Émetteur et cellules arrière passifs à base de pyramide inversée en silicium à haute efficacité

Introduction

L'amélioration de l'efficacité est le thème éternel de l'industrie des cellules solaires, qui se concentre principalement sur deux aspects :les performances optiques et les performances électriques. La technique de texturation frontale est importante pour stimuler les performances optiques du dispositif. La pyramide inversée (IP) en tant que structure attrayante de piégeage de la lumière a attiré une attention considérable en raison de son effet antireflet supérieur et de ses caractéristiques structurelles [1,2,3,4,5,6,7]. Pour être précis, la lumière entrante à courte longueur d'onde dans le silicium (Si) IP subit trois ou plusieurs rebonds avant d'être réfléchie, possédant un ou plusieurs rebonds par rapport aux pyramides verticales traditionnelles [7,8,9]. Pendant ce temps, ce Si à structure pyramidale inversée évitera les pertes de recombinaison sévères rencontrées par le Si noir nanostructuré [10,11,12,13,14,15,16] en raison de sa caractéristique structurelle grande et ouverte.

En utilisant la lithographie des textures pyramidales inversées sur la surface avant et SiO₂ passivation de la surface arrière, le groupe de Green [17] a fabriqué avec succès un émetteur passivé efficace à 25,0 % et une cellule solaire à diffusion locale arrière (PERL) d'une superficie de 4 cm ² . Cependant, la technique de lithographie n'est pas adaptée à la production de masse en raison de son coût, de sa faible capacité de production et de son incompatibilité. Récemment, de nombreux intérêts de recherche se sont tournés vers les pyramides inversées à grande surface de gravure chimique assistée par métal (MACE), car la technique MACE est simple, peu coûteuse, de grande surface et compatible avec la ligne de production actuelle [14, 18, 19, 20,21]. Par exemple, Jiang et al. [7] ont rapporté des nanostructures de pyramides inversées préparées par le procédé MACE suivies d'un traitement de solution de reconstruction post nanostructure et l'efficacité de conversion de cellules solaires en silicium multicristallin (mc-Si) à base d'IP de grande taille de 156 × 156 mm ² les plaquettes ont atteint jusqu'à 18,62 %. En utilisant des nanoparticules de Cu pour catalyser la gravure chimique du Si, Yang et al. [8] ont obtenu 18,87% de cellules solaires en Si à structure IP efficaces avec une grande surface. Zhang et al. [9] ont fabriqué une cellule solaire sc-Si avec une microstructure IP par texturation alcaline modulée combinée à une méthode MACE optimisée et ont obtenu un dispositif texturé IP de 1 m efficace à 20,19% avec une grande surface. Jusqu'à présent, les performances de la cellule solaire Si IP avec une grande surface ne sont pas encore satisfaites en raison de l'uniformité de la grande surface de la morphologie IP, du contrôle de la taille de la caractéristique IP et de la passivation de l'appareil. En conséquence, les textures Si IP optimisées à l'avant ainsi que la passivation arrière devraient encore améliorer les performances des cellules.

Dans cet article, nous avons réussi à fabriquer un émetteur et des cellules arrière (PERC) Si IP à efficacité de 21,4 % avec une taille de plaquette solaire standard de 156 × 156  mm ² en combinant les textures IP MACE optimisées en façade avec la pile simultanée SiO₂ /SiN_x passivation pour le Si IP n ⁺ émetteur et pile Al₂ O₃ /SiN_x passivation de la face arrière. La clé des hautes performances réside dans la supériorité optique des textures IP et la réduction des pertes électriques par la passivation simultanée du Si IP n ⁺ émetteur et surface arrière. Cette nouvelle structure et technique de dispositif PERC basé sur IP Si présente un grand potentiel dans la production de masse de cellules solaires à base de silicium à haut rendement.

