磷扩散吸杂效应在高效背结背接触IBC太阳能电池中的应用

2015第十一届中国太阳级硅及光伏发电研讨会杭州，中国，2015.11.26-11.28

磷扩散吸杂效应在高效背结背接触 IBC太阳能电池中的应用The Phosphorous diffusion gettering applied in N-type IBC solar cells孙昀(S. Yun),贾锐(J. Rui),姜帅 (J. Shuai),陶科(T.Ke),李强(L. Qiang),王绍蒙(W.S. Meng)Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China中国科学院微电子研究所 2015-11-28

光刻工艺间

B、P扩散炉

标准RCA清洗

电池工艺间

超高真空CVD完整的研发平台

链式烧结炉

ALD系统磁控濺射系统

自制PECVD

PV2000A

量子效率综合测试仪

完整的测试平台

椭偏仪

SEM

拉曼-AFM综合测试系统

12 3

简介磷扩散吸杂效应

磷吸杂在N-型IBC电池中的应用结论

4 4

N-型背结背接触太阳能电池无前表面金属遮光损失，高效

N-型衬底无光致衰减现象 允许较宽、较密的栅线设计，

低串联电阻 易于组件连接

N-型背结背接触太阳能电池N-型IBC电池BBr3扩散形成背发射结 高温扩散工艺中,BBr3源、源化学反应 未电激活的硼原子 炉管、石英舟、镊子等 缺陷或杂质沾污，衬底少子寿命的降低、较大的结饱和电流 Fe离子沾污：填隙Fe离子、BFe复合物等形成深能级捕获中心

磷-扩散吸杂效应 磷-扩散吸杂效应已应用于P-型衬底电池中 Si中,磷浓度越高，Fe等离子杂质的溶解度越高 吸杂主要归因于离子偏析效应

用于N-型背结背接触太阳能电池磷吸杂效应磷扩散吸杂效应研究的实验流程N-型晶体硅片清洗和表面处理硼扩散及后处理

LPCVD沉积SiO2掩膜吸杂

900º C热氧氧化90 min

ALD沉积Al2O3,钝化表征(ECV测试结分布、椭偏仪测膜厚、QSS-PCD少子寿命测试)

用于N-型背结背接触太阳能电池磷吸杂效应高效N-型IBC电池BBr3扩散背发射结特性Doping concentration/ cm-3400

1E20 1E19 1E18 1E17 1E16 1E15 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Depth/ um 1.0 1.2

Lifetime ( s)

常规IBC电池 Rsheet=60Ω/sq高效IBC电池 Rsheet=105Ω/sq

lifetime at n=1E15cm-3300 B diffusion only

200 900oC oxide

100

0

SD01

900 1.5h Samples

--

用于高效IBC电池的硼发射结,在高温氧化后,前表面掺杂浓度降低,结深增加 硼掺杂层中离子,向硅衬底扩散,导致少子寿命衰减

用于N-型背结背接触太阳能电池磷吸杂效应磷扩散吸杂工艺条件Phosphorus diffusion processProcess label P-gett1 P-gett2 P-gett3 In-Diffusion T (º C) T1 T2 T2 In-Diffusion time (min) 10 15 28 Sheet resistance (Ω/sq) 57 101 65

P-gett4P-gett5

T2T2+LT Ann

4040+60 Ann

5658

工艺P-gett4中的，磷扩散源气流量小于其他工艺 低温退火不会影响磷的扩散

用于N-型背结背接触太阳能电池磷吸杂效应磷扩散吸杂工艺条件在高

注入条件下,发射极饱和电流可获得:35 30B diffusion for conventional IBC

1/ eff-1/ Aug (ms )

25 20 P-gett1 15 10

1

eff

1

Auger

1

SRH

2 joe qni2W

-1

n

P-gett25 0 0.015 16 16 16

5.0x10

1.0x10

1.5x10

2.0x10

用于N-型背结背接触太阳能电池磷吸杂效应磷扩散吸杂工艺条件500 400 300 200 100 0 SD01 SD01 SD01B diffusion for conventional IBC1000 800 600 400 200 0 SD01

lifetime at

n=1E15cm-3

P-gett2

B diffusion for conventional IBC

P-gett1

Joe (fA/cm2)

P-gett1

eff

(us)

P-gett2

SD01

Samples

SD01

尽管P-gett1工艺,扩散温度较高,因此磷浓度较高,但由于离子溶解度在低温较高，因此偏析系数更大，P-gett2具有更

Samples

用于N-型背结背接触太阳能电池磷吸杂效应磷扩散吸杂效应中，离子偏析系数与扩散温度关系

H. Talvitie et al, 2011

用于N-型背结背接触太阳能电池磷吸杂效应磷扩散吸杂工艺条件600 500

lifetime at n=1E15cm-3P-gett2

P-gett3

600 B diffusion for conventional IBC

(us)

400

Joe (fA/cm2)

400

eff

B diffusion for 300 conventional IBC200

900C oxide

200

900C oxide100 0 SD020

P-gett2SD02 SD02 SD02SD02 SD02

P-gett3SD02

Samples

Samples

SD02

在相同扩散温度下,随着扩散时间加长，磷浓度越高，离子杂质溶解度越高，因此具有更好的吸杂效应

磷吸杂效应在N-型背结背接触太阳能电池应用高效IBC工艺流程300

lifetime at

n=1E15cm-3P-gett5 P-gett4

1000 800

B diffusion for conventional IBC

(us)

B diffusion for conventional IBC 900C oxide

Joe (fA/cm2)

200

600 400 200

900C oxide

eff100

P-gett4 SD03 SD03 SD03

P-gett5

0

SD03

SD03

Samples

SD03

SD03

0

SD03

Samples

当磷扩散吸杂工艺增加低温退火工艺后，离子偏析系数在 15低温时增加，因而吸杂效果更好

磷吸杂效应在N-型背结背接触太阳能电池应用高效IBC工艺流程N型样品,HF去自然氧化层,双面B扩散背面沉积SiOx,刻蚀BSF窗口 BSF磷扩散、HF去除PSG+P扩散吸杂样品背保护、前表面去n+层前表面TMAH制绒 FSF磷扩散、HF去除PSG

前后表面 NAOS氧化、Al2O3/SiO2、SiN钝化电极制备、金属化

磷吸杂效应在N-型背结背接触太阳能电池应用

电池 IBC IBC(吸杂工艺)

Voc (mV) 635.7 653

Jsc (mA/cm2) 38.37 39.49

FF (%) 77.57 78.3

Efficenecy (%) 18.92 20.2%17

总结 对磷扩散吸杂效应在高效N-型IBC电池的应用进行研究 磷扩散吸杂效应在较长扩散时间、较低的扩散温度、低温

膜层中负固定电荷密度随着 ALD沉积温度的升高而增加，而 H的含量随着沉积退火的工艺条件下，具有优异的吸杂效应，可应用在高高

温度的升高而降低，因此两种钝化机理的平衡可导致良好的钝化效果。

效N-型IBC电池工艺中

, Al2O3的沉积温度不宜过低和过

高。 为形成具有较好的表面钝化效果的膜层经磷扩散吸杂工艺制备电池，电池性能，特别是开路电压

明显提升

谢谢

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qb81.html