優(yōu)秀的表面鈍化已成為高效電池制作的一項(xiàng)關(guān)鍵重要技術(shù)，本文對(duì)目前晶體硅鈍化及其在太陽(yáng)電池中的應(yīng)用做了總結(jié)與介紹。首先闡述了目前常用的幾種鈍化薄膜鈍化機(jī)理與制備方法，分析了各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)合，并重點(diǎn)討論了不同鈍化膜組成的疊層鈍化。隨著最近n 型高效電池研究的快速發(fā)展，介紹了當(dāng)今幾種常見(jiàn)的n 型電池結(jié)構(gòu)，對(duì)比了不同材料鈍化對(duì)電池性能影響。最后對(duì)未來(lái)發(fā)展作了總結(jié)與展望。雖然目前晶體硅太陽(yáng)能市場(chǎng)仍以p 型硅為主，可以預(yù)見(jiàn)，n 型電池將是未來(lái)高效低成本電池發(fā)展的方向。

　　目前，制造高效率、低成本的硅太陽(yáng)電池已成為光伏能源領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)，而低的表面復(fù)合速率是達(dá)到高效率的先決條件之一。為了提高光生載流子壽命降低表面復(fù)合，表面鈍化一直是改善提高電池效率的重要技術(shù)手段。上世紀(jì)80 年代中期，正是由于表面及體鈍化技術(shù)在電池方面利用使得晶硅電池效率首次突破20%，開(kāi)啟了第三次電池效率提高浪潮。最近，日本松下公司開(kāi)發(fā)的基于超薄襯底晶體硅電池(100 μm) 效率達(dá)到了25.6%，打破了澳大利亞新南威爾士大學(xué)( UNSW)M. A. Green 帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)所保持的近十五年的研發(fā)記錄( PREL 電池效率為25%) ，現(xiàn)有晶硅電池效率到達(dá)一個(gè)頂峰，可以說(shuō)表面鈍化在電池效率提升中發(fā)揮著重要作用。

　　盡管目前光伏市場(chǎng)還是主要被p 型電池占據(jù)，n型硅電池在高效率電池方面的各種優(yōu)勢(shì)已經(jīng)開(kāi)始吸引人們的廣泛關(guān)注。2013 年光伏國(guó)際技術(shù)路線圖( ITRPV) 已經(jīng)明確預(yù)測(cè)未來(lái)晶硅電池市場(chǎng)將由p 型硅開(kāi)始向使用n 型硅轉(zhuǎn)變。n 型電池相較于傳統(tǒng)p 型電池具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如雜質(zhì)容忍度高、載流子壽命長(zhǎng)、無(wú)光致衰減性能穩(wěn)定等。但與常規(guī)p 型電池磷擴(kuò)發(fā)射極不同，n 型電池為p + 發(fā)射極，一些常規(guī)鈍化技術(shù)不太適用。為限制成本，改善鈍化性能，提高產(chǎn)率，相應(yīng)的n 型電池鈍化也提出了新的需求。

　　近年來(lái)，一些新發(fā)展鈍化技術(shù)諸如原子層沉積( AtomicLayer Deposition，ALD) 沉積Al2O3等非常適合p + 發(fā)射極表面鈍化，這為n 型電池發(fā)展提供了有益幫助，n 型電池的研究也越來(lái)越集中。其中，Sunpower的IBC( Interdigitated Back Contact) 和Sanyo 的HIT( Heterojunction with intrinsic Thinlayer) 電池作為目前效率最高的兩款商品化電池，轉(zhuǎn)換效率都在20%以上，實(shí)驗(yàn)室效率更是高達(dá)24%以上。

　　本文旨在分析與綜述近年來(lái)常用的電池鈍化技術(shù)機(jī)理，各種鈍化薄膜制備、性質(zhì)與電池中應(yīng)用情況，介紹快速發(fā)展的典型n 型電池結(jié)構(gòu)及鈍化技術(shù)在其中的應(yīng)用，為下一步快速發(fā)展的電池鈍化技術(shù)提供思考與借鑒。

　　表面鈍化機(jī)理與方法

　　硅材料中存在著大量的雜質(zhì)、缺陷和表面態(tài)，它們會(huì)在禁帶中引入附加能級(jí)從而成為復(fù)合中心，這種表面復(fù)合嚴(yán)重影響著光生載流子壽命從而降低電池效率。由肖克萊-里德-霍爾( SRH) 復(fù)合公式，界面處載流子復(fù)合率Us可表示為