Méthodes

La structure de l'appareil du PERC basé sur IP Si est conçue comme suit :(i) Le PERC basé sur IP Si n ⁺ l'émetteur est passivé par la pile SiO₂ /SiN_x (PECVD) comme le montre la figure 1a. Les structures Si IP ont un bon effet antireflet à courte longueur d'onde en raison de plus d'opportunités de trois rebonds ou plus; pendant ce temps, la pile SiO₂ /SiN_x couche offre une réflectance encore réduite et un excellent effet de passivation pour les Si IPs n ⁺ émetteur. (ii) Le réflecteur arrière est composé de l'empilement Al₂ O₃ (ALD)/SiN_x (PECVD) et Al sérigraphié comme le montre la figure 1a. Les couches diélectriques empilées sont conçues pour optimiser les propriétés optiques des grandes longueurs d'onde en augmentant la réflectance arrière interne tout en maintenant un bon effet de passivation électrique, qui est attribué à la passivation par effet de champ des charges négatives fixes dans Al₂ O₃ couche et la passivation chimique des atomes d'hydrogène dans SiN_x film. En un mot, les propriétés optiques et électriques de cette conception sont simultanément prises en compte pour garantir des performances élevées du PERC Si IP.

Conception et processus du PERC Si IP. un Diagramme tridimensionnel du PERC Si IP. b Flux de processus du PERC basé sur IP Si

Des plaquettes commerciales de type p de 180 μm d'épaisseur 156 mm × 156 mm (100) orientés silicium cristallin (c-Si), dopé au bore (1–3 ·cm) ont été utilisées comme substrats. Après le processus de nettoyage standard, des textures pyramidales inversées ont été préparées à la surface des plaquettes de Si comme suit :(1) Les plaquettes de Si nettoyées ont été immergées dans les solutions mélangées d'AgNO₃ (0.0001 M)/HF (4 M)/H₂ O₂ (1 M) pendant 300 s, résultant en Si poreux. (2) Des plaquettes de Si avec Si poreux ont été gravées dans un NH₄ OH : H₂ O₂ :H₂ O =1:1:6 (volume) solutions pendant 200 s pour éliminer les nanoparticules d'Ag résiduelles. (3) Les plaquettes avec Si poreux ont été modifiées dans un HNO₃ :H₂ O:HF =4:2:1 (volume) solution pour préparer des nanotrous. (4) Des textures de pyramides inversées ont été fabriquées à la surface d'une plaquette de Si par gravure anisotrope de solutions de NaOH à 60 °C pendant 30, 60 et 90 s, respectivement.

POCl₃ diffuse 40 min à 800 °C dans le four tube quartz puis n ⁺ Formes émettrices sur le devant de la plaquette (M5111-4WL/UM, CETC 48th Research Institute). La résistance de couche du Si IP n ⁺ l'émetteur est de 105-110 Ω·sq ⁻¹ . L'émetteur sélectif a été fabriqué sur la face avant de la plaquette par dopage laser (DR-SE-DY70, DR Laser). Après la surface arrière polie, SiO₂ des films de passivation ont été préparés par oxydation thermique sur la face avant des plaquettes de silicium. L'Al₂ O₃ des couches de passivation ont été déposées sur la surface arrière de la plaquette par ALD (PEALD-156, HUGUANG Scientific Instruments of Beijing) pendant 30 min à 150 °C. Le PECVD-SiN_x les couches ont été formées par la réaction de NH₄ /SiH₄ (SC-TD-450C). Par la suite, les couches de passivation de l'empilement arrière de la plaquette Si IP ont été localement supprimées par un laser de longueur d'onde de 532 nm et de longueur d'impulsion de 10 ps (DR-AL-Y60, DR Laser), afin de former la largeur de 50 μm et Ouvertures de lignes locales au pas de 1 mm. Enfin, le PERC basé sur Si IP a subi le processus commercial de sérigraphie (PV1200, DEK) et de co-cuisson (série CF, expédition), pour former des contacts bien ohmiques et des BSF locaux.

