前瞻晶体硅太阳能电池未来产业化——高效N型背结前接触和
背结背接触晶体硅太阳能电池
编辑 陈晨张巍贾锐张代生邢钊 发表于：2012-11-05 来源：中国科学院微电子研究所太阳能电池研究中
心
摘要：
Solarbe(索比)光伏太阳能网讯：摘要
文章综述了N型背结背接触和背结前接触晶体硅太阳能电池的研究和产业化的最新进展。从原理上阐述了N型背结背接触电池高效率的原因。从研究的角度，综述和点评了国际上个研究小组在N型背结前接触晶体硅电池方面的研究工作。论述了丝网印刷Al烧结法制备N型背结背接触电池方面的研究进展。
关键词：N型晶体硅，背结背接触，背结前接触，丝网印刷Al烧结，太阳能电池 0 引言
截至目前，世界上量产转化效率超过20%的电池有两种，均制备在磷(P)掺杂的N型单晶硅衬底上。2010年，美国SunPower公司的D. D. Smith 等人成功实现了面积为125×125 mm 2 的N 型背结背接触(Back-junction Back-contact)单晶硅太阳能电池，其转化效率高达24.2%。这成为了目前世界上量产效率最高的晶体硅电池结构之一。另一种 N 型电池是日本 Panasonic公司的HIT(Hetero-junction Intrinsic Thin-film)电池，量产转化效率为 23%。展望未来，转化效率超过 20%的N型晶体硅电池已成为传统晶体硅太阳能电池的发展趋势，是当今国际研究和产业化的前沿。
本文旨在综述N型背结背接触和背结前接触晶体硅太阳能电池的研究和产业化的最新进展。从原理上阐述N型背结背接触电池高效率的原因。从研究的角度，综述和点评了国际上个研究小组在N型背结前接触晶体硅电池方面的研究工作。论述了Al推进法制备N型背结背接触电池方面的研究进展。采用成本和效率两个衡量标准考量这一技术方案的应用前景。并对未来进一步提高N型晶体硅电池的转化效率给出了建议。
1 N 型背结背接触晶体硅电池高转化效率机理
首先，与掺硼(B)的P型晶体硅材料相比，掺磷(P)的N型晶体硅材料具有如下优势：（1）N型材料中的杂质（如一些常见的金属离子）对少子空穴的捕获能力低于P型材料中的杂质对少子电子的捕获能力。（2）选用掺磷的N型硅材料形成的电池则没有光致衰减效应的存在。因此，N型晶体硅电池的效率不会随着光照时间的加长而逐渐衰减。（3）N型材料的少子空穴的表面复合速率低于P型材料中电子的表面复合速率。因此，采用N型晶体硅材料少子空穴的复合将远低于P型材料中的少子电子的复合。上述三大优势是 N 型晶体硅电池获得高转化效率的前提。
其次，背结背接触也是此类电池的另一重要特征。与传统的常规电池相比，背结背接触电池具有：（1）受光面无电极遮挡损失。（2）背电极优化使得电池的串联电阻提高。因此可进一步优化电极宽度从而达到提高串联电阻的目的。（3）提供更好的优化前表面陷光和实现极低反射率的潜力。
2 高效率 N 型背结前接触太阳能电池的研究
在N型晶体硅太阳能电池中，背结前接触电池是目前较容易产业化的方向之一，如图1所示。早在 2009 年，荷兰国家能源研究中心(ECN)采用液态 B 扩散技术在 N 型太阳能级衬底上形成背部p 型发射极，并实现了N型 125×125cm 2电池片的规模化生产。然而，采
用液态B扩散技术存在着扩散温度过高(950～1000oC)，扩散均匀性差，表面掺杂浓度低不易形成很好的电极接触等诸多问题。因此，研究人员开始寻求其他形成pn结的技术用来替代液态B扩散，制备N型高效电池。
Al烧结技术在P型晶体硅电池中被广泛应用于形成铝背场，是产业化中非常成熟的技术之 一，它采用了丝网印刷Al浆烧结形成pn结。丝网印刷机和高温烧结炉都是目前p型晶体硅电池生产所采用的设备，因此和目前生产线具有完全的兼容性。此外，该工艺还具有制备工艺步骤少的特点，和液态B扩散相比具有相当的成本优势，具有很好的产业化应用前景。然而，将丝网印刷Al浆烧结工艺用在N型电池中形成p型发射极还处在研究阶段。在工艺条件优化方面还存在很多有待解决的问题，因此，国际上不少研究机构都开展了相应的前沿研究。
图 1：N型背结前接触太阳能电池结构示意图
高效N型背结前接触和背结背接触晶体硅太阳能电池
