【技術】N型黑硅光伏電池知多少？

黑硅在很寬的波長范圍內具有反射率低、接受角廣的優點，在太陽能電池領域倍受關注。本文將黑硅制絨工藝應用到N型硅基體上制備成的太陽電池效率高達18.7%。在N型黑硅表面可以制作高濃度硼摻雜的發射極且不影響黑硅表面的光學特性，然后在黑硅發射極表面原子層沉積Al2O3，起到優異的表面鈍化效果。

1.引言

黑硅表面有納米級小山峰，反射率很低。通過優化反應離子刻蝕（RIE）工藝的參數來制作黑硅，由于其在很寬的波段范圍內反射率都很低且接受角廣而備受關注。除了RIE還有其他制作黑硅的方法，如激光制絨、金屬催化濕化學刻蝕、等離子體浸沒離子注入等。黑硅在太陽能電池應用中的一個難題是黑硅表面面積增大而導致表面復合速率增大，進而造成短波段的光譜響應變差。黑硅已經被廣泛應用到P型電池上，通過熱氧化和沉積SiNx作為正面鈍化層。但是低反射率的增益無法彌補高表面復合速率的影響，電池效率較低，效率最高可達到18.2%。

近幾年來，Al2O3被認為是P型、N型、P+表面最有發展潛力的電介質鈍化層。Al2O3的鈍化效果與硅片表面的低缺陷密度和Si/Al2O3接觸面固定負電荷有關。在光伏行業，原子層沉積（ALD）的出現解決了黑硅表面復合速率高的難題，ALDAl2O3對P型黑硅表面具有良好的鈍化效果。

2.實驗設計

使用5ΩcmFZN型硅片制作黑硅鈍化發射極背面局部擴散太陽能電池（PERL）。圖1為太陽能電池結構示意圖和制備太陽能電池的工藝流程圖。制備了正面只有Al2O3的黑硅太陽能電池，同時制備了正面具有倒金字塔結構和Al2O3/SiNx鈍化層的電池作對照組。對照組電池和黑硅太陽能電池唯一的不同是正面的倒金字塔結構和等離子體加強化學氣相沉積（PECVD）的65nm厚的SiNx層。首先在硅片表面制作氧化層掩膜留出2*2cm2的窗口。通過RIE使用SF6/O2在120℃條件下刻蝕硅片窗口位置7分鐘制作黑硅。圖2a顯示了黑硅表面隨機納米級小山峰的平均高度和寬度為1ｕm和200nm。在890℃、910℃、930℃三個條件下BBr3擴散形成硼發射極。黑硅表面等離子輔助原子層沉積（PA-ALD）10nm厚的Al2O3，背面通過PassDop工藝進行鈍化。PassDop工藝包括PECVD沉積磷摻雜非晶SiCx：H層，在鈍化層表面激光開槽形成接觸點。激光開槽后，在接觸點位置磷擴散形成局部背表面場。在硅片背面烝鍍鋁形成背面金屬化，然后在425℃條件下退火15min激活Al2O3鈍化層。硅片正面光刻后烝鍍Ti/Pd/Ag并電鍍Ag加厚電極形成正面接觸電極。

圖1.N型黑硅太陽能電池結構示意圖和電池制作工藝主要步驟

圖2.（a）通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察到的黑硅表面。（b）910℃擴散發射極、硼玻璃去除、沉積Al2O3后黑硅表面反射率曲線和具有倒金字塔絨面結構且沉積Al2O3/SiNx后對比組硅片的反射率曲線以及通過表面反射率計算出的兩者的光譜加權平均反射率值（Rw）。