Les morphologies et structures des échantillons ont été caractérisées avec un microscope électronique à balayage JEOL JSM-6390LA. La durée de vie des porteurs minoritaires a été mesurée en utilisant un Sinton WCT-120. Les spectres d'absorption ont été déterminés par FTIR (Tensor 27, BRUKER). La courbe C-V est mesurée par un analyseur d'impédance (E4900A, KEYSIGHT). Les photos de photoluminescence et d'électroluminescence ont été prises par le système d'analyse d'imagerie PL/EL (LIS-R2, BTimaging). Les spectres de réflectance, ainsi que les IQE et EQE, ont été mesurés sur la plateforme de mesure d'efficacité quantique (QEX10, PV Measurements). Les paramètres électriques des cellules solaires ont été étudiés par mesure courant-tension (I-V) sous l'éclairage d'AM1.5 (Crown Tech IVTest Station 2000). L'efficacité de la cellule a été mesurée à l'aide d'un testeur à cellule unique BERGER Lichttechnik.

Résultats et discussion

La figure 2a–e montre les images SEM en vue de dessus des différentes étapes du processus de texturation de la surface du silicium. La figure 2a montre le Si poreux de 50 à 80  nm sur la surface d'une plaquette de Si gravée par la méthode MACE dans les solutions mixtes d'AgNO₃ /HF/H₂ O₂ . Par la suite, le Si poreux est modifié par la gravure isotrope dans les solutions aqueuses mixtes contenant HF/HNO₃ et s'avère être des structures de nanotrous d'un diamètre de 800  nm, comme le montre la figure 2b. Enfin, les pyramides inversées (PI) microns de différentes tailles (Fig. 2c-e) sont obtenues par de la soude en solution aqueuse à 60°C pendant 30, 60 et 90 s, respectivement. À partir de la figure 2c-e, nous pouvons voir qu'après traitement alcalin, les tailles de structure IP pour trois temps de gravure de 30, 60 et 90 s sont de ~ 1, 1,3 et 1,8  μm, respectivement, ce qui signifie une taille croissante d'IP avec l'augmentation du temps de traitement alcalin. Aussi, nous remarquons que les IP ont tendance à s'effondrer et à transiter pour être les pyramides verticales avec l'augmentation du temps de gravure. Comme on le sait, les pyramides inversées ont l'avantage de piéger la lumière par rapport aux pyramides verticales, car la lumière subira un ou deux rebonds supplémentaires dans les pyramides inversées par rapport aux pyramides verticales. Par conséquent, les structures avec un temps de gravure plus court conviennent aux textures de piégeage de la lumière des dispositifs PV en raison de l'avantage de l'antireflet à courte longueur d'onde. La figure 2f est les photos comparées pour différentes structures de surface correspondant à la figure 2a-e.

Morphologie des structures pyramidales inversées en Si préparées (Si IPs-strus). un Image SEM de silicium poreux obtenue par MACE. b Image SEM de nanotrous par les modifications suivantes dans le HF/HNO₃ solutions mixtes. c –e Images SEM de pyramides inversées (coupe transversale en médaillon) par gravure dans une solution aqueuse de NaOH à 60°C pendant 30, 60 et 90 s, respectivement. f Photos comparées pour différentes structures de surface correspondant à a –e

Passons maintenant aux propriétés optiques du Si IP-stru. À partir de la réflectance sur toute la gamme de longueurs d'onde de 300 à 1100  nm (Fig. 3a), nous observons que le Si poreux a une faible réflexion en raison des excellentes performances de piégeage de la lumière des nanostructures [22,23,24]. Pour les structures de nanotrous, la réflectance dans toute la gamme de longueurs d'onde a une augmentation évidente, qui est attribuée à la diminution de la densité et à l'augmentation de la taille des caractéristiques des nanotrous. Après un traitement NaOH pendant 30 s, bénéficiant de 3 à 4 rebonds entre les (111) plans de l'IP, les structures IP affichent une réflexion plus faible sur la gamme de longueurs d'onde de 300 à 1100 nm, en particulier dans la gamme de longueurs d'onde courtes de 300 à 500  nm . Avec l'augmentation du temps de gravure alcaline, les IP deviennent plus grandes et ont tendance à être des pyramides verticales, ce qui entraîne une réflectance croissante. Lorsque tous les échantillons ont été recouverts du même stack SiO₂ /SiN_x revêtement, la réflectance chute brutalement de plus de 10 %, ce qui est attribué à la réflectance combinée de l'interférence optique de l'empilement SiO₂ /SiN_x les films minces et les structures de surface. Dans ce cas, les spectres de réflexion des échantillons de différents processus sont principalement différents dans la plage de longueurs d'onde de 300 à 600  nm, ce qui est dû à la différence de taille des caractéristiques des IP. En particulier, Si IP-strus couvert par la pile SiO₂ /SiN_x Les couches présentent une meilleure capacité antireflet à courte longueur d'onde que les autres, indiquant les excellents rendements quantiques externes (EQE) dans la plage de courte longueur d'onde.

