近年來，晶硅太陽電池產(chǎn)品價(jià)格大幅下降推動(dòng)著低成本、高效率太陽電池技術(shù)的發(fā)展。常規(guī)太陽電池的技術(shù)發(fā)展已到瓶頸階段，很難有新的突破。背鈍化的PERC電池盡管能達(dá)到21％的電池效率，但是其組件端的衰減沒有得到很好的解決。在此形勢(shì)下，設(shè)計(jì)一款高效率并適用于規(guī)?；a(chǎn)的電池結(jié)構(gòu)顯得尤為重要。HIT和IBC結(jié)構(gòu)的N－Si太陽電池盡管效率較高，但由于這兩種n型電池的制備過程與目前的p型si太陽電池的制備工藝不兼容，而且工藝復(fù)雜，導(dǎo)致了制備成本高。具有雙面細(xì)柵線結(jié)構(gòu)的N－pert電池兼顧了低成本、高效率兩大特點(diǎn)，且n型晶硅電池具有少子壽命高、無光致衰減、弱光響應(yīng)好、溫度系數(shù)小等天然優(yōu)勢(shì)，成為行業(yè)關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。

在N－pert結(jié)構(gòu)中，P－N結(jié)及背場(chǎng)的形成是獲得高效率電池的關(guān)鍵步驟。有很多形成P－N結(jié)的方法，比較簡單的如在n型si基體背面絲網(wǎng)印刷Al漿燒結(jié)形成P－N結(jié)，此方法雖然成本有優(yōu)勢(shì)但絲網(wǎng)印刷al漿燒結(jié)工藝用在N型電池中形成p型發(fā)射極還處在研究階段，存在很多待解決的問題；也可以在硅片上面沉積一層非晶硅形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的發(fā)射極，同時(shí)起到很好的表面鈍化效果，這種高效電池整個(gè)制備過程必須在200℃以下的溫度下形成。

在商業(yè)化生產(chǎn)中通常采用硼原子摻雜的方法形成P－N結(jié)，可以用pecvd或apcvd在n型襯底上外延硼摻雜的SiO2，再在高溫下剝離。另一方面可以將硼原子注入到硅片，再高溫退火。一個(gè)簡單且被廣泛應(yīng)用于規(guī)?；a(chǎn)的方法就是直接將BBr3或bcl3源熱擴(kuò)散到N型硅片中。相比于印刷或旋涂硼漿來說，用氮?dú)鈹y帶液態(tài)BBr3進(jìn)行管式擴(kuò)散效果最好，該方法有利于避免金屬污染，硅片少子壽命比用其它方法擴(kuò)散的樣品高5倍以上。

發(fā)射極和背場(chǎng)的制備需經(jīng)歷兩次高溫過程，在硅片兩面分別形成具有一定濃度梯度分布的發(fā)射極曲線和背場(chǎng)是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，且柵線與發(fā)射極、背場(chǎng)間形成良好的接觸是提高轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。本文采用熱擴(kuò)散的方法對(duì)N型基體進(jìn)行正背面摻雜，研究發(fā)射極和背場(chǎng)的擴(kuò)散對(duì)雙面電池電學(xué)性能的影響機(jī)理，所得結(jié)果對(duì)深入理解擴(kuò)散工藝、提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率具有參考價(jià)值。

1.1 電池結(jié)構(gòu)圖

N－pert是發(fā)射極鈍化全背場(chǎng)擴(kuò)散電池，是最早由新南威爾士大學(xué)研發(fā)的一種N型硅電池。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是正面使用硼擴(kuò)散形成發(fā)射極，背表面磷擴(kuò)散全覆蓋以降低電池的背面接觸電阻和復(fù)合速率，然后在正背面絲網(wǎng)印刷電極，是一種典型的雙面電池，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2電池工藝流程

實(shí)驗(yàn)選用156．75mm×156．75mm直拉n型單晶硅片，厚度為190mm，電阻率為1～5Ω·cm。首先通過堿制絨在硅片兩面形成隨機(jī)的金字塔結(jié)構(gòu)，再利用化學(xué)溶液進(jìn)行背面腐蝕拋光，增加長波光的反射和減小表面復(fù)合。然后磷硼共擴(kuò)散在前表面形成P＋發(fā)射極以及背面橫向?qū)щ娦缘膎＋背場(chǎng)；再經(jīng)過等離子刻邊絕緣和化學(xué)清洗去掉表面玻璃層及形成SiO2鈍化層，然后通過pecvd技術(shù)在正、背面制備鈍化和減反射膜，雙面絲網(wǎng)印刷金屬化過程；最后用遠(yuǎn)紅外加熱爐帶共燒結(jié)形成發(fā)射極、背場(chǎng)界面的歐姆接觸，其中背面采用開口網(wǎng)版圖案，很好的避免P型電池全鋁背場(chǎng)印刷造成電池彎曲的情況。在25℃、AM1．5、1000w／cm²的標(biāo)準(zhǔn)條件下用halm測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試電池片I－V特性。

