中國高效背接觸太陽能電池的發展與矽晶圓的挑戰

儘管高電阻、輕摻雜的矽晶圓在效率上具有明顯的優勢,但其在商業太陽能電池生產中的應用仍然有限。這些晶圓提供較少的重組位點,能顯著提高電氣性能,然而其脆弱性卻阻礙了實際應用。這些晶圓在處理、切割或模組組裝過程中更容易出現裂紋,使其在大規模生產中面臨挑戰。相比之下,標準的 Czochralski 生長矽晶圓以中等至低電阻為主,主導了大眾市場的光伏領域。其機械穩健性以及對熱和機械應力的耐受性使其更易於處理,並且在生產過程中不容易受損。雖然這種可靠性使其在理論效率上稍微降低,但仍然是這些晶圓持續成為行業標準的主要原因。

為了縮小效率差距,中國製造商隆基(Longi)與中山大學的研究人員合作,探索使用邊緣鈍化技術來加強高電阻晶圓,同時保持高效率和填充因子。早期實驗顯示,高電阻晶圓的性能通常不如標準晶圓。研究發現,這些晶圓在最大功率點的過量載流子密度較高,並且濃度梯度較平坦,這降低了載流子的收集效率,進而使其對邊緣重組極為敏感。若未進行適當的鈍化,晶圓邊緣會成為載流子的排水口,抵消這些晶圓潛在的性能優勢。此外,團隊證明將高電阻晶圓與原位邊緣鈍化配對是管理其敏感性和發揮其全部性能的關鍵。高電阻晶圓更容易進入高電注入區域,這一物理特性是其達成高填充因子潛力的基礎。通過鈍化控制邊緣重組,這些晶圓能保持強大的載流子收集能力和高效率,將其理論優勢轉化為實際高性能的太陽能電池。

團隊製作了尺寸為 7.2 吋 × 3.6 吋的混合型間接背接觸(HIBC)太陽能電池,使用了高電阻或標準 Czochralski 生長的晶圓。主要的區別在於高電阻晶圓的邊緣在化學氣相沉積過程中未覆蓋矽氮化物,導致 SiOx/n-poly-Si 鈍化層未受保護,且在濕化學清洗過程中部分去除。完整的生產過程包括濕化學清洗、化學氣相沉積(CVD)、磷擴散、原子層沉積(ALD)、激光圖案化、物理氣相沉積(PVD)、隔離和絲網印刷。高電阻晶圓的電阻值為 8–10 Ω·cm(0.046–0.058 Ω·in),而標準晶圓的電阻值為 1.0–1.5 Ω·cm(0.006–0.009 Ω·in)。這一設置使團隊能夠直接比較性能,並展示邊緣鈍化如何影響高電阻晶圓的行為。

團隊使用 I-V 測試儀、晶圓計量系統、透射電子顯微鏡和模擬軟件評估了兩種類型的電池。他們的分析顯示,添加有效的邊緣鈍化能改善低電阻和高電阻太陽能電池的性能,儘管高電阻晶圓的性能增益更為明顯。對於低電阻電池,邊緣鈍化使得假填充因子提高了 0.48%,效率提升了 0.34%。這表明,控制邊緣重組能增強整體設備性能,即使是在中等電阻的晶圓中也能見到效果。


Henderson
Henderson 主要擔任「炒稿記者」的職責,以翻譯最新科技,手機 電動車等消息為每天的工作。