【摘 要】
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晶硅太阳电池依然占据95%以上的市场份额[1,2],是光伏发电的主力军。提高电池效率和降低制造成本是光伏界永恒的追求。隧穿氧化硅钝化接触（TOPCon）太阳电池凭借其优异的钝化性能和较低的制造成本,引起业界的广泛关注[3-5]。但是,其效率的进一步提高还需要解决传统多晶硅的寄生吸收、易爆膜等问题[6],以及实现更高的钝化性能。本研究提出在多晶硅中再掺入N原子,形成N掺杂多晶硅以改善上述问题。首先,
【机 构】
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中国科学院宁波材料技术与工程研究所
【出 处】
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第二届全国太阳能电池材料与器件大会
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晶硅太阳电池依然占据95%以上的市场份额[1,2],是光伏发电的主力军。提高电池效率和降低制造成本是光伏界永恒的追求。隧穿氧化硅钝化接触（TOPCon）太阳电池凭借其优异的钝化性能和较低的制造成本,引起业界的广泛关注[3-5]。但是,其效率的进一步提高还需要解决传统多晶硅的寄生吸收、易爆膜等问题[6],以及实现更高的钝化性能。本研究提出在多晶硅中再掺入N原子,形成N掺杂多晶硅以改善上述问题。首先,我们在PECVD中通入NH3作为前驱体,将N原子引入非晶硅之中,退火后形成含氮多晶硅。研究发现,N原子的引入可有效提高TOPCon结构的钝化性能,在最佳退火温度900℃下,其最高iVoc达到745 mV,最高τeff达到10 ms,最低J0达到1.7 fA/cm2。然而,N原子抑制了P原子的激活,导致材料表面的载流子浓度低,进而造成了ρc增大。因此,我们又提出一种双功能层设计,如图1 （a）,在发挥掺氮多晶硅优异钝化功能的同时,也充分利用了传统多晶硅优异的载流子传输功能。如图1 （b）、（c）所示,叠加的poly-Si不会损害钝化性能,且可以将ρc有效降低至5 mΩ·cm2以下。此外,双功能层设计的选择性因子（S）也高达16。将该结构应用在电池上,如图1 （d）所示,电池认证效率达到了25.53%。其次,我们对氮掺杂多晶硅材料性质进行了深入分析。XPS和FTIR结果表明,N原子与Si原子成功键合;TEM和Raman结果表明,氮掺杂多晶硅薄膜的结晶率相对降低;这是降低"爆膜"风险的一个重要原因。UPS和KPFM结果表明,氮掺杂多晶硅材料的功函数降低,这使得界面处能带更加弯曲,有助于表面钝化和载流子的提取,但是却不利于载流子向金属电极的传输;而双功能层设计可有效解决该问题,同时实现优异钝化和传输。SIMS和EDS结果表明,N原子在高温下发生了扩散,且在SiOx界面处有一定富集,这有助于调节界面处应力;更重要的是发现H原子的分布与N原子呈现相关性,且浓度高于传统多晶硅,这得益于N-H键的能量较大,即N原子能更有效的捕获H原子,进而提升钝化性能。紫外-可见分光光度计和椭偏仪结果表明,氮掺杂多晶硅在全光谱范围内的吸收、反射、折射和消光系数均降低,透过率增加;这有助于减小寄生吸收,提高光学性能,使得电池的光学响应（EQE）在全光谱范围内有所提升。
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