Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Industrial materials >> Наноматериалы

Высокоэффективные кремниевые инвертированные пирамидальные пассивированные эмиттерные и тыловые ячейки

Аннотация

Текстурирование поверхности - один из наиболее важных методов повышения производительности фотоэлектрических (PV) устройств. Как привлекательная лицевая текстура, перевернутая пирамида (IP) привлекла множество исследовательских интересов благодаря своему превосходному антиотражающему эффекту и структурным характеристикам. В этой статье мы готовим высокоднородные кремниевые (Si) IP-структуры на коммерческой монокристаллической кремниевой пластине стандартного размера 156 × 156 мм 2 с использованием методов химического травления с добавлением металлов (MACE) и щелочного анизотропного травления. Комбинирование текстур передних IP-адресов с пассивированием задней поверхности Al 2 О 3 / SiN x , мы производим новый пассивированный эмиттер и задний элемент на основе Si IP (PERC). Благодаря оптическому превосходству оптимизированных IP-адресов и улучшению электрических характеристик устройства, мы достигаем высокой эффективности PERC на основе Si IP, составляющей 21,4%, что сопоставимо со средней эффективностью коммерческих солнечных элементов PERC. Оптимизация морфологии IP-текстур является ключом к уменьшению тока короткого замыкания I sc от 9,51 А до 9,63 А; Между тем, одновременный стек SiO 2 / SiN x пассивация для Si IP на базе n + излучатель и стек Al 2 О 3 / SiN x пассивирование задней поверхности гарантирует высокое напряжение холостого хода В oc с напряжением 0,677 В. Создание этого высокопроизводительного фотоэлектрического устройства демонстрирует конкурентоспособную технику текстурирования и многообещающую перспективу для массового производства PERC на основе Si IP.

Введение

Повышение эффективности - это вечная тема индустрии солнечных элементов, которая в основном фокусируется на двух аспектах:оптических характеристиках и электрических характеристиках. Техника текстурирования спереди важна для определения оптических характеристик устройства. Перевернутая пирамида (IP) как привлекательная светозахватывающая структура привлекла значительное внимание благодаря своему превосходному антиотражающему эффекту и структурным характеристикам [1,2,3,4,5,6,7]. Чтобы быть конкретным, входящий коротковолновый свет в кремниевых (Si) IP подвергается тройным или более отражениям, прежде чем отражаться, обладая одним или несколькими отражениями, чем в традиционных вертикальных пирамидах [7,8,9]. Между тем, этот Si с перевернутой пирамидальной структурой позволит избежать серьезных рекомбинационных потерь, с которыми сталкивается наноструктурированный черный Si [10,11,12,13,14,15,16] из-за его больших и открытых структурных характеристик.

За счет литографии текстуры перевернутой пирамиды на лицевой поверхности и SiO 2 Для пассивирования задней поверхности группа Грина [17] успешно изготовила пассивированный излучатель с КПД 25,0% и задний локально-рассеивающий солнечный элемент (PERL) площадью 4 см 2 . Однако метод литографии не подходит для массового производства из-за его дороговизны, низкой производительности и несовместимости. В последнее время многие исследовательские интересы обращаются к перевернутым пирамидам большой площади с помощью химического травления с помощью металла (MACE), поскольку метод MACE прост, дешев, имеет большую площадь и совместим с существующей производственной линией [14, 18,19, 20,21]. Например, Jiang et al. [7] сообщили о наноструктуре в виде перевернутых пирамид, полученной с помощью процесса MACE с последующей обработкой раствором для восстановления наноструктуры, и об эффективности преобразования солнечных элементов на основе мультикристаллического кремния (mc-Si) на основе IP в больших размерах 156 × 156 мм 2 вафли достигли 18,62%. Используя наночастицы Cu для катализирования химического травления Si, Yang et al. [8] достигли КПД 18,87% кремниевых солнечных элементов с IP-структурой большой площади. Zhang et al. [9] изготовили sc-Si солнечный элемент с IP-микроструктурой путем модулированного щелочного текстурирования в сочетании с оптимизированным методом MACE и получили устройство с IP-текстурой размером 1 мкм с эффективностью 20,19 и большой площадью. На данный момент характеристики солнечных элементов Si IP с большой площадью еще не удовлетворены, что связано с однородностью морфологии IP по большой площади, контролем размера элемента IP и пассивацией устройства. В результате ожидается, что оптимизированные спереди текстуры Si IP вместе с задней пассивированием улучшат производительность ячеек.