Propriétés optiques du Si IP-strus préparé. un La réflectance mesurée de différentes morphologies de surface et b la réflectance solaire moyenne R _ave sur la plage de longueurs d'onde de 300 à 1 100  nm

De plus, nous calculons la réflectivité solaire moyenne R _ave (voir Fig. 3b) sur la gamme de longueurs d'onde de 300–1100 nm et comparer la réflectivité de Si IP-strus avec d'autres structures correspondant à différents processus intermédiaires montrés dans Fig. 2a–c. R _ave peut être calculé par l'expression de

où R (λ ) et S (λ ) désignent respectivement la réflectance mesurée et la distribution spectrale des photons solaires AM1,5. Comme le montre la figure 3b, le R _ave s de Si poreux, nanotrous, IP et IP avec SiO₂ /SiN_x revêtement sont 8,22, 17,96, 15,18 (groupe 1—30 s)/17,35 % (groupe 2—60 s)/20,3 % (groupe 3—90 s) et 3,91 % (groupe 1—30 s)/4,48 % (groupe 2—60 s)/5,60 % (groupe 3—90 s), respectivement. Le R _ave s montrent que les IP-strus ont une meilleure capacité antireflet que les nanotrous et montrent une tendance à la baisse avec l'augmentation de la taille des caractéristiques. Lorsque les IP-Strus sont revêtus par l'empilement SiO₂ /SiN_x couches, le R le plus bas _ave est de 3,91 %, révélant une structure de piégeage de la lumière idéale pour le dispositif photovoltaïque.

La pile SiO₂ (~ 2 nm)/SiN_x (~ 75 nm) passivation pour le Si IP n ⁺ L'émetteur est un moyen efficace d'obtenir de bonnes performances électriques du PERC basé sur IP et leur effet de passivation [1] et leur mécanisme ont été systématiquement étudiés dans nos travaux précédents [14]. Pour montrer la supériorité électrique de la pile Al₂ O₃ /SiN_x couches de passivation à l'arrière de notre appareil, nous étudions l'influence des différentes conditions de recuit et d'imprégnation de la lumière sur la durée de vie effective des porteurs minoritaires (τ _eff ) par rapport au niveau d'injection (Δn ), comme le montre la figure 4a. Notez que les plaquettes de Si polies ont une durée de vie des porteurs minoritaires en vrac de ~ 350 μs, et la pile Al₂ O₃ /SiN_x des couches sont déposées symétriquement sur les deux faces des plaquettes de Si polies. L'épaisseur de l'intérieur Al₂ O₃ et le SiN_x externe couche est estimée à ~ 3 et ~ 125  nm, respectivement. Deux conditions de recuit sont réalisées sous atmosphère d'air :300 °C et 800 °C pendant 15 min. Ensuite, les plaquettes sont illuminées à 25°C sous la lampe halogène à pleine onde avec une intensité de puissance de 50 mW cm ⁻² pendant 100 s. Comme on peut le voir sur la figure 4a, les 48 μs τ _eff (300 °C) et 126 μs τ _eff (800 °C) après recuit sont bien supérieurs aux 22 μs τ _eff de l'Al₂ tel que déposé O₃ /SiN_x échantillons passivés au niveau d'injection de 1,2 × 10 ¹⁵ cm ⁻³ .