　　式中，ns和ps分別是表面電子和空穴密度，Nit為表面態(tài)缺陷密度，σp與σn分別為空穴和電子俘獲截面。由公式可以得到表面復(fù)合率與表面態(tài)的關(guān)系，Us隨Nit減少而降低，且與ns和ps變化呈正相關(guān)。這也同時(shí)指出可以采用兩種不同的技術(shù)角度來(lái)降低表面載流子復(fù)合速率: ①降低表面缺陷態(tài)密度; ②降低表面自由電子或空穴濃度。

　　為了有效地降低表面缺陷態(tài)密度，通常方案是在晶硅表面沉積或生長(zhǎng)一層適當(dāng)?shù)拟g化層，或?qū)⒐杵�浸泡在極性溶液中，來(lái)飽和懸掛鍵降低表面態(tài)，這也是常說(shuō)的化學(xué)鈍化( Chemical passivation) 。另一種鈍化方案是通過(guò)建立一個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)來(lái)降低晶硅表面自由電子或空穴濃度。內(nèi)建電場(chǎng)可以通過(guò)覆蓋場(chǎng)效應(yīng)鈍化層或在表面處重?fù)叫纬伤�謂的高低結(jié)( p + p 或n + n) 得到，常規(guī)p 型電池的鋁背場(chǎng)鈍化效果既是這種鈍化機(jī)理體現(xiàn)。這也是常說(shuō)的場(chǎng)效應(yīng)鈍化( field-effect passivation) 。

　　依據(jù)這兩個(gè)基本技術(shù)方法，目前晶硅表面鈍化方案有很多，按類(lèi)別又可分為溶液鈍化和薄膜鈍化兩類(lèi)。溶液類(lèi)鈍化是將硅片浸入某種特殊液體中，如氫氟酸、硝酸、碘酒等，通過(guò)溶液與硅片表面的化學(xué)反應(yīng)，飽和硅片表面懸掛鍵從而降低表面態(tài)密度降低表面復(fù)合速率。目前鈍化效果較好的化學(xué)溶液是碘酒。但由于這些方法的極不穩(wěn)定性使其并未用于電池生產(chǎn)，只是應(yīng)用于一些測(cè)試過(guò)程，在電池中使用的主要是薄膜鈍化。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　表面鈍化作為一種重要技術(shù)手段與必備工藝深深影響著電池效率提升。如今，為了滿(mǎn)足電池發(fā)展的高效率低成本化，更加有效合理的鈍化方案也正在被人們深入研究開(kāi)發(fā)推廣。

　　實(shí)際上，現(xiàn)今鈍化體系中，每種鈍化薄膜總是有各種各樣的適用性及局限性，沒(méi)有一種材料能夠完美的保證低成本、高速度、高性能、高可靠性、低附加影響等的條件。實(shí)際電池制作總是綜合考慮多種制備手段、多種鈍化薄膜使用以保證與預(yù)計(jì)需求的較好折衷。疊層鈍化能夠較好地綜合各種鈍化膜優(yōu)勢(shì)與弊端，會(huì)是未來(lái)晶硅鈍化技術(shù)發(fā)展方向。采用何種疊層、如何設(shè)計(jì)厚度以達(dá)到最優(yōu)化鈍化效果、不同的疊層各自的增強(qiáng)作用機(jī)理以及如何滿(mǎn)足低成本大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用仍值得進(jìn)一步研究; 另外常規(guī)單層鈍化材料是否可以通過(guò)改進(jìn)制備技術(shù)優(yōu)化鈍化質(zhì)量降低成本等也值得深入探討。

　　隨著近年n 型電池的快速發(fā)展，n 型電池中的鈍化愈發(fā)重要。其中Al2O3鈍化技術(shù)的進(jìn)步為p + 發(fā)射極表面鈍化提供了廣闊的發(fā)展空間，但同時(shí)ALD沉積的高成本低速率又限制了其發(fā)展，因此如何優(yōu)化鈍化性能、設(shè)計(jì)疊層結(jié)構(gòu)、改進(jìn)沉積設(shè)備提高生產(chǎn)速度降低成本仍會(huì)是近期的研究重點(diǎn)，相信Al2 O3薄膜基于其優(yōu)秀的鈍化性能定會(huì)獲得更廣泛的應(yīng)用。雖然目前晶體硅太陽(yáng)能市場(chǎng)仍以p 型硅為主，可以預(yù)見(jiàn)，n 型電池將是未來(lái)高效低成本產(chǎn)業(yè)化電池發(fā)展的方向。