第 12 届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文（A 晶体硅材料及电池）背面氮化硅钝化 氮化硅钝化膜厚度对单晶硅太阳能电池的影响 钝化膜厚度对单晶硅太阳能电池的影响孟庆蕾, 钱洪强, 陆红艳 ,王振交 ,吴甲奇,韩培育, 姜勇飞,陈如龙,杨健,张光春,施正 荣（无锡尚德太阳能电力有限公司 214028 qinglei.meng@）摘要：背面局部接触电池可以减少背面复合。
本文通过调节背面局部接触电池背场和硅基材之间 SIN 钝化层不同的厚度，对电池电性能进行研究。
电池 IV 参数表明三层氮化硅具有更佳的表 面钝化效果，硅太阳电池的转换效率、开路电压 Voc 和短路电流密度 Jsc 都有所提升。
关键词： 关键词：晶体硅太阳能电池 ；钝化 ；SINx背场；不同SINx厚度 1 前言高效低成本是当今太阳能电池发展的两大趋 势。
通过硅片的减薄,可以不断地降低硅太阳电池制 造成本。
但是当硅片厚度降低到一定程度时，长波 长的光子在被吸收前就有可能透过硅片。
所以， 随着硅片厚度的降低，电池背面需有一定的具有行 之有效的长波反射能力将没有被吸收的光子反射 回到电池内部，从而进行二次或者多次反射后的吸 收。
背面氮化硅膜钝化太阳电池在修复背表面态 方面有很大优势[3]，德国Fraunhofer ISE 的 Schneiderlochner采用Al/PECVD SiNx 薄膜并以激 光烧结背电极技术制备的电池转换效率在10 cm×10 cm 上达到17.1% ，斯图加特大学采用的低[1]温背钝化技术和LFC 技术制备的电池的转换效率 达到20.5%[2]。
本文采用PECVD方法在单晶硅背面沉积不同 膜厚的氮化硅,研究不同膜厚的氮化硅对单晶硅太 阳电池的影响。
2 实验取用体少子寿命在100µs左右单晶片原始硅片, 厚度在200µm左右,实测电阻率范围1～3Ωm。
将实 验片分为两组，A组使用PECVD在硅片背面沉积约 180nmSINx，B组使用PECVD在硅片背面沉积约 270nmSINx。
再进行光刻以及常规的印刷工艺，制 成电池片，测试不同SINx厚度对电池性能参数影 响，并通过Correscan、QSSPCD等测试手段进行分 析。
3 实验数据对比表 1 不同SINx厚度电池性能比较 Voc [mV] 659.6 A组 180nmSINx 658.6 653.2 651.5 656 平均值 655.78 Isc [A] 5.988 6.014 5.928 6.035 6.045 6.002 EFF [%] 19.35 19.5 19.03 18.99 19.55 19.284 FF [%] 75.86 76.2 76.08 74.77 76.35 75.852 Rs [Ohm] 0.004 0.0039 0.0039 0.0044 0.004 0.00404 Rsh [Ohm] 228.3 110.4 197.3 323.6 229.9 217.9Voc [mV] 658.9 B组 270nmSINx 661.7 663.4 664.3 平均值 662.075Isc [A] 6.139 6.052 5.992 6.003 6.0465EFF [%] 19.76 19.57 19.39 19.68 19.6FF [%] 75.63 75.65 75.53 76.4 75.8025Rs [Ohm] 0.004 0.0039 0.0039 0.0037 0.003875Rsh [Ohm] 286 930 420.9 349.7 496.65由表1可以看出，SiNx膜较厚时同一批次内部电性能参数相对较稳定。
270nmSINx作为背面钝化层时，Voc、Isc、Eff均比180nmSINx作为背面钝化 层时有提高4 测试结果讨论4.1 QSSPCD测试结果讨论 采用QSSPCD测试少子寿命来验证不同厚度氮 化硅对单晶片的背面钝化效果。
A组（背面沉积约 180nmSINx） ，B组（背面沉积约270nmSINx）测试 少子寿命变化。
两组初始的少子寿命都在15µs左右, 沉积不同厚度SINx之后,两组硅片少子寿命都有提 高，且提高的幅度相同。
如图1。
经过烧结后，B组 少子寿命上升的幅度要大于A组。
如图2。
沉积背面氮化硅后，氮化硅中的氢原子作用在 背表面，很好钝化背表面的表面态和悬挂键，使少 子寿命上升。
经过烧结之后，少子寿命进一步的提 升， 但是B组少子寿命上升的幅度要大于A组这可能 是因为沉积三层SINx， 可把前两层SINx作为在第三 层氮化硅和硅之间的一个缓冲层[ 5 - 6 ]，此缓冲层较 厚，经过烧结之后，SI-H和N-H断裂后的氢不容易 形成氢气溢出， 不仅有表面钝化作用,而且更多的氢 原子会扩散到体内， 进行体内钝化,少子寿命进一步 提升。