通過增大發(fā)射極結(jié)深同時(shí)降低峰值及表面濃度，可改善其與柵線的接觸，降低開壓損耗進(jìn)而提高Voc和Isc。

2.1 背場(chǎng)濃度優(yōu)化

通常采用對(duì)bsf重?fù)诫s降低薄層電阻，提高橫向?qū)щ娦缘姆椒▉砀纳苀f，但是背場(chǎng)重?fù)诫s會(huì)產(chǎn)生大的俄歇復(fù)合而影響Voc和Isc。richter等人通過PC1D模擬n－pert結(jié)構(gòu)中全鋁背場(chǎng)和有鈍化層局部接觸的背場(chǎng)兩種情況下Voc隨背表面摻雜濃度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)局部接觸情況下Voc隨背場(chǎng)摻雜濃度降低而升高，與全鋁背場(chǎng)不同。不僅BSF摻雜深度，而且其表面及峰值濃度對(duì)電性能也起到至關(guān)重要的作用?？紤]到這些影響，逐步降低背場(chǎng)磷擴(kuò)散方塊電阻（從G1→G4），均分四組硅片，分別采用G1→G4對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散工藝制作電池，得到電池各參數(shù)與背場(chǎng)方塊電阻的關(guān)系如圖3所示。隨著背場(chǎng)方塊電阻的降低，Voc和Isc逐步降低，F(xiàn)F逐漸升高。

式中pff可通過Suns－Voc測(cè)量得出，試驗(yàn)中隨著方塊電阻降低，Rseries也逐漸減小，從公式（3）可以推導(dǎo)出ff將逐漸升高，同時(shí)背面較深的nn＋結(jié)也會(huì)導(dǎo)致ff升高。但是重?fù)诫s的磷背場(chǎng)鈍化效果較差，產(chǎn)生較大的J0bsf影響電池的Voc和Isc，因此優(yōu)化背面方阻需在J0bsf和ff之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。四組試驗(yàn)中G3組電池效率最高，考慮到硼發(fā)射極擴(kuò)散會(huì)對(duì)背場(chǎng)濃度造成影響，因此背場(chǎng)選擇G3組所對(duì)應(yīng)的摻雜工藝再對(duì)發(fā)射極曲線進(jìn)行分析。

2.2 發(fā)射極濃度優(yōu)化

優(yōu)化發(fā)射極結(jié)深實(shí)現(xiàn)金屬柵線與P－N結(jié)良好的接觸是獲得高效率太陽電池的關(guān)鍵。從圖2的ECV曲線中可以看出硅片表面硼原子濃度較高（2×10²⁰cm^－3），且濃度梯度趨勢(shì)變化較小，發(fā)射極的薄層電阻與表面雜質(zhì)濃度和擴(kuò)散結(jié)深度的乘積成反比：

式中ρ—為擴(kuò)散薄層的平均電阻率，xj為擴(kuò)散結(jié)深，N—（x）為摻雜的平均雜質(zhì)濃度，μ為遷移率，q為單位面積擴(kuò)散層內(nèi)的摻雜劑總量，從公式中可以看出方塊電阻和硅片表面雜質(zhì)濃度和擴(kuò)散結(jié)深有關(guān)，與單位面積擴(kuò)散層內(nèi)的凈雜質(zhì)總量q成反比。選擇背面最優(yōu)的摻雜工藝逐步降低硅片正表面硼原子峰值濃度（G1→G3），以及對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散深度和方塊電阻值的變化如表1所示，均分三組硅片分別用G1、G2、G3對(duì)應(yīng)的工藝擴(kuò)散。

低表面濃度的深結(jié)發(fā)射極擴(kuò)散（G2）對(duì)應(yīng)Voc提高4mV，發(fā)射極方塊電阻的降低和結(jié)深增加使得ff增加了0．33％，但是Isc損失較多。在調(diào)整發(fā)射極G2工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低峰值濃度，同時(shí)獲得適當(dāng)?shù)慕Y(jié)深和方塊電阻值（G3），在保持Voc和FF增益的同時(shí)減少復(fù)合，提高Isc，電池轉(zhuǎn)換效率提高0．2％，電池效率達(dá)到20．41％。低表面濃度的深結(jié)擴(kuò)散工藝可增加短波區(qū)藍(lán)光響應(yīng)、降低發(fā)射極缺陷密度和減小復(fù)合速率。

2.3 生產(chǎn)線數(shù)據(jù)分析

對(duì)優(yōu)化發(fā)射極工藝的G3組數(shù)據(jù)做分布統(tǒng)計(jì)如圖5所示，可以看出總數(shù)200片的電池實(shí)驗(yàn)品中，電池效率分布較集中，平均值為20．41％，最高效率達(dá)到20．69％，電性能參數(shù)如表2中所示。

利用磷硼共擴(kuò)散的方法制備了N型高效雙面電池，20．41％的效率，最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20．69％，且效率分布較集中。