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上海交通大学沈文忠课题组P S S RRL:全面积TOPCon结构在硅基太阳电池前侧制绒表面的运用
发布时间:2022-10-06 08:08:38 来源:优游彩票手机版登陆 作者:优游彩票下载登录

  原标题:上海交通大学沈文忠课题组P. S. S. RRL:全面积TOPCon结构在硅基太阳电池前侧制绒表面的运用

  创新点:上海交通大学太阳能研究所沈文忠课题组在硅基太阳电池前侧绒面结构上进行超薄氧化硅和磷掺杂多晶硅的保形生长,通过控制多晶硅厚度和磷原子掺杂条件,在提升金属电极收集载流子效率的同时,保持了优越的界面钝化特性,具有产业化推广前景。

  关键词:Physica Status Solidi RRL ,新能源光伏,硅基太阳电池,隧穿氧化钝化接触,前侧制绒表面

  硅基太阳电池由于具有高转换效率和工业技术成熟的特点,在目前全球光伏市场中占据主导地位,而且传统的硅基铝背场(Al-BSF)电池逐渐为钝化发射极和背面电池(PERC)所替代,转换效率也正逐年提高。但是,当PERC电池转换效率提高之后,尤其是超过22.5%之后,曾经不起主要影响的前表面钝化开始变得越来越重要。所以如果在电池前表面只采用选择性发射极,并不能充分发挥PERC电池效率能进一步提升的优势。近年来热门的隧穿氧化钝化接触(TOPCon)技术为我们找到了一种可行的解决方案。已有的研究要么仍然是背面TOPCon结构,要么是基于平面硅基衬底的,而TOPCon的钝化性能对制绒的表面很敏感,同时多晶硅层本身的寄生吸收也严重影响TOPCon的广泛运用。如何在硅基太阳电池前侧绒面结构上制备出高性能的TOPCon结构,对进一步发展高效率PERC硅基太阳电池具有重要的学术价值和产业价值。

  上海交通大学太阳能研究所沈文忠课题组针对这一问题利用低压化学气相沉积设备进行TOPCon结构的制备,通过对多晶硅厚度、磷原子推进温度和推进时间,以及多晶硅退火前后的晶化度进行充分论证,发现合适条件下的TOPCon结构不仅能改善金属电极对载流子的收集效率,而且保持了优越的界面钝化特性。相关结果发表在 Physica Status Solidi RRL 上。

  透射电子显微镜(TEM)证明了低压化学气相沉积技术所制备的超薄氧化硅和磷掺杂多晶硅堆叠结构具有良好的均匀性和致密性,其中超薄氧化硅厚度仅为1.5 nm。拉曼光谱的测试结果表明,磷原子推进温度过低,不利于多晶硅层晶化度的提高,容易出现过多的光子寄生吸收损失;而较高的推进温度则会破坏超薄氧化硅的完整性和多晶硅的晶格结构,降低了界面钝化性能,优化的推进温度为780 ℃。由于氢钝化的激活,烧结后样品的平均隐开路电压比烧结前的提高了15~25 mV。研究发现,合适的多晶硅厚度也很重要,沉积时间仅为3 min的薄多晶硅层不但钝化效果更差,而且对磷原子推进时间更为敏感;然而沉积时间为15 min厚多晶硅容易造成更低的外量子效率,限制了电池效率的提升;在沉积时间为5 min的多晶硅结构中(厚度约25 nm),当磷原子推进时间为900 s时,电池的平均隐开路电压接近700 mV。通过对p型硅基太阳电池总复合电流(J 0,total )的优化,发现当J 0,total 从280 fA/cm 2 降低到33 fA/cm 2 时,这类太阳电池的效率能从21.3%的基础上进一步提高到23.4%,效率的提高主要得益于改善的开路电压。

  physica status solidi - Rapid Research Letters (简称 PSS -RRL) 旨在提供极快的出版速度,是目前固体物理和材料物理学领域最快的同行评审出版期刊之一。从投稿到第一轮编辑做决定之间的平均时间是11天,从接受到在线天。该期刊涵盖了诸如先进材料的制备、结构和模拟,固体材料、纳米材料和其它低维材料原子和电子结构、光学、磁性、超导、铁电性质的研究以及器件应用等主题。

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