P型单晶硅太阳能电池衰减的原因与改善措施分析

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P型单晶硅太阳能电池衰减的原因与改善措施分析

作者：刘东林等

来源：《硅谷》2014年第24期

摘要随着晶硅太阳电池光电转换效率的提高，其光衰也随之提高，成为高效晶硅电池科技发展的瓶颈。本文介绍了近年来对掺硼晶硅太阳电池的光衰减问题及衰减机制，指出硼与间隙氧的存在是引起掺硼晶硅太阳电池光照衰减的主要因素，并对如何减小或避免光衰减的改善措施进行了分析。

关键词光衰减；掺杂；单晶硅；太阳能电池

中图分类号：TM914 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）24-0037-01

晶体硅太阳电池是最重要的光伏器件，近年来一直是硅材料研究界和光伏产业界的重点关注领域。众所周知，常规的晶体硅太阳电池都是基于P型掺硼硅晶体制造的，但这种电池存在着光衰减现象，也就是指电池在服役过程中转换效率会发生迅速衰减的现象。该现象已经成为制约高效太阳电池发展的一个重要瓶颈。

目前光衰减现象的性质和机理还未完全清楚，它是当前国际上晶体硅太阳电池材料和器件方向的研究热点之一。本文着重阐述了现有的P型晶体硅太阳电池光衰减的机理与抑制（或消除）光衰减的措施。

1 衰减机理

Fischer和Pschunder在1973年发现了掺硼Cz-Si太阳电池的光衰减问题[1]，如图1所示。该研究表示1Ωcm掺硼直拉硅电池在光照一段时间后电池性能衰减较为明显；随光照时间的延长，衰减趋于稳定达到饱和值；后在一定温度光照一定时长后，电池性能得到完全恢复。经过几年的联合研究[2]，通过大量的实验清楚的认识了Cz-Si光衰减的缺陷，证实了引起Cz-Si光衰减缺陷的主要成分是硼和氧。研究指出在晶体硅中硅的原子半径要比B的原子半径大25%，故后者更易于吸引硅中的间隙氧原子。同时，由两个间隙氧原子组成的双氧分子O2i与替位的硼原子结合，从而形成B-O复合体。这种观点已得到Adey等的理论计算支持，并提出了如下反应的B-O形成机制模型。

2 改进措施

对于硼氧复合体来说，通常是采用降低硅材料中硼或氧含量、用其他掺杂元素来替代硼等措施进行改善，主要有以下