В этой статье мы успешно изготовили пассивированный эмиттер и задние элементы (PERC) на основе Si IP с КПД 21,4% со стандартным размером солнечной пластины 156 × 156 мм 2 путем комбинирования передних оптимизированных IP-текстур MACE с одновременным стеком SiO 2 / SiN x пассивация для Si IP на базе n + излучатель и стек Al 2 О 3 / SiN x пассивация тыльной поверхности. Ключ к высокой производительности заключается в оптическом превосходстве текстур IP и снижении электрических потерь за счет одновременной пассивации n + на основе Si IP. излучатель и тыльная поверхность. Эта новая структура и технология устройства PERC на основе Si IP демонстрируют большой потенциал в массовом производстве высокоэффективных солнечных элементов на основе кремния.

Методы

Структура устройства PERC на базе Si IP разработана следующим образом:(i) PERC на базе Si IP n + эмиттер пассивирован стеком SiO 2 / SiN x (PECVD) слои, как показано на рис. 1a. Структуры Si IP обладают хорошим коротковолновым антиотражающим эффектом благодаря большему количеству возможностей трех или более отскоков; тем временем стек SiO 2 / SiN x слой обеспечивает дальнейшее снижение отражательной способности и отличный эффект пассивирования для Si IP n + эмиттер. (ii) Задний отражатель состоит из пакета Al 2 О 3 (ALD) / SiN x (PECVD) слоев и нанесенного трафаретной печатью алюминия, как показано на фиг. 1а. Пакетные диэлектрические слои предназначены для оптимизации длинноволновых оптических свойств за счет увеличения внутреннего заднего отражения при сохранении хорошего эффекта электрической пассивации, который приписывается полевой пассивации фиксированных отрицательных зарядов в Al 2 О 3 слой и химическая пассивация атомов водорода в SiN x фильм. Одним словом, одновременно учитываются как оптические, так и электрические свойства, обеспечивающие высокую производительность PERC на базе Si IP.

Дизайн и процесс PERC на базе Si IP. а Трехмерная схема PERC на базе Si IP. б Схема процесса PERC на базе Si IP

В качестве подложек использовались коммерческие пластины 156 мм × 156 мм (100) -ориентированного кристаллического кремния (c-Si) толщиной 180 мкм, легированные бором (1–3 Ом · см). После стандартного процесса очистки текстуры перевернутой пирамиды были приготовлены на поверхности пластин Si следующим образом:(1) Очищенные пластины Si были погружены в смешанные растворы AgNO 3 (0,0001 M) / HF (4 M) / H 2 О 2 (1 M) в течение 300 с, в результате получается пористый Si. (2) Пластины Si с пористым Si травились в NH 4 ОН:H 2 О 2 :H 2 O =1:1:6 (объемные) растворы в течение 200 с для удаления остаточных наночастиц Ag. (3) Пластины с пористым Si были модифицированы в HNO 3 :H 2 O:HF =4:2:1 (объем) раствор для приготовления наноотверстий. (4) Текстуры перевернутых пирамид были изготовлены на поверхности кремниевой пластины путем анизотропного травления растворами NaOH 60 ° C в течение 30, 60 и 90 с соответственно.

POCl 3 диффундирует в течение 40 мин при 800 ° C в кварцевой трубчатой ​​печи, а затем n + формы эмиттера на передней части пластины (M5111-4WL / UM, 48-й научно-исследовательский институт CETC). Листовое сопротивление Si IP на основе n + излучатель 105-110 Ом · sq −1 . Селективный эмиттер был изготовлен на передней поверхности пластины методом лазерного легирования (DR-SE-DY70, DR Laser). После полировки задней поверхности SiO 2 Пассивирующие пленки получали термическим окислением на лицевой стороне кремниевых пластин. Аль 2 О 3 Слои пассивирования наносились на заднюю поверхность пластины методом ALD (PEALD-156, HUGUANG Scientific Instruments, Пекин) в течение ≈ 30 мин при 150 ° C. PECVD-SiN x слои образовывались реакцией NH 4 / SiH 4 (SC-TD-450C). Впоследствии пассивирующие слои заднего пакета пластины на основе Si IP были локально аблированы лазером с длиной волны 532 нм и длительностью импульса 10 пс (DR-AL-Y60, лазер DR), чтобы сформировать ширину 50 мкм и Отверстия местной линии с шагом 1 мм. Наконец, PERC на основе Si IP прошел коммерческую трафаретную печать (PV1200, DEK) и процесс совместного обжига (серия CF, Despatch), чтобы сформировать хорошо омические контакты и локальные BSF.

