单晶硅太阳能电池铝背场的特性研究

zhaohongm

摘要

单晶硅太阳电池铝背场的欧姆接触影响其输出特性，采用新的工

艺技术降低电池的串联电阻势在必行。随着电池衬底厚度变得越来越

薄，传统的丝网印刷工艺使铝背场难以继续发挥其优势，探索硅片特

征参量与铝背场特性之间的内在联系也显得十分必要。

本文首先采用直流磁控溅射和丝网印刷技术分别在半成品单晶

硅电池的背面溅射铝膜和印刷铝浆料，然后对其进行快速热处理，制

备出了电池的铝背场。研究发现:当溅射铝膜厚度为3脚左右时，

经800OC快速热退火处理后，铝背场的表面方块电阻已经和工业上现

在常用的丝网印刷和烧结工艺制备出的铝背场的相当。相对传统的丝

网印刷工艺，溅射铝膜经800oC快速热处理后，铝晶粒更大，更加均

匀紧密且表面平整，有利于进一步降低铝背场欧姆接触电阻以及提高

对中长波太阳能的吸收。溅射工艺制备出的铝背场接触电阻随退火温

度升高呈下降趋势且溅射工艺的接触电阻比印刷工艺更小。当退火温

度不小于SO0oC时，溅射工艺的接触电阻基本趋于稳定，而印刷工艺

制备的铝背场欧姆接触电阻在gO0oC处理后接触电阻反而升高。

为进一步研究电池铝背场的特性，在模拟软件PCID中建立了

n争p十单晶硅太阳能电池的物理模型，仿真并系统地研究了单晶硅电

池衬底厚度、掺杂浓度和少子寿命以及铝背场的掺杂浓度分布梯度、

厚度及其平均掺杂浓度等参数跟铝背场特性之间的内在联系。仿真结

果表明，硅衬底厚度对n争p+电池输出特性的影响与衬底少子的扩散

长度相关。当衬底厚度跟其少子扩散长度相当时，随着衬底厚度的减

薄，铝背场对提高太阳能电池输出特性的作用越来越强。当少子扩散

长度与衬底厚度的比值为2.5一3时，具有铝背场结构的单晶硅电池可

获得最佳的输出特性。当p型硅衬底的掺杂浓度在5xl015一lx

10’7cm一3范围变化时(对应电阻率为0.2一3。·cm)，具有铝背场结构的

单晶硅电池能获得良好的输出特性。具有铝背场结构电池的输出特性

几乎不依赖于铝背场掺杂浓度分布梯度，铝背场在一定程度上几乎屏

蔽了电池背表面复合速度对其输出特性的影响。