高效率N型离子注入太阳电池技术的研究

光伏材料与技术国家重点实验室 英利能源（中国）有限公司 刘 莹 张 伟 吴萌萌 李英叶 陈志军

离子注入技术已经成功的从IC(集成电路)制造中延伸到了太阳能池的制造过程中，并且成为N型单晶太阳能池的研究热点。我们在电阻率为1-3Ω.cm的N型硅片基底上，采用离子注入技术工业化生产的太阳能电池的最高效率达到12.2%，平均转化效率为20.9%。我们还进行了离子注入掺杂技术对方块电阻的掺杂曲线、均匀性、及电池参数的影响研究。

1 研究背景与内容

高效率低成本是太阳能电池技术的发展方向，电池效率的提升将依赖于新材料，新结构，新工艺的建立。目前P型硅电池的效率瓶颈已越发明显，N型晶体硅电池由于其高少子寿命和无光致衰减等特性，具有更大的效率提升空间和稳定性。N-PERT（N-type Passivated Emitter，Rear Totally-diffused cell），钝化发射极背面全扩散电池的背场结构以及正背面的钝化层都可以有效降低电池的表面复合，提高电池效率，同时，该结构电池具有具有结构简单，制备成本低，工艺流程短等优点。本文研究主要内容有：（1）离子注入N-PERT的电池结构及制备过程；（2）将离子注入技术应用于N-PERT电池中，分析其对背场掺杂均匀性和电池参数的影响。

2 研究结果与讨论

2.1 N-PERT电池结构及工艺流程

N-PERT电池是一种典型的双面电池，其正面为硼掺杂的发射极，背面为磷掺杂的背场，正背面均有氧化硅钝化层、氮化硅减反射膜和金属电极。N-PERT电池的制备过程中硼、磷掺杂过程多采用了高温热扩散方式，在不增加其他工序的条件下，其他常规热扩散方很难形成双面均匀的掺杂层，成为N-PERT电池效率提升的技术难题。

为提高N-PERT电池的背场质量，同时简化制备过程，我们引入了磷离子注入技术，用它代替常规的POCl3热扩散，图1为离子注入N-PERT电池的工艺流程图。

图1 离子注入N-PERT电池工艺流程图

2.2 磷注入硅片方块电阻均匀性和ECV的研究

分别采用磷离子注入方式以及常规管式POCl3扩散方式对硅片的表面进行磷掺杂，并使用四探针测试仪对方块电阻进行测试。离子注入方式采用4.0E15 ions/cm2的注入剂量，POCl3扩散采用850℃、30min的工艺；后续进行900℃、15min的退火处理。为查看其均匀性，我们对硅片进行49点方块电阻进行扫描测试，得出数据如图2所示。同时，我们通过ECV测试对磷离子注入和磷扩散对应的磷掺杂浓度进行比对，如图3所示。

图2 磷扩散与磷离子注入方块电阻对比

图3 不同掺杂方式的磷掺杂浓度分布对比

表1 电池电学参数

图2中可以看出通过磷扩散的方块电阻在22-32Ω/□范围内，标准偏差为2.45%；而磷离子注入的方块电阻在28-32Ω/□范围内，其标准偏差为0.64%，磷注入方式的均匀性明显好于磷扩散方式。图3中磷注入方式比磷扩散方式的掺杂浓度整体降低，杂质掺杂浓度低同样可以降低其表面复合速率。

2.3 离子注入电池电学参数研究

为进一步验证离子注入和磷扩散两种方式引起的电池性能的差异，我们实验两组硅片，每组300片，G1为磷扩散电池，G2为磷离子注入电池。表1列出了电池的电学参数。磷扩散电池与磷离子注入电池的正面电池平均效率分别为20.40%和20.95%，磷离子注入电池有0.55%的效率增益，主要来自于开路电压和电流密度的提升。这是因为受高温下固溶度的影响，磷扩散的背面掺杂浓度很难降低，而磷离子注入技术能够使电池背面的掺杂浓度得到有效降低。

结论：综上所述，磷离子注入N型电池比磷扩散N型电池的电池性能有有显著提高。磷离子注入后背场掺杂的均匀性明显改善。另外，磷离子注入技术使背场掺杂浓度降低，有效降低电池背面的复合损失；磷离子注入电池的电池效率明显高于磷扩散电池的电池效率，电池效率绝对值增益达到0.55%。