Морфология и структура образцов охарактеризованы с помощью растрового электронного микроскопа JEOL JSM-6390LA. Время жизни неосновных носителей заряда измерялось с помощью Sinton WCT-120. Спектры поглощения определяли с помощью FTIR (Tensor 27, BRUKER). Кривая C-V измеряется анализатором импеданса (E4900A, KEYSIGHT). Фотографии фотолюминесценции и электролюминесценции были сделаны с помощью системы анализа изображений PL / EL (LIS-R2, BTimaging). Спектры отражения, а также IQE и EQE были измерены на платформе измерения квантовой эффективности (QEX10, PV Measurements). Электрические параметры солнечных элементов были исследованы путем измерения вольт-амперного (ВАХ) при освещении AM1.5 (Crown Tech IVTest Station 2000). Эффективность ячеек измеряли с помощью тестера отдельных ячеек BERGER Lichttechnik.

Результаты и обсуждение

На рис. 2a – e показаны SEM-изображения вида сверху различных стадий процесса текстурирования поверхности кремния. На рис. 2а показан пористый Si размером 50–80 нм на поверхности пластины Si, протравленной методом MACE в смешанных растворах AgNO 3 . / HF / H 2 О 2 . Затем пористый Si модифицируется изотропным травлением в смешанных водных растворах, содержащих HF / HNO 3 . и оказывается структурами с наноотверстиями диаметром 800 нм, как показано на рис. 2b. Наконец, микронные перевернутые пирамиды (IP) с разными размерами (рис. 2c – e) получают гидроксидом натрия в водном растворе при 60 ° C в течение 30, 60 и 90 с соответственно. Из рис. 2c – e видно, что после щелочной обработки размеры структуры IP для трех длительностей травления 30, 60 и 90 с составляют ~ 1, 1,3 и 1,8 мкм соответственно, что означает увеличение размера IP с увеличение времени обработки щелочью. Кроме того, мы замечаем, что IP имеют тенденцию схлопываться и превращаться в вертикальные пирамиды с увеличением времени травления. Как известно, перевернутые пирамиды имеют то преимущество, что свет улавливается по сравнению с вертикальными, потому что в перевернутых пирамидах свет будет испытывать один или два дополнительных отражения, чем в вертикальных пирамидах. Следовательно, структуры с более коротким временем травления подходят для текстур улавливания света фотоэлектрических устройств из-за преимущества коротковолнового просветления. На рис. 2е представлены сравнительные фотографии для различных структур поверхности, соответствующие рис. 2а – е.

Морфология полученных структур Si перевернутой пирамиды (Si IPs-strus). а СЭМ-изображение пористого кремния, полученное MACE. б СЭМ-изображение наноотверстий при следующих модификациях в HF / HNO 3 смешанные растворы. c - е СЭМ-изображения перевернутых пирамид (поперечный разрез на вставке) травления в водном растворе NaOH при 60 ° C в течение 30, 60 и 90 с соответственно. е Сравнение фотографий для различных структур поверхности, соответствующих a - е

Теперь обратимся к оптическим свойствам Si IP-strus. По коэффициенту отражения во всем диапазоне длин волн 300–1100 нм (рис. 3a) мы видим, что пористый Si имеет низкое отражение из-за превосходных характеристик захвата света наноструктурами [22,23,24]. Для структур с наноотверстиями коэффициент отражения во всем диапазоне длин волн явно увеличивается, что объясняется уменьшением плотности и увеличением размеров наноотверстий. После обработки NaOH в течение 30 с, благодаря 3–4 отскокам между плоскостями (111) IP, структуры IP демонстрируют более низкое отражение в диапазоне длин волн 300–1100 нм, особенно в коротковолновом диапазоне 300–500 нм. . С увеличением времени травления щелочью IP становятся больше и имеют тенденцию быть вертикальными пирамидами, что приводит к увеличению отражательной способности. Когда все образцы были покрыты одной и той же стопкой SiO 2 / SiN x покрытия, коэффициент отражения резко падает более чем на 10%, что объясняется совокупным коэффициентом отражения от оптической интерференции пакета SiO 2 / SiN x тонкие пленки и поверхностные структуры. При этом спектры отражения образцов от разных процессов в основном различаются в диапазоне длин волн 300–600 нм, что обусловлено различием размеров деталей ИП. В частности, Si IP-струс покрыт стеком SiO 2 / SiN x слои обладают лучшей коротковолновой просветляющей способностью, чем другие, что указывает на превосходную внешнюю квантовую эффективность (EQE) в коротковолновом диапазоне.

