为19.4%,效率主要受Voc影响。发射极金属化面积占发射极的100%BSF金属化面积占BSF65%BSF金属化面积小这对电池电性没有太大影响,但是BSF金属化面积小可能导致了FF降低,这些还需要实验验证。但是77.7%FF对于IBC-SHJ来说已经很高了。

                                                                    

参考文献

[1] D. De Ceuster, Low cost, high volume production of >22% efficiency silicon solar cells, in: 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 3-7 September 2007, Milan, Italy, 2007, p. 816.

[2] T. Kinoshita, D. Fujishima, A. Yano, A. Ogane, S. Tohoda, K. Matsuyama, Y. Nakamura, N. Tokuoka, H. Kanno, H. Sakata, T. M.,E. Maruyama, The approaches for high efficiency hit solar cell with very thin (< 100 m) silicon wafer over 23%, in: Proc. of 26th European Photovoltaic and Solar Energy Conference, 5-9 September 2011, Hamburg, Germany, 2011, 2AO.2.6.

[3] M. Lu, S. Bowden, U. Das, R. Birkmire,Interdigitated back contact silicon heterojunction solar cell and the effect of front surface passivation, Applied Physics Letters 91 (2007) 063507. doi:10.1063/1.2768635.

[4] T. Desrues, F. Souche, A. Vandeneynde, D. Muoz, A.-S. Ozanne, P. Ribeyron, Emitter optimization for interdigitated back contact (ibc) silicon heterojunction (si-hj) solar cells, in: Proceedings of the 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference andExhibition 2010, Valencia, Spain, 2010, p. 2374.

[5] M. Tucci, D. Iuliis, Serenelli, Izzi, Salza, D. Luca, Velardi, Sanseverino, de Cesare, Caputo, Behind 2.0: The back enhanced heterostructure with interdigitated contact solar cell evolution, in: Proceedings of the 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition 2010, Valencia, Spain, 2010, pp. 20892093.N. Mingirulli, J. Haschke, R. Gogolin, R. Ferre, T. F. Schulze, J. D¨usterh¨oft, N.-P. Harder, L. Korte, R. Brendel, B. Rech, Efficient

interdigitated back-contacted silicon heterojunction solar cells, physica status solidi (RRL) - Rapid Research Letters 5 (4) (2011)

159161. doi:10.1002/pssr.201105056.

[7] A. Hertanto, Back amorphous-crystalline silicon heterojunction photovoltaics: Fabrication methodology, Master thesis, The Edward

S. Rogers Sr. Department of Electrical and Computer Engineering University of Toronto (2009).

[8] Y.-Y. Chen, L. Korte, C. Leendertz, J. Haschke, J.-Y. Gana, D.-C. Wu, Simulation of Contact Schemes for Silicon Heterostructure Rear Contact Solar Cells, Energy Procedia, SiliconPV 2013.

[9] T. Desrues, P.-J. Ribeyron, A. Vandeneynde, A.-S. Ozanne, D. Muoz, F. Souche, C. Denis, D. Heslinga, Progress in contacting asi:h/c-si heterojunction solar cells and its application to interdigitated back contact structure, in: Proceedings of the 24th European

Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition 2009, Hamburg, Germany, 2009, p. 2202.

  • 上一篇:晶体硅电池沉积三层氮化硅薄膜的探索
  • 下一篇:制绒均匀性的研究
  • 相关信息
  • ·到2020年江西将新增可再生能源发电项目516万千瓦
  • ·朱共山上榜 “改革开放40年 能源领袖40人”
  • ·新征程!阳光电源获2018美通社“品牌出海拓展奖”
  • ·二连浩特市2018年11月份光伏发电量1940.263万千瓦时,同比增长15.7%
  • ·2018十大新能源年度人物在京揭晓 苏美达集团总经理蔡济波成功当选
  • 关于我们 加入我们 相关法律 网站地图
    Copyright @2016-2017 摩尔光伏 Corporation, All Rights Reserved    
    京ICP备16060270号-1   商务合作