用富有金属替代Si太阳能电池中的Ag电极

在Si(100)表面中止悬空键的另一结果是抑制了表面的化学活性。这就是抑制Al与Si合金化的机理，也抑制了无意中Si 的p型掺杂。

实验是通过检验在Se钝化Si(100)表面上Ni硅化进行的。在二片Si(100)硅片上淀积50nm Ni膜，一片有Se钝化，另一片没有Se钝化。在N2中400-700℃间加热这些样品60秒进行硅化，用透射电子显微镜检查Ni/Si界面。结果示于图3。对于没有Se且在400℃下退火的控制样品，观察到硅化，结果在Ni和Si间有二层硅化物堆叠（图3(a)）。这证实了Foll等人早先对于Ni硅化的TEM研究。他们的结论是，二层堆叠分别为Ni2Si和NiSi。500℃退火后，单层NiSi出现在控制样品的Ni/Si界面（图3(b)）。但是，钝化样品的表现完全不同。400℃退火后（图3(d)），Ni与Se钝化Si(100)表面间没有硅化而且界面陡削。500℃退火后，Ni与Se钝化Si(100)表面间仍然没有明显的反应（图3(e)）。仅仅在600℃退火后，Ni与Se钝化Si(100)反应形成单层NiSi（图3(f)）。因此，Ni/Se钝化Si(100)界面的热稳定性是～400℃。



上述结果说明，直到400℃均能防止Al与Si合金化，或直到400℃能抑制n型Si的无意p型掺杂。由于目前Al浆一般在750℃烧结，需要开发新的低温Al浆，用于以低于400℃烧结温度的n侧接触。若p侧Al浆仍然在750℃烧结，对于这样的全Al硅片太阳能电池就必须采用二步烧结工艺：第一次烧结在750℃用于p侧接触，第二次烧结在400℃用于n侧接触。二步烧结工艺似乎比目前的一步烧结工艺成本较高，不过，这或许是我们为了在硅片太阳能电池中避免用Ag不得不付出的代价。

结论

Si太阳能电池达到万亿瓦级规模的主要瓶颈之一是Ag的稀缺。根据材料的丰度和电阻率，得出的结论是，Cu和Al是指形电极Ag的合适替代品。讨论了Cu或Al替代Ag的一些挑战，包括抗氧化、接触电阻和阻挡层。过去有关这一课题的大多数工作集中于Cu，我们提出用价补钝化作为Al替代Ag时碰到的挑战的解决方案。 得到的初步结果支持我们的看法，这些结果包括：Al与Se钝化n型Si(100)表面间创纪录低的0.08eV肖特基势垒，直至～400℃ Se钝化Si(100)表面和Ni之间硅化的抑制。用价补钝化有可能构建全Al接触硅片太阳能电池，用于低成本万亿瓦规模的部署。