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不同方阻对高电阻率太阳能电池片电性能的影响

来源:
时间:2015-08-04 19:16:05
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不同方阻对高电阻率太阳能电池片电性能的影响摘要:主要研究了不同方阻对高电阻率太阳能电池片电性能的影响,高电阻率电池片其短路电流(Isc)、开路电压(Uoc)会随着扩散方阻的增大呈线

摘要:主要研究了不同方阻对高电阻率太阳能电池片电性能的影响,高电阻率电池片其短路电流(Isc)、开路电压(Uoc)会随着扩散方阻的增大呈线性增长,填充因子(FF) 会随着扩散方阻的增大呈线性减少,而光电转换效率(Eta)会随着扩散方阻的增大先平缓增长至峰值后迅速下降。   0 引言   太阳能电池是一个巨大的半导体二极管,以半导体材料为基础进行能量转换。目前,光伏行业中硅太阳能电池还是占主导位置。   太阳能电池普遍使用硅晶体做基体,通常是将圆柱形的单晶硅棒切割成片,所以硅片的质量在很大程度上决定了太阳能电池的性能。   人们从石英砂中用碳还原的方法制得工业硅,但此时的工业硅纯度不是很高,其中还含有铁、铝、钙、镁等很多金属杂质;然后,再提纯去除这些金属杂质,还原沉积出来高纯的多晶硅;而多晶硅的纯度并没有达到太阳能电池所要求的硅片的纯度,所以还需进一步提纯制得单晶硅。   目前大多使用直拉法制造的单晶硅,在石英坩埚中将多晶硅加热熔化,加入掺杂剂,用一小块籽晶从熔融硅拉出圆柱形的单晶硅。由于掺杂的浓度不同,单晶硅的电阻率也会不同。硅片的电阻率的范围相当宽泛,可针对于太阳能电池来说,电阻率较低的硅片能得到较高的开路电压和光电转换效率,高电阻率硅片制成的太阳能电池的开路电压较低,进而导致填充因子下降,所以转换效率很低[1、2]。   近几年,我国的硅片生产技术已经有了相当大的进步,但是还是不能精确地控制硅片的电阻率值,只能将硅片的电阻率控制在一定范围内,所以对于部分高电阻率的硅片,需要人们更加了解它们的性能进而提高其光电转换效率[3-5]。   1 实验   本文选取电阻率在3.5-4.5Ω·cm范围内的高电阻率的单晶硅片210片,规格为156mm×156mm,厚度为200μm。首先在210片硅片表面利用碱腐蚀制备绒面结构,即在硅表面利用硅的各向异性腐蚀制得千千万万个小金字塔,形成陷光,增加光的吸收,提高电池的短路电流和转换效率。清洗后进行制p-n结,也就是在硅片表面掺杂与硅片基体杂质导电类型不同的杂质层。目前,硅太阳能电池常用的方法在高温下在P型硅中掺杂Ⅴ族杂质或在n型硅中掺杂Ⅲ族   杂质,由于高温作用杂质元素通过热扩散运动进入基体,而杂质的浓度和p-n结的深度因杂质的元素种类、初始浓度和扩散温度而异。这种扩散的分布方式对电池的电性能影响很大,因工艺不同,扩散分布方式也不同。而在扩散环节,将210片硅片分成7组,这7组分别进行扩散,最后这7组制得的方阻分别为70Ω、75Ω、80Ω、85Ω、90Ω、100Ω、105Ω。然后分别除去背结,再通过化学气相沉积法制减反射膜。最后用丝网印刷的方法印刷电极并烧结成片。   取这7组不同方阻的电池片进行电性能检测,并分别收集电性能数据。   2 液态源扩散原理   现在,在太阳能电池中普遍使用的扩散工艺是三氯氧磷液态源扩散,液态磷源扩散有空位扩散、替位填隙两种机制。三氯氧磷是无色透明的液体,具有强烈刺激性气味,有毒性,熔点是2℃,沸点是107℃,在潮湿空气中会发烟,极容易挥发,容易水解。所以,对于三氯氧磷的使用要特别注意源瓶的密封性[56]。   三氯氧磷在高温下分解成五氯化磷和五氧化二磷,生成的五氧化二磷又进一步与硅反应生成二氧化硅和磷,三氯氧磷热分解时,如果没有外来的氧气参与,其分解时不充分的,生成的五氯化磷不易分解,并且对硅有腐蚀作用,破坏硅片表面,但外加氧气 的话,五氯化磷会进一步分解生成五氧化二磷和氯气,生成的五氧化二磷又进一步与硅反应生成二氧化硅和磷,所以在磷扩散时,为了促进三氯氧磷充分分解而避免五氯化磷对硅片表面的腐蚀,必须在通氮气的同时通氧气,有充足的氧气时,三氯氧磷热分解生成五氧化二磷和氯气,三氯氧磷分解产生的五氧化二磷沉积在硅片表面,五氧化二磷与硅反应成二氧化硅和磷,并在硅片表面形成一层磷硅玻璃,然后磷在向硅中扩散[7、8]。   三氯氧磷液态源的扩散装置如图1所示。   3 结果与分析   用来表征太阳能电池的输出特性的参数是短路电流Isc、开路电压Uoc以及填充因子FF。太阳能电池的固有电阻率在一定程度上影响了其输出特性。   实验结果表明:对于高电阻率的太阳能电池片,其输出特性短路电流Isc和开路电压Uoc会随着方阻的增长呈线性增长趋势,如图2、3所示;填充因子FF会随着方阻的增加呈缓慢下降   趋势,如图4所示;而转换效率Eta随着方阻的增加,开始是平缓增长,直至达到峰值后迅速降低,如图5所示。(本文作者:晶澳太阳能有限公司,王惠)
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