4.2 Correscan测试结果讨论图 2 不同厚度 SINx 烧结后少子寿命分布 Fig2 The minority carrier lifetime distribution of different thickness of SINx after sintering 图 1 不同厚度 SINx 烧结前少子寿命分布 Fig1 The minority carrier lifetime distribution of different thickness of SINx before sinteringIQE如图4所示，反射率如图5所示。
从图中可 以看出，270nm SINx作为钝化层与180nmSINx作为 钝化层相比，在红外波段，IQE略有提高，长波段 背反射得到一定程度的提高，这是由于270nmSINx 烧结覆盖性好，可以更好的防止Al浆烧穿SINx，从 而降低Al烧穿SINx形成Al-Si合金高复合层的几率， 相对180nmSINx起到提升Isc 的作用。
180nmSINx （526.1176mv ）图 4 IQE 与波长的关系 270nmSINx（552.6173mv） 图 3 不同 SINx 厚度 Correscan 测试 Fig3 The Correscan result of different thickness of SINx Fig4 The relationship between IQE and wavelength在硅片背面分别沉积 180nm、270nm SINx， 再进行光刻以及常规的印刷工艺后， 进行 Correscan 测试。
如图 3。
进行计算可得到 Voc 的平均值分别 为 526.1176mv、552.6173mv。
由于在硅片表面，存在由于晶体周期性排列中 断而产生的悬挂键，使得在晶体能隙中产生表面态图 5 不同 SINx 厚度波长与反射率关系和界面。
这些都将在表面和界面内产生空间电荷，Fig5 The relationship between the wavelength and reflectivity形成表面和界面势垒，引起表面和界面附近能带弯 曲，从而影响载流子输运[4]。
而在烧结过程中，由 于 SINx 的致密性，Al 会穿透 SINx 在硅片表面形 成一个界面场，增加了除局部接触的表面复合面 积。
所以 270nmSINx 可以更好的防止 Al 浆烧穿 SINx，宏观的直接表现就是得到更高的开路电压。
4.3 IQE，反射率测试结果讨论of different thickness of SINx5 结论本文通过实验发现，三层氮化硅（270nm）比 二层氮化硅（180nm）具有更佳的表面钝化效果， 硅太阳电池的转换效率、开路电压Voc和短路电流 密度Jsc都有所提升。
因此在背面局部接触电池中可采用三层氮化硅（270nm）作为被表面钝化层。
参考文献[1] Schneiderlochner E, Emanuael G, Grupp G, et al. Silicon solar cells with screen printed-front contact and dielectrically passivated laser-fired rear electrode. In: 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 7-11 June, Paris, 2004 [2] Brendle W, Nguyen V X, Grohe A, et al. 20.5% efficient silicon solar cell with a low temperature rear side process using laser-fired contacts. Prog Photovoltaics: Res Appl, 2006, 14: 653—662 [3]O Schulk,M Hofmann,S W Elunz, G P Willeke.Silicon oxide I Silicon Nitrid Stack System for 20% Efficient Silicon Solar Cells,Fmunhofer Institute for Solar Energy Systems Heidenhofstraae 2,D-79110 Freiburg [4]陈庭金,刘祖明,徐洁磊.多晶硅太阳电池的表面和 界面复合，太阳能学报，2000，2（21） [5]阙端麟. 硅材料科学与技术[M ]. 杭州:浙江大学 出版社, 2000. [6]管绍茂,王 迅. 半导体表面钝化技术及应用 [M ].北京:国防工业出版社, 1981.。