un τ _eff par rapport au niveau d'injection Δn à différentes températures de recuit pour Al₂ O₃ /SiN_x plaquettes passivées. La ligne pointillée indique un niveau d'injection de soleil. b Les spectres FTIR des échantillons. c C–V courbes Au/Al₂ O₃ -SiN_x /Si structure. d Photos photoluminescence et électroluminescence des appareils

Il est important de noter que la durée de vie minoritaire effective des échantillons recuits après 100 s d'éclairage est respectivement de 230 s et 150 s, bien supérieure à 126 s et 48 s avant illumination, démontrant une passivation de surface c-Si très claire et améliorée par la lumière de Al₂ O₃ /SiN_x couches. L'effet de piégeage de charge pendant le trempage de la lumière [25,26,27,28] pourrait être l'un des principaux mécanismes de la passivation de surface c-Si améliorée par la lumière de Al₂ O₃ /SiN_x cinéma. Comme Al₂ O₃ les films auraient une densité de charge fixe négative [29,30,31,32], certains des électrons en excès générés par la lumière étaient susceptibles d'être injectés ou tunnelisés dans des états de piège dans l'Al₂ interne O₃ film, ce qui entraîne une augmentation du niveau de passivation par effet de champ. Il est intéressant de noter que l'effet de passivation amélioré par la lumière à un recuit à 300 °C est meilleur qu'à 800 °C, ce qui signifie que le trempage à la lumière à un recuit à plus basse température est un moyen plus efficace pour l'application d'un appareil photovoltaïque.

Pour étudier l'effet du processus de recuit sur la modification de surface, nous comparons les spectres d'absorption spectroscopique infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) des échantillons recuits avec celui de l'échantillon de dépôt. La figure 4b montre que les liaisons Si–N, Si–O, Si–H et N–H correspondent aux pics d'absorption d'étirement aux nombres d'onde de ~ 840, 1070, 2200 et 3340 cm ^-1 , respectivement. Nous voyons que les densités des liaisons Si-N et Si-O montrent une augmentation évidente après recuit; pendant ce temps, la densité des liaisons Si-H augmente légèrement. Les augmentations de la densité de liaisons Si–O et Si–H impliquent la diminution des liaisons pendantes à l'interface Si/SiO₂ , résultant en un meilleur effet de passivation [33]. De plus, le processus de recuit favorise la densité des liaisons Si-N, indiquant une structure plus dense qui peut empêcher efficacement la diffusion externe de H d'entrer dans l'environnement au lieu de pénétrer dans la masse de Si. Cependant, pour une température de recuit excessivement élevée, le H dans les groupes Si-H et N-H peut s'échapper du Si massif et des couches diélectriques vers l'environnement, ce qui provoque le déclin de l'effet de passivation. Le résultat du FTIR est cohérent avec celui de la durée de vie effective des minorités.

Pour mieux comprendre la différence de mécanisme de passivation entre le recuit thermique et le traitement par trempage à la lumière, nous analysons la densité de charges fixes (N _f ) et la densité des pièges d'interface (N _il ) à l'interface de Si et Al₂ O₃ (ALD)/SiN_x (PECVD) empilent les couches en utilisant la capacité-tension (C-V ) mesures à partir d'un modèle métal-oxyde-semiconducteur (MOS) rigoureux.

N _f peut être obtenu à partir de l'équation suivante :

où l'expression suivante peut calculer V_FB

Notez que S est la surface de l'électrode métallique, e est une charge électronique, C _OX est la capacité de la couche de film diélectrique, V _MS est la différence du travail d'extraction entre l'électrode métallique et le Si de type p, et V _FB est une tension de bande plate.

En utilisant la méthode de Lehovec [34], nous pouvons obtenir N _il du C-V courbe :

où (δC /δV )_FB est la bande presque plate de la pente et est considérée comme la valeur absolue. C _FB , e , et k sont la capacité de la structure MOS dans une bande plate, la charge électronique et la constante de Boltzmann, respectivement.