Оптические свойства приготовленной Si IP-штанги. а Измеренная отражательная способность различной морфологии поверхности и b средний коэффициент отражения солнечной энергии R аве в диапазоне длин волн 300–1100 нм

Кроме того, мы вычисляем средний коэффициент отражения солнечного света R аве (см. рис. 3b) в диапазоне длин волн 300–1100 нм и сравним отражательную способность Si IP-штрафа с другими структурами, соответствующими различным промежуточным процессам, показанным на рис. 2a – c. R аве можно рассчитать по выражению

$$ R \ mathrm {ave} =\ frac {\ int_ {300 \ \ mathrm {nm}} ^ {1100 \ \ mathrm {nm}} \ mathrm {R} \ left (\ uplambda \ right) \ ast \ mathrm {S} \ left (\ uplambda \ right) \ ast \ mathrm {d} \ uplambda} {\ int_ {300 \ \ mathrm {nm}} ^ {1100 \ \ mathrm {nm}} \ mathrm {S} \ left (\ uplambda \ right) \ ast \ mathrm {d} \ uplambda} $$ (1)

где R ( λ ) и S ( λ ) обозначают измеренный коэффициент отражения и спектральное распределение солнечных фотонов AM1.5 соответственно. Как показано на рис. 3b, R аве s пористого Si, наноотверстия, IP и IP с SiO 2 / SiN x покрытия составляют 8,22, 17,96, 15,18 (группа 1–30 с) / 17,35% (группа 2–60 с) / 20,3% (группа 3–90 с) и 3,91% (группа 1–30 с) / 4,48% (группа 2–60 с) / 5,60% (группа 3–90 с) соответственно. R аве s показывают, что IP-штанга имеет лучшую антиотражающую способность, чем наноотверстия, и демонстрируют тенденцию к уменьшению с увеличением размера элемента. Когда IP-Strus покрывается стеком SiO 2 / SiN x слои, самый низкий R аве составляет 3,91%, что указывает на идеальную структуру улавливания света для фотоэлектрического устройства.

Стек SiO 2 (~ 2 нм) / SiN x (~ 75 нм) пассивация для Si IP на основе n + Излучатель является эффективным способом достижения хороших электрических характеристик PERC на основе IP, а их эффект пассивации [1] и механизм были систематически изучены в нашей предыдущей работе [14]. Чтобы показать электрическое превосходство стека Al 2 О 3 / SiN x Мы исследуем влияние различных условий отжига и выдержки света на эффективное время жизни неосновных носителей заряда ( τ eff ) относительно уровня закачки ( Δn ), как показано на рис. 4а. Обратите внимание, что полированные пластины Si имеют время жизни объемных неосновных носителей заряда ~ 350 мкс, а стопка Al 2 О 3 / SiN x Слои симметрично нанесены на обе стороны полированных пластин Si. Толщина внутреннего Al 2 О 3 и внешний SiN x слой оценивается как ~ 3 и ~ 125 нм соответственно. В атмосфере воздуха выполняются два режима отжига:300 ° С и 800 ° С в течение 15 мин. Затем пластины освещаются при температуре 25 ° C под двухполупериодной галогенной лампой с интенсивностью 50 мВт / см −2 . на 100 с. Как видно из рис. 4а, 48 мкс τ eff (300 ° C) и 126 мкс τ eff (800 ° C) после отжига намного выше, чем 22 мкс τ eff осажденного Al 2 О 3 / SiN x пассивированные образцы на уровне закачки 1,2 × 10 15 см −3 .

