热蒸发镀膜及多晶硅太阳能电池铝背场的研究

【摘要】：晶体硅太阳能电池在目前太阳能电池中占据最大的市场份额。铝背场钝化在硅基太阳能电池效率提高方面起到了巨大的作用。其制备方法主要有丝网印刷、热蒸发、磁控溅射等方法。因为成熟的工艺技术以及低廉的价格,丝网印刷工艺已经在工业化生产中得到了大规模的应用。但是由于大颗粒的铝浆并不能与硅片形成完美的欧美接触,因此利用热蒸发等PVD方法制备所得铝薄膜具有更优异的特性,能进一步提高晶体硅太阳电池的短路电流和转换效率。采用热蒸发真空镀膜技术结合丝网印刷工艺的方式制备得铝背场,具有良好欧姆接触和更高的短路电流。其制备方法简单、兼顾两种工艺的优点成本、钝化性能良好。 基于以上介绍,本文主要做了以下工作： 自主搭建了可用于大面积(156×156mm2)多晶硅片铝背场制备的热蒸发真空镀膜设备。加热电流范围0—50A,极限真空度达到了5.0×10-4pa,一次铝膜沉积厚度达到2μ m以上,沉积铝膜不均匀度14.10%,基本上满足了多晶硅太阳电池铝背场的制备。对蒸发铝薄膜工艺进行了研究,研究表明铝膜沉积模式为岛式模式,且随着阻蒸电流增大,蒸发颗粒变大,膜层表面变粗糙,在绒面硅片表面呈鱼鳞状沉积。 利用热蒸发镀膜机,于电池背面沉积0.21～2.11μm铝膜,研究了铝膜厚度对电池性能的影响。研究表明铝膜厚度对电池性能有较大影响,铝量的多少直接关系到电池电学性能。随着铝膜增厚,转换效率升高,在膜厚为2.11μm时达到最高15.90%。从0.21μ m到2.11μ m,开路电压由0.602V增加到0.611V、短路电流由33.33mA/cm2增加到33.67]mA/cm2、填充因子由70.28%增加到77.64%,串联电由阻5.729mΩ减小到0.025mΩ,并联电阻由最小2.94Ω增加到17.08Ω。铝膜的厚度对电池的各电学参数影响至关重要。 利用热蒸发镀膜机结合丝网印刷工艺制备了多晶硅太阳电池,对铝背场金属化进行了研究,研究发现,用热蒸发镀膜制备的铝背场具有更好的欧姆接触更低的串联电阻和更高的短路电流,相比只进行丝印的电池其短路电流最高提高了0.21mA/cm2。通过比较热蒸发与丝网印刷不同工艺制备的电池,以及对电池进行电学和SEM测试,表明薄的蒸镀的铝膜可以形成很好的欧姆接触,更低的串联电阻,但是其较薄的铝层并不能形成很好的钝化层。丝网印刷可以快速制得较厚的铝膜层,但是制备的硅铝合金层疏松空隙较多,不能形成很好的欧姆接触。而蒸镀加丝网印刷的工艺可以兼顾蒸镀和丝网印刷的优势,得到很好的硅铝合金层和p+层,合金层致密无孔,得到更高的开路电压和短路电流。 【关键词】：多晶硅太阳电池 铝背场 热蒸发 丝网印刷
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.41
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目录10-13
• 序13-14
• 第1章 引言14-20
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 光伏发展现状15-18
• 1.2.1 世界光伏发展现状15
• 1.2.2 中国光伏发展现状15-18
• 1.3 本文研究内容18-20
• 第2章 晶体硅太阳能电池技术20-32
• 2.1 晶体硅太阳能电池基本原理20-21
• 2.2 晶体硅太阳能电池生产工艺21-26
• 2.2.1 硅片腐蚀制绒21-23
• 2.2.2 扩散23-24
• 2.2.3 后清洗24
• 2.2.4 PECVD镀膜24
• 2.2.5 丝网印刷24-26
• 2.3 高效晶硅电池26-32
• 2.3.1 PERL电池26-27
• 2.3.2 HIT电池技术27-28
• 2.3.3 LFC电池28-29
• 2.3.4 OECO电池29-30
• 2.3.5 国产高效电池30-32
• 第3章 真空热蒸发镀膜技术及真空热蒸发镀膜机的研制32-50
• 3.1 真空热蒸发镀膜基本原理32-38
• 3.1.1 蒸发镀膜基本物理过程32-33
• 3.1.2 蒸发过程中的真空条件33-34
• 3.1.3 镀膜过程中的蒸发条件34-36
• 3.1.4 蒸气粒子在基片上的沉积36-37
• 3.1.5 蒸发源37-38
• 3.2 热蒸发镀膜机的搭建38-50
• 3.2.1 热蒸发镀膜机设计目标38
• 3.2.2 热蒸发镀膜系统组成38-50
• 第4章 热蒸发蒸镀铝膜工艺的研究50-60
• 4.1 铝膜的制备50-51
• 4.1.1 蒸发材料预处理50
• 4.1.2 蒸发源预处理50
• 4.1.3 硅片预处理50
• 4.1.4 铝膜制备50-51
• 4.2 薄膜厚度控制研究51-54
• 4.3 薄膜均匀性研究54-56
• 4.4 热蒸发蒸镀铝膜表面形貌及分析56-59
• 4.4.1 铝膜形貌及沉积模式分析56-57
• 4.4.2 不同厚度铝膜形貌57-58
• 4.4.3 阻蒸电流对膜层形貌影响58-59
• 4.5 结论59-60
• 第5章 铝背场及铝背场电学性能的研究60-74
• 5.1 铝背场60-64
• 5.1.1 铝背场形成机制60-63
• 5.1.2 铝背场金属化63-64
• 5.2 铝背场实验研究64-73
• 5.2.1 蒸镀铝膜厚度对电池电学性能的影响64-67
• 5.2.2 丝网印刷铝背场金属化改善的实验研究67-71
• 5.2.3 不同工艺参数比较分析71-73
• 5.3 结论73-74
• 第6章 结论与展望74-76
• 6.1 本文主要工作及结论74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-82
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果82-86
• 学位论文数据集86

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