磷摻雜時間對晶體硅太陽能電池反射率、接觸電阻、方阻的影響

晶體硅太陽能電池是目前市場主要的太陽能電池技術(shù)之一，其中硅片的金屬化在有效收集太陽能方面起著至關(guān)重要的作用。硅片和金屬柵線之間的接觸形成和其特性受到PN結(jié)摻雜水平的影響，通過測量方阻可以判斷摻雜濃度對電池性能的影響，測量接觸電阻可以判斷電池片和金屬柵線的接觸質(zhì)量，這些測試對提高太陽能電池性能起著主導(dǎo)作用。「美能光伏」針對用戶的測試需求，可提供絨面反射儀、TLM接觸電阻測試儀和在線/離線掃描式四探針方阻儀，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中對太陽能電池各項參數(shù)的精準(zhǔn)把控，為客戶提供多種選擇。

摻雜速率對太陽能電池表面反射率影響分析為了制造高效的晶體硅太陽能電池，可以通過在硅片表面形成均勻分布的金字塔結(jié)構(gòu)來減少光學(xué)表面反射。較低的光學(xué)反射率主要取決于硅片表面金字塔的形狀、大小和均勻性。這些金字塔結(jié)構(gòu)受到刻蝕速率、氫氧化鉀（KOH）和異丙醇（IPA）的控制影響，其中刻蝕速率影響金字塔的形成，氫氧化鉀影響金字塔的數(shù)量，異丙醇影響金字塔的大小。

原始硅片（左）和經(jīng)過清洗制絨工藝后的硅片（右）的SEM圖像

利用絨面反射儀，可以收集制絨片對不同波長段的光的反射率。從下圖可以看出，在500nm以下，反射率隨著波長的增加而降低，在500到1000nm之間幾乎保持不變。隨著波長的進(jìn)一步增加，反射率也開始增加?？梢杂^察到的結(jié)論為在450 ~ 1000 nm的波長范圍里，原始硅片和制絨片的反射率較低，最小反射率分別為36.22%和15.08%。

原始硅片和經(jīng)過清洗制絨工藝后的硅片的反射率與波長曲線（左）和反射率百分比（右）對比圖

摻雜時間對薄膜方阻的影響分析在光伏行業(yè)中，薄膜的方塊電阻對于電池性能至關(guān)重要，因為它表明了PN結(jié)摻雜區(qū)域的質(zhì)量和均勻性。方阻值較高代表輕摻雜，會導(dǎo)致硅片接觸電阻過高，而方組值較低則代表重?fù)诫s，導(dǎo)致硅片接觸電阻過低。

5組硅片隨擴(kuò)散時間增加的方阻值變化

從上圖可以觀察到，通過磷原子摻雜的硅片方阻都顯著下降。擴(kuò)散前的方阻為7578Ω/□，隨著擴(kuò)散時間的增加，5組硅片的方阻值都急速下降，直到進(jìn)行至25分鐘時，方阻值最小。這是由于隨著擴(kuò)散時間的增加，磷原子摻雜濃度也隨之增加，方阻值與摻雜濃度呈反比關(guān)系。在進(jìn)行至30分鐘時，方阻值又開始增加，這是由于過度摻雜導(dǎo)致。

摻雜時間對太陽能電池接觸電阻的影響分析接觸電阻受三個主要因素影響，分別是半導(dǎo)體材料、摻雜濃度以及導(dǎo)體材料類型。摻雜濃度是控制接觸電阻值的重要因素，較高的摻雜濃度會顯著降低接觸電阻，但當(dāng)磷原子的濃度超過硅片的固體溶解度極限時，會在半導(dǎo)體表面形成“死層”，使硅片失去電活性，其還會充當(dāng)復(fù)合中心，從而阻礙太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。

通過對6個電池片樣品分別摻雜磷原子，時間變化分別為5min、10min、15min、20min、25min和30min，進(jìn)行電池前表面和后表面的6各區(qū)域的接觸電阻測量。

表1. 6個樣品的前表面接觸電阻值

表2. 6個樣品的背面接觸電阻值

從上面的兩組數(shù)據(jù)可以得出，前表面的接觸電阻隨著磷摻雜的時間增加而減小，但當(dāng)進(jìn)行至30分鐘時，硅片表面形成“死層”，接觸電阻值增大。而背面的接觸電阻值與前表面不同，其隨著摻雜時間的增加也在緩慢的增加，直至25分鐘之后開始急劇上漲。其原因可能是由于磷原子在硅片中的固體溶解度超出了極限。

因此25分鐘的擴(kuò)散時間可以被認(rèn)定為最優(yōu)時間，有利于制造出高效的晶體硅太陽能電池。

太陽能電池正面（左）和背面（右）的接觸電阻與擴(kuò)散時間曲線