n型衬底电池及p型发射区表面钝化技术

n型电池的发射区是用硼掺杂的p型区形成的，而p型区域的表面钝化一直很困难。PECVD SiNx中的正电荷能非常有效地在硅表面感生电子，使n型发射区表面进入累积状态，从而排斥少子也就是空穴在表面的浓度，因而对n型硅表面可以很有效地降低表面复合率而达到钝化的目的速率。但如果把SiNx沉积在p型硅表面，SiNx中的正电荷还是吸引电子而使p型硅表面进入耗尽状态，而少子－电子在硅表面的浓度提高会加大复合作用，这样SiNx不但不能钝化p型硅表面，还会使这样表面的复合损失加大。

热生长的氧化硅自身也带有的一定数量级的正电荷（1010～1011数量级），从场钝化的效果来看热氧化硅仍然会因为使n型硅表面产生一定程度积累状态，p型硅表面产生一定程度的耗尽状态。这使得热氧化硅更加适合于作为n型硅表面的钝化层。尽管如此，热生长SiO2仍然是一种良好的p型硅表面钝化方案。UNSW的PERC和PERL电池以及n－PERT电池的背面p－型硅表面都是采用SiO2钝化的。

图6．26是UNSW在2005年研发n型PERT结构电池（passivated emitter，rear totally－diffused，钝化发射极、背面全扩散电池），转换效率为22．7%，追平了当时n型硅电池效率的世界纪录［37］。这种电池结构将硼扩散的p型发射区设置在电池的背面。由于这种电池的发射区不受光照，基区中的光生载流子—空穴被收集到发射区中变成多子，因而不存在复合损失的问题。因此，p型发射区可以采用更低的方块电阻，也容易做得更均匀。

值得强调的是，背面p型表面用SiO2效果并不是最佳，如果现在改用Al2O3来代替背面SiO2，这种n－PERT电池的性能应当可以进一步提高。只可惜当时Al2O3钝化技术还没能成功地应用于p型硅表面。当然p型PERL电池的背面钝化也是它的一个弱点，采用Al2O3钝化PERL电池的背面应当有同样良好的效果。

(www.xing528.com)

图6．26　n－PERT（Passivated　Emitter，Rear　Totally－diffused，钝化发射极、背面全扩散电池）电池结构［37］

图6．27　Al2O3钝化的n型硼正结PERL电池结构［35］

2008年，Jan Benick（Fraunhofer ISE）和Bram Hoex利用带有负电荷的ALD生长的Al2O3来钝化n型电池的p型发射区表面，得到了极佳的效果，并制造出23．2%的新的n型硅电池的世界纪录［34，35］。2009年和2010年Fraunhofer ISE又将这个纪录继续提高到23．4%和23．9%［54］。图6．27给出这种电池的结构［54］，这种结构中将硼发射极设置在电池正面，硼结的钝化是采用10～20nm的Al2O3，其上还是要一层SiNx来形成光学减反射膜，背面则采用局部n＋掺杂、热氧化钝化结合局部金属化。