а τ eff по уровню закачки Δn при разных температурах отжига для Al 2 О 3 / SiN x пассивированные вафли. Пунктирная линия обозначает один уровень солнечной инъекции. б ИК-Фурье-спектры образцов. c C – V кривые для Au / Al 2 О 3 -SiN x / Структура Si. г Фотолюминесценция и фото электролюминесценции устройств

Важно отметить, что эффективный неосновной срок службы отожженных образцов после 100 с освещения составляет 230 мкс и 150 мкс соответственно, что намного больше, чем 126 мкс и 48 мкс до освещения, демонстрируя очень четкую пассивацию поверхности c-Si с усилением света Al 2 О 3 / SiN x слои. Эффект захвата заряда во время пропитывания светом [25,26,27,28] может быть одним из основных механизмов пассивации поверхности c-Si светом Al 2 . О 3 / SiN x фильмы. Как Al 2 О 3 Сообщается, что пленки имеют отрицательную фиксированную плотность заряда [29,30,31,32], некоторые из избыточных электронов, генерируемых светом, вероятно, будут инжектироваться или туннелироваться в состояния ловушек во внутреннем Al 2 О 3 пленка, в результате чего повышается уровень полевой пассивации. Интересно, что эффект световой пассивации при отжиге 300 ° C лучше, чем при 800 ° C, а это означает, что выдержка при более низкой температуре отжига является более эффективным способом применения фотоэлектрических устройств.

Чтобы изучить влияние процесса отжига на модификацию поверхности, мы сравниваем спектры поглощения инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) отожженных образцов со спектрами поглощения образца после осаждения. Из рисунка 4b видно, что связи Si – N, Si – O, Si – H и N – H соответствуют пикам валентного поглощения с волновыми числами ~ 840, 1070, 2200 и 3340 см -1 , соответственно. Мы видим, что плотности как Si – N, так и Si – O связей заметно увеличиваются после отжига; при этом плотность связей Si – H незначительно увеличивается. Увеличение плотности связей Si – O и Si – H означает уменьшение оборванных связей на границе раздела Si / SiO 2 , что приводит к лучшему эффекту пассивации [33]. Кроме того, процесс отжига способствует увеличению плотности связей Si – N, что указывает на более плотную структуру, которая может эффективно предотвращать проникновение внешней диффузии H в окружающую среду, а не в объем Si. Однако при слишком высокой температуре отжига H в группах Si – H и N – H может ускользать из объемного Si и диэлектрических слоев в окружающую среду, что приводит к снижению эффекта пассивации. Результат FTIR соответствует результату эффективного срока службы меньшинства.

Чтобы лучше понять разницу в механизме пассивации между термическим отжигом и обработкой с выдержкой света, мы анализируем плотность фиксированных зарядов ( N f ) и плотности интерфейсных ловушек ( N это ) на границе Si и Al 2 О 3 (ALD) / SiN x (PECVD) слои стека с использованием емкости-напряжения ( C-V ) измерения на основе строгой модели металл – оксид – полупроводник (МОП).

N f можно получить из следующего уравнения:

$$ {\ mathrm {N}} _ {\ mathrm {f}} =\ frac {{\ mathrm {Q}} _ {\ mathrm {f}}} {\ mathrm {S} \ times \ mathrm {e} } =\ frac {{\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {OX}} \ times \ left ({\ mathrm {V}} _ {\ mathrm {MS}} - {\ mathrm {V}} _ { \ mathrm {FB}} \ right)} {\ mathrm {S} \ times \ mathrm {e}} $$ (2)

где следующее выражение может вычислить V FB

$$ {V} _ {\ mathrm {FB}} ={V} _ {\ mathrm {MS}} - \ frac {Q_f} {C _ {\ mathrm {OX}}} $$ (3)

Обратите внимание, что S площадь металлического электрода, e электронный заряд, C OX - емкость диэлектрического пленочного слоя, В MS - разница работы выхода металлического электрода и Si p-типа, и V FB - напряжение плоской полосы.

Используя метод Леховца [34], мы можем получить N это из C-V кривая:

$$ {\ mathrm {N}} _ {\ mathrm {it}} =\ frac {\ left ({\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {OX}} - {\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {FB}} \ right) {\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {FB}}} {3 {\ left (\ updelta \ mathrm {C} / \ updelta \ mathrm {V} \ right)} _ {\ mathrm {FB}} \ mathrm {ekTS}} - \ frac {{\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {OX}} ^ 2} {\ left ({\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {OX}} - {\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {FB}} \ right) \ mathrm {S} {\ mathrm {e}} ^ 2} $$ (4)

где ( δC / δV ) FB - полоса наклона, близкая к плоской, принимаемая за абсолютную величину. C FB , e , и k - емкость МОП-структуры в плоской полосе, электронный заряд и постоянная Больцмана соответственно.

