2024年4月9日发(作者：)

高效晶体硅太阳电池简介（1）

PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究

的高效电池。它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进

行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接

触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％

[26]

。由于背电极是通过

一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。为了尽可能

降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。

然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传

输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。另外，在轻掺杂

的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池

衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。

为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增

加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。这种想法早

已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的

固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。后来在实验过程中发

现采用液态源BBr

3

进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小，并且可

以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。1990年在PERC结构

和工艺的基础上，在电池的背面接触孔处采用了BBr

3

定域扩

散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示

[27]

。定域掺硼的温度为

900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，

2 h）。经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以

下。孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 µm，大大减少了横

向电阻。如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm

2

的

PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性

能有较大提高。

1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，

1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记

录。这种PERL电池取得高效的原因是

[28]

：（1）正面采光面为倒金字

塔结构，结合背电极反射器，形成了优异的光陷阱结构；（2）在正

面上蒸镀了MgF

2

/ZnS双层减反射膜，进一步降低了表面反射；（3）

正面与背面的氧化层均采用TCA工艺（三氯乙烯工艺）生长高质量的

氧化层，降低了表面复合；（4）为了和双层减反射膜很好配合，正

面氧化硅层要求很薄，但是随着氧化层的减薄，电池的开路电压和短

路电流又会降低。为了解决这个矛盾，相对于以前的研究，增加了

“alneal”工艺，即在正面的氧化层上蒸镀铝膜，然后在370 ℃的

合成气氛中退火30 min，最后用磷酸腐蚀掉这层铝膜。经过“alneal”

工艺后，载流子寿命和开路电压都得到较大提高，而与正面氧化层的

厚度关系不大。这种工艺的原理是，在一定温度下，铝和氧化物中

OH

-

离子发生反应产生了原子氢，在Si/SiO

2

的界面处对一些悬挂键进

行钝化。（5）电池的背电场通过定域掺杂形成，掺杂的温度和时间

至关重要，对实现定域掺杂的接触孔的设计也非常重要，因为这关系

到能否在整个背面形成背电场以及体串联电阻的大小。在这个电池中

浓硼扩散区面积为30 µm×30 µm，接触孔的面积为10 µm ×10 µm，

孔间距为250 µm，浓硼扩散区的面积仅占背面积的1.44%。定域扩散