On peut voir sur la figure 4c que le C-V mesuré courbe de l'Al₂ O₃ /SiN_x les couches d'empilement montrent une région d'accumulation, une région d'épuisement et une région d'inversion évidentes. Selon le C-V courbes et Eq. (2–4), nous obtenons les propriétés d'interface des structures MOS préparées, comme indiqué dans le tableau 1.

Les densités de charges négatives fixes montrent une augmentation significative d'un ordre de grandeur après le recuit thermique tandis que les densités d'états interfaciaux diminuent considérablement, indiquant que le recuit a amélioré la passivation chimique et la passivation à effet de champ des films diélectriques. Par un traitement d'imprégnation de lumière supplémentaire, les densités d'états interfaciaux gardent le même niveau, tandis que les densités de charges négatives fixes augmentent encore. Comme mentionné ci-dessus, certains des électrons en excès générés par la lumière étaient susceptibles d'être injectés ou tunnelés dans des états de piège dans l'Al₂ interne O₃ film, ce qui signifie qu'un trempage léger peut améliorer la passivation à effet de champ du film diélectrique. Bien que la valeur de N _il est élevé, l'échantillon par recuit de 300 °C et trempage à la lumière de 100  s a le τ le plus élevé _eff de 230 μs en raison du N le plus élevé _f de − 2,87 × 10 ¹² cm ⁻² , ce qui signifie que la passivation à effet de champ a un avantage sur la passivation chimique dans ce cas.

La figure 4d montre les photos de photoluminescence et d'électroluminescence de cellules solaires IP de 1, 1,3 et 1,8 m avec le même processus de passivation. La luminosité des trois groupes de photos pour la photoluminescence et l'électroluminescence reste fondamentalement au même niveau, ce qui signifie que les trois groupes de dispositifs à cellules solaires fonctionnent aussi bien dans la passivation des défauts. C'est-à-dire que le processus de passivation détermine les performances électriques de la cellule solaire au lieu de la taille caractéristique des IP, ce qui sera confirmé par les paramètres de sortie suivants des cellules solaires fabriquées.

Basé sur les excellentes performances optiques et électriques du SiO₂ simultané /SiN_x empiler les couches passivées avant Si IP n ⁺ émetteur et Al₂ O₃ /SiN_x empiler des couches de réflecteur arrière passivé, nous avons fabriqué le PERC à base de Si IPs.

La figure 5a montre les efficacités quantiques internes (IQE) et les réflexions de surface avant des PERC fabriqués à base de Si IP. Nous pouvons observer que le dispositif basé sur IP à gravure alcaline de 30 s (groupe 1—30 s) présente la réflectance la plus faible dans la courte longueur d'onde de 300 à 600  nm en raison de sa plus petite taille de caractéristique d'IP. Il est important de noter que le groupe 1-30 s a les IQE les plus élevés dans cette gamme de longueurs d'onde et produit ainsi les efficacités quantiques externes (EQE) les plus élevées, comme le montre la figure 5b. De plus, les dispositifs fabriqués affichent presque les mêmes EQE dans la plage des grandes longueurs d'onde en raison du même niveau de réflectance et des mêmes IQE dans cette plage. Par conséquent, le groupe 1—30 s avec une taille de caractéristique plus petite possède de meilleures performances de sortie que les deux autres groupes, ce qui est encore confirmé par le I-V et P-V courbes des appareils (voir Fig. 5c). La figure 5d montre le η de notre appareil champion a atteint 21,41%, ainsi que le V _oc de 0,677  V, I _sc de 9,63 A, et FF de 80,30 %. À notre connaissance, c'est le plus élevé η parmi les cellules solaires basées sur MACE-IP. L'encart de la figure 5d est une photographie de la surface avant et arrière de l'appareil champion.