Из Рис. 4c видно, что измеренное значение C-V кривая Al 2 О 3 / SiN x слои стопки показывают очевидную область накопления, область истощения и область инверсии. Согласно C-V кривые и уравнение. (2–4), мы получаем интерфейсные свойства приготовленных МОП-структур, как показано в таблице 1.

Фиксированные плотности отрицательного заряда показывают значительное увеличение на порядок величины после термического отжига, в то время как плотности межфазных состояний значительно уменьшаются, что указывает на то, что отжиг усиливает химическую пассивацию и пассивацию полевым эффектом диэлектрических пленок. За счет дальнейшей обработки светом плотность межфазных состояний остается на том же уровне, в то время как плотности фиксированных отрицательных зарядов еще больше увеличиваются. Как упоминалось выше, некоторые из избыточных электронов, генерируемых светом, вероятно, будут инжектироваться или туннелироваться в состояния ловушек во внутреннем Al 2 О 3 пленка, что означает, что пропитка светом может усилить пассивацию диэлектрической пленки полевым эффектом. Хотя значение N это высокий, образец после отжига 300 ° C и выдержки на свету 100 с имеет наивысшее значение τ eff 230 мкс из-за максимального значения N f из - 2,87 × 10 12 см −2 , что означает, что в данном случае пассивация с полевым эффектом имеет преимущество перед химической пассивацией.

На рисунке 4d показаны фотографии фотолюминесценции и электролюминесценции солнечных элементов IP 1, 1,3 и 1,8 мкм с тем же процессом пассивации. Яркость трех групп фотографий как для фотолюминесценции, так и для электролюминесценции остается в основном на одном уровне, что означает, что три группы устройств солнечных элементов работают одинаково хорошо при пассивации дефектов. То есть процесс пассивации определяет электрические характеристики солнечного элемента, а не размер элемента IP, что будет подтверждено следующими выходными параметрами изготовленных солнечных элементов.

На основе превосходных оптических и электрических характеристик одновременного SiO 2 / SiN x слои стека пассивированные передние Si IP на основе n + эмиттер и Al 2 О 3 / SiN x Благодаря многослойному пассивированию заднего отражателя мы изготовили PERC на основе Si IP.

На рисунке 5a показаны внутренние квантовые эффективности (IQE) и отражения от передней поверхности изготовленных PERC на основе Si IP. Мы можем наблюдать, что 30-секундное щелочное травление IP-устройства (группа 1-30 с) показывает самый низкий коэффициент отражения на короткой длине волны 300-600 нм из-за меньшего размера элемента IP. Важно отметить, что группа 1–30 с имеет самые высокие IQE в этом диапазоне длин волн и, таким образом, дает самые высокие внешние квантовые эффективности (EQE), как показано на рис. 5b. Кроме того, изготовленные устройства демонстрируют почти одинаковые EQE в длинноволновом диапазоне из-за того же уровня отражения и IQE в этом диапазоне. Следовательно, группа 1–30 с меньшим размером элемента имеет лучшие выходные характеристики, чем две другие группы, что дополнительно подтверждается I-V и P-V кривые устройств (см. рис. 5в). На рисунке 5d показан η нашего чемпиона устройства достигли 21,41%, а также V oc 0,677 В, I sc 9,63 А и FF 80,30%. По нашим данным, это самый высокий η среди солнечных элементов на базе MACE-IP. На вставке к рис. 5d представлены фотографии передней и задней поверхности устройства Champion.

Высокопроизводительный PERC на базе Si IP. а IQE и коэффициент отражения PREC на основе Si IP с различным временем щелочного травления. б EQE PERC на основе Si IP с разным временем щелочного травления. c I – V и P-V кривая PERC на основе Si IP при разном времени щелочного травления. г I – V и P-V кривая устройства чемпиона

