丝网印刷优化的n型太阳能电池效率达到20%

用n型材料比用p型材料有若干优点。首先，在n材料中没有或极少硼杂质，因此硼氧络合物的形成可以忽略不计。在p-Cz材料中由于光照会形成B-O络合物，这在氧中是相当富集的，使材料的体载流子寿命降低。这将严重限制用这些硅片能得到的高效率。第二，发现n型材料对过渡金属杂质（例如Fe）灵敏度低得多。这使n型材料有较高的原料变化容差。

对n型太阳能电池的挑战
与在p型材料上加工太阳能电池比较，制造基于n型材料的太阳能电池遇到另外一些挑战。其中之一是p型硼发射极的形成。硼扩散要求的温度比用于p型电池的磷发射极扩散高。这使同时形成n型电池的发射极和BSF是一个挑战。此外，用氮化硅（SiNx）钝化发射极的常规方法对p+硼发射极效果较小，这是因为在SiNX/Si界面附近形成了固定的正电荷。这些将产生p+发射极耗尽倾向；这将增加pn-积(pn-product)，从而表面有效复合将增加。但是，目前有几种方法能有效地钝化硼发射极。其中一个在最近几年受到广泛注意，就是应用ALD（原子层淀积）Al2O3层，它在Al2O3/Si界面上/附近引入固定的负电荷。在ECN，我们已经开发了简单的湿法化学工艺，随后用PECVD淀积，在硼发射极上形成SiOX/SiNX钝化堆叠。
n型电池加工另一个要注意的是n型硅锭内电阻率的变化，它比p型硅锭的大，这是由于磷的分凝系数比较高。但是，在商用生产的Cz硅锭标准电阻率（1-5Ω-cm）范围内，我们至今也没有看到基极电阻率对电池效率的任何不利影响。

ECN的n型概念：n-PaSha
图1是n-pasha太阳能电池的基本结构。电池有一个敞开的背面，使其有可能适合作为双面电池。这与常规的p型电池明显不同，放入有透明背面的组件时增加了效率增益。从双面电池得益的另一途径是把电池置于有反射背板箔的组件中。正面与背面二者的特点是在n-pasha电池中的H栅金属化图形。英利制造的Panda电池就是采用这一概念。此外，这一电池概念很容易适应于像金属贯穿式（MWT）一类的背接触电池，如本次会议上Guillevin等人发表的论文中所述。

n-pasha电池是在6英寸半方n型Cz硅片上制作的。加工的第一步是用碱性刻蚀将硅片制绒使其具有随机形状的棱锥。用Tempress的工业管式炉形成硼发射极和磷BSF。用BBr3作为前驱物制造60Ω/sq发射极。正面和背面均覆盖SiNx层，用作钝化和抗反射。用丝网印刷在正面与背面加上金属化，在单次共烧工艺过程中在发射极合BSF上形成电接触。正面和背面的金属化能直接焊接，所以，为了实现组件中的接触，不需要任何额外的金属化步骤。

n-pasha电池的改进
n-pasha太阳能电池开发早期主要关心正面的优化：硼扩散和硼钝化。现在，重点转移到n-pasha电池的背面，做出对磷BSF和钝化的优化。

图2中示出了三种不同BSF（不同的掺杂剖面）电池（没有金属化时）的暗电压 Voc值。有剖面3的BSF比有剖面1的标准BSF的Voc增加15mv以上。这一电压增益在电池一级也能看到，尽管稍微小一些：在6个分开的实验批次中，对从3个不同的供应商提供的n型Cz材料作了试验，对于改进的BSF剖面观察到8-10mV的增益。Voc的增加可以用改进的背面钝化解释。有和没有金属化的电池之间Voc增益的差异可用金属接触下面的接触复合解释。为了进一步优化背面，可选的方法之一是大大减少金属部分。

除了Voc增加外，对于改进的BSF还观察到Jsc增加。这部分是因为改进的背面钝化，但也因为增加了内部反射。图3中示出了Jsc和Voc。此图示出了3个不同实验批次中对不同供应商的n型Cz做的试验的数据。对每一个实验批次（用不同的记号区分），加工了标准组（蓝色记号）和有改进的背面组（红色记号）。Jsc*Voc增益约3%，每一批次是明显重复的，增益与实验中所用的材料质量无关。

表1及图4中给出了旨在改进背面钝化实验之一的测量结果。背面钝化的改进大大提高了开路电压(Voc)和电流(Jsc)。即使填充因子(FF)稍低一些，绝对的总效率增益仍有0.4%，最高效率达到20.0%(用AAA级太阳模拟器在室内测量)。

由于电池是双面的，内部量子效率(IQE)可从正反二面决定，如图4所示。正面的IQE图表说明，长波长响应提高了。这一提高也许是由于几个因素：背面复合减少、背面内部反射提高及自由载流子吸收减少。背面照明取得的IQE图表说明，长波长与短波长二者的响应均有提高。背面IQE蓝色响应中的大增益是背面复合减少的明显标志，同时，红色响应中的增益指出了自由载流子吸收的减少。

总结
本文说明了，通过改进背面钝化，n-pasha电池效率可以提高绝对值的0.4%。这一工艺已被证明能增加Jsc和Voc，与我们在实验中所用n型基材质量无关。这使我们用工业电池生产工艺能在n-pasha电池上达到20.0%的效率。

作者：I.G. Romijn、A.R. Burgers、L.J. Geerligs、A.J. Carr、A. Gutjahr、D.S. Saynova、J. Anker、M. Koppes，ECN Solar Energy, Netherlands；Lang Fang、Xiong Jingfeng、Li Gaofei、Xu Zhuo、Wang Hongfang、Hu Zhiyan，Yingli Solar, China；P.R. Venema、A.H.G. Vlooswijk，Tempress Systems Netherlands