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快速热处理在太阳电池中的应用

花聚团  
【摘要】:太阳能是一种非常重要的可再生清洁能源,使用太阳电池发电是利用太阳能的重要途径之一,而制备低成本、高效率太阳能电池则是大规模利用太阳能电池发电的关键。本篇论文利用一种快速、节省能耗而且廉价的技术——快速热处理(Rapid Thermal Processing,RTP)技术,在国内率先成功地制备了具有较高光电转化效率的单晶硅太阳能电池。在三个重要的热处理环节(磷扩散制作P-N结、热氧化、电极烧结)采用了快速热处理法,电极制作环节采用了大规模生产线上常用的丝网印刷电极法。经过初步研究,用大面积的单晶硅片制备出转换效率为11%、开路电压为564.6 mV、短路电流密度为30.7 mA/cm~2的太阳电池。 在太阳电池制备过程中,发射极(p-n结)的制备是一个非常重要的环节,因此在这个过程中,我们着重研究了磷在硅中的扩散。实验中使用液态旋涂磷源(Spin-on-dopants,SOD)做为掺杂剂,利用RTP技术在不同时间、温度和气氛下进行了快速热扩散。处理后,利用四探针法(Four-Poim Probe,FPP)、扩展电阻法(Spreading Resistance Profiles,SRP)等研究了磷在硅中的扩散.下面是本论文研究工作的主要内容,及取得的主要成果: 1) 利用SRP和FPP对经过不同温度下,干氧、湿氧和氢气气氛下磷的扩散进行了研究,发现RTP系统并不适合在湿氧环境下进行快速热处理。通过对实验结果的分析,发现在RTP处理时,氧气对磷在硅中的扩散也有类似常规热处理时的氧化增强扩散效应。 2) 利用SRP和FPP研究了氧气和氩气气氛中,1050℃和900℃下RTP扩散不同时间的样品。结果表明,在氧气氛中、1050℃下RTP时,高能光子的增强扩散效应在扩散过程中不起主导作用,而在低温阶段(900℃),不管是氧气气氛还是氩气气氛中,高能光子增强扩散效应都在扩散过程中起主导作用。 3) 利用SRP和FPP研究了不同气氛、时间和温度的RTP处理后样品中磷的扩散情况及扩散深度随时间变化的规律。结果又一次验证了氧化增强扩散效应,并表明,氧气气氛下的磷扩散表现为两个阶段,在这两个阶段里,氧化增强扩散效应和光能光子增强扩散效应所起的作用发生了变化。 4) 利用RTP技术和工业上常用的丝网印刷电极方法在国内率先制备了具有


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