Кроме того, в таблице 2 приведены подробные параметры изготовленных устройств. Очевидно, что средний I sc (9,63 А) устройства группы 30 с выше, чем у устройств двух других групп, что заключается в его лучшей антиотражающей способности передней поверхности, как упоминалось выше. Разница я sc s в основном определяет выходные характеристики устройств. Кроме того, чем выше FF и более низкое последовательное сопротивление R s гарантирует более высокое η группы 30 с. Стоит отметить, что все средние V oc s PERC на основе Si IP находятся в диапазоне 674–676 мВ, демонстрируя одинаковую отличную пассивацию для передней и задней поверхности всех групп. Наконец, благодаря улучшенным оптическим и электрическим характеристикам, мы успешно достигли наивысшего η 21,4% солнечных элементов PERC на основе Si IP

Выводы

В заключение, мы оптимизируем морфологию структур Si IP MACE и производим новый солнечный элемент PERC на основе Si IP со стандартным размером 156 × 156 мм 2 путем объединения стека SiO 2 / SiN x слои покрытые IP-текстуры стеком Al 2 О 3 / SiN x пассивация тыльной поверхности. Оптические свойства показывают, что средний солнечный свет R аве текстур IP покрытых стеком SiO 2 / SiN x количество слоев может достигать 3,91%, что показывает IP-адреса как идеальную структуру для улавливания света для фотоэлектрических устройств. Также электрический анализ показывает, что полированная задняя поверхность пассивирована стеком Al 2 О 3 / SiN x слои обладают очень высоким τ eff 230 мкс из-за термической и световой обработки, демонстрируя хорошо усиленную светом пассивацию поверхности c-Si Al 2 О 3 / SiN x слои. Измерения FTIR служат дополнительным объяснением высокого значения τ eff s задней поверхности, пассивированной стопкой Al 2 О 3 / SiN x слои. Важно отметить, что высокая фиксированная плотность заряда N f из - 2,87 × 10 12 см −2 получено с помощью измерений C-V, которые выявляют сильную полевую пассивацию Al 2 О 3 / SiN x слои. Наконец, благодаря превосходным оптическим и электрическим характеристикам передней панели на базе Si IP n + эмиттер и задний отражатель, мы достигаем наивысшего η 21,4%, а также V oc 0,677 В, I sc 9,63 А и FF 80,30%. Достижение высокоэффективного Si IP на основе PERC обеспечивает IP эффективным способом массового производства высокоэффективных солнечных элементов на основе Si.

Доступность данных и материалов

Наборы данных, подтверждающие выводы этой статьи, включены в статью.

Сокращения

PV:

Фотоэлектрические

IP:

Перевернутая пирамида

Si:

Кремний

MACE:

Химическое травление с использованием металла

PERC:

Пассивированный излучатель и тыловая ячейка

PERL:

Пассивированный излучатель и задний фотоэлемент с локальным рассеиванием

c-Si:

Кристаллический кремний

mc-Si:

Мультикристаллический кремний

PECVD:

Химическое осаждение из паровой фазы с применением плазмы

ALD:

Осаждение атомного слоя

Si IP-strus:

Кремниевая перевернутая пирамида

R ave :

Средняя отражательная способность

EQE:

внешний квантовый выход

τ eff :

Эффективный срок службы неосновных носителей

Δn :

Уровень впрыска

FTIR:

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье

N f :

Плотность фиксированных сборов

N это :

Плотность интерфейсных ловушек

C – V :

Емкость – напряжение

IQE:

Внутренняя квантовая эффективность

V oc :

Напряжение холостого хода

I sc :

Ток короткого замыкания

FF:

Коэффициент заполнения

R s :

Последовательное сопротивление


Наноматериалы

  1. Кремниевый фотоумножитель (SiPM), структура, характеристики и применение
  2. Демонстрация гибкого биосенсора на основе графена для чувствительного и быстрого обнаружения клеток рака яи…
  3. Анализ организации актина и фокальной адгезии в клетках U2OS на полимерных наноструктурах
  4. Краткий отчет о достижениях высокоэффективных перовскитных солнечных элементов
  5. Электронные состояния нанокристалла, легированного кислородом, и видимая эмиссия на черном кремнии, получен…
  6. Оптические и электрические характеристики кремниевых нанопроволок, полученных методом химического травлен…
  7. Диэлектрические метаповерхности высокого порядка для высокоэффективных поляризационных светоделителей и о…
  8. Сравнение металлических электродов с рисунком типа Nanohole и Nanopillar, используемых в органических солнечных элем…
  9. Синтез нанокристаллов ZnO и применение в инвертированных полимерных солнечных элементах
  10. Оптические и электронные свойства фемтосекундных лазерно-индуцированных гипердопированных серой кремниевы…