PERC Si IP hautes performances. un L'IQE et la réflectance du PREC Si IP avec différents temps de gravure alcaline. b L'EQE du PERC Si IP avec différents temps de gravure alcaline. c Le I–V et P-V courbe du PERC Si IP avec différents temps de gravure alcaline. d I–V et P-V courbe de l'appareil champion

De plus, le tableau 2 montre les paramètres détaillés des dispositifs fabriqués. De toute évidence, le I moyen _sc (9,63 A) du dispositif du groupe 30 s est supérieur à celui des deux autres groupes, ce qui réside dans sa meilleure capacité antireflet de surface avant comme mentionné ci-dessus. La différence de Je _sc s détermine principalement les performances de sortie des appareils. En outre, le FF le plus élevé et la résistance série inférieure R _s garantit le plus élevé η du groupe 30. Il convient de noter que tous les V moyens _oc Les s des PERC Si IP sont compris entre 674 et 676  mV, ce qui démontre la même excellente passivation pour les surfaces avant et arrière de tous les groupes. Enfin, bénéficiant du gain de performances optiques et électriques, nous avons réussi à atteindre le plus haut η de 21,4 % des cellules solaires PERC Si IP.

Conclusions

En conclusion, nous optimisons les morphologies des structures MACE Si IPs et fabriquons la nouvelle cellule solaire PERC à base de Si IPs avec une taille standard de 156 × 156 mm ² en combinant la pile SiO₂ /SiN_x couches de textures IPs enduites avec la pile Al₂ O₃ /SiN_x passivation de la face arrière. Les propriétés optiques montrent que la moyenne solaire R _ave de textures IPs revêtues par le stack SiO₂ /SiN_x les couches peuvent atteindre 3,91 %, révélant les IP comme une structure de piégeage de la lumière idéale pour les appareils photovoltaïques. Aussi, l'analyse électrique montre que la surface arrière polie passivée par l'empilement Al₂ O₃ /SiN_x les couches possèdent de très hautes τ _eff de 230 s en raison du traitement thermique et d'imprégnation de la lumière, démontrant une passivation de surface c-Si bien améliorée par la lumière d'Al₂ O₃ /SiN_x couches. Les mesures FTIR fournissent une explication supplémentaire pour le τ élevé _eff s de la face arrière passivée par l'empilement Al₂ O₃ /SiN_x couches. Surtout, une densité de charge fixe élevée N _f de − 2,87 × 10 ¹² cm ⁻² est obtenu au moyen des mesures C-V, qui révèlent une forte passivation à effet de champ de Al₂ O₃ /SiN_x couches. Enfin, bénéficiant des excellentes performances optiques et électriques en façade Si IP n ⁺ émetteur et réflecteur arrière, nous atteignons le η le plus élevé de 21,4%, ainsi que V _oc de 0,677  V, I _sc de 9,63 A, et FF de 80,30 %. L'obtention d'un PERC à base de Si IP à haute efficacité fournit aux IP un moyen efficace de produire en série des cellules solaires à haute efficacité à base de Si.

Disponibilité des données et des matériaux

Les ensembles de données soutenant les conclusions de cet article sont inclus dans l'article.

Abréviations

PV :

Photovoltaïque

IP :

Pyramide inversée

Si :

Silicium

MACE :

Gravure chimique assistée par métal

PERC :

Emetteur et cellule arrière passivés

PERL :

Émetteur passivé et cellule solaire arrière à diffusion locale

c-Si :

Silicium cristallin

mc-Si :

Silicium multicristallin

PECVD :

Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma

ALD :

Dépôt de couche atomique

Si IP-strus :

Structures pyramidales inversées en silicium

R_ave :

Réflectance moyenne

EQE :

efficacité quantique externe

τ _eff :

La durée de vie effective du porteur minoritaire

Δn :

Le niveau d'injection

FTIR :

Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier

N _f :

Densité des charges fixes

N _ça :

Densité des pièges d'interface

C-V :

Capacité–tension

IQE :

Efficacité quantique interne

V _oc :

Tension en circuit ouvert

Je _sc :

Courant de court-circuit

FF :

Facteur de remplissage

R _s :

Résistance série