太阳能电池背表面钝化的研究

第52卷第9期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 9 2023年9月 Liaoning Chemical Industry September，2023基金项目： 和田地区本级技术研究与开发经费项目（项目编号：202205）。

收稿日期： 2023-01-26氟化物对钙钛矿太阳能电池的钝化研究进展孟文兵，郝志杰（和田师范专科学校，新疆 和田 843800）摘 要：目前钙钛矿太阳能电池因溶液法工艺制备的多晶薄膜具有大量的缺陷，分布在钙钛矿薄膜内部和钙钛矿薄膜与电荷传输层的界面上，由此导致的非辐射复合极大地降低了钙钛矿太阳能电池器件的光伏性能，同时也成为钙钛矿太阳能电池稳定性问题和迟滞效应的产生的重要原因。

研究证明，钝化处理是解决该问题的重要手段，它可以有效地减少钙钛矿薄膜中的陷阱状态，减少钙钛矿太阳能电池工作过程中的非辐射复合，进而减少光电转换过程中的能量损失，因此提升器件的性能。

综述了氟化物作为钝化材料对钙钛矿太阳能电池的钝化机理及其优势，氟化物分别在钙钛矿薄膜与电荷传输层界面处以及在薄膜内晶界处的钝化研究进展，进一步提出氟化物作为钝化材料对于提升钙钛矿太阳能电池光伏性能、稳定性的意义及今后展望。

关 键 词：钙钛矿太阳能电池；氟化物；缺陷；钝化中图分类号：TK514 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）09-1344-11有机-无机金属卤化物钙钛矿因其独特的光物理性质成为光伏领域的研究热点。

在过去的短短十余年间，钙钛矿太阳能电池的效率由最初被报道的3.8%[1]增长到如今的26.1%[2]，一跃成为与晶硅太阳能电池相媲美的光电转换器件, 根据Shockley-Queisser 极限，钙钛矿光伏器件的效率还存在进一步提高到31%~33%的空间，展示出巨大的发展前景。

然而，随着研究的深入，人们发现关于钙钛矿太阳能电池(PSCs)的研究必须面对的难题，包括稳定性和迟滞效应等问题。

太阳能电池钝化的原理
太阳能电池钝化是指在电池的表面形成一层钝化膜，阻止了电荷的流动。

其原理如下：
1. 太阳能电池的表面常常被氧化物覆盖，例如二氧化硅或氧化铝。

这些氧化物在电池运行时，会与空气中的水分发生反应形成一层很薄的钝化膜。

2. 钝化膜是一种绝缘体，阻碍了电子和离子的流动，从而减少了电池的效率。

3. 钝化膜的形成是一个自然发生的过程，可以通过对电池进行特殊处理来减缓或阻止钝化的形成。

4. 钝化膜的形成速度与电池的工作温度和湿度有关。

在高温高湿环境下，钝化膜形成速度更快。

5. 钝化膜的厚度非常薄，通常在几纳米至几十纳米之间，但即使是这么薄的一层膜也足以阻碍电子和离子的流动。

6. 钝化膜的形成对太阳能电池的性能有影响，可以减少电池的效率和寿命。

因此，研究钝化膜的形成和控制对于提高太阳能电池的效率和稳定性非常重要。

晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究
晶体硅太阳电池作为一种新兴的太阳能发电技术，其外表面应具有良好的表面活性性能，以保证电池的高效发电性能。

但晶体硅表面的活性性能往往受到空气中的污染物的影响，为了改善这一现象，研究人员开展了对晶体硅太阳电池表面的氮化硅钝化研究。

氮化硅钝化研究是指在高温下，将蒸气中的氮源添加到晶体硅表面，形成一层厚薄的氮化硅膜，以钝化晶体硅表面，减少表面污染，改善电池的稳定性。

首先，在实验中，研究人员使用电弧气体溅射机对晶体硅表面进行氮化硅钝化处理。

在氮化硅钝化处理过程中，将电弧气体添加到晶体硅表面，在高温环境下产生自熔合效应，形成一层薄的氮化硅膜。

氮化硅膜的厚度一般在1~3微米之间，具有良好的耐磨性能，能够有效阻止污染物的吸附，改善晶体硅表面的稳定性。

其次，在试验中，研究人员还将晶体硅表面的氮化硅膜进行了多种改性处理，包括气相添加、物相添加和加热处理等。

通过改性处理，可以提高氮化硅膜的耐磨性能，改善晶体硅表面的表面活性性能，有效阻止污染物的吸附，以保证电池的高效发电效果。

最后，通过对晶体硅表面的氮化硅钝化处理，可以有效抑制污染物的吸附，降低表面活性能，抑制电池表面的电池浪涌现象，保证电池的可靠性。

此外，氮化硅膜也具有良好的耐热和耐腐蚀性能，可以有效保护晶体硅太阳电池免受外界空气环境和污染物的损害，以便提高太阳电池的发电效率和使用寿命。

综上所述，晶体硅太阳电池表面的氮化硅钝化处理，可以有效抑制污染物的吸附，改善电池的稳定性，降低太阳电池的耗能，保证其高效发电性能。

由此，氮化硅钝化技术将成为太阳能发电领域的一项重要技术，对于提高太阳电池的发电性能具有重要意义。

钙钛矿太阳能电池钝化的方法1. 简介钙钛矿太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术，具有高转换效率和低制造成本的特点。

然而，钙钛矿太阳能电池在长期使用过程中容易发生退化，降低其性能。

本文将探讨钙钛矿太阳能电池钝化的方法，以提高其持久性能。

2. 钝化机制钙钛矿太阳能电池的钝化主要是由以下因素引起的： - 钙钛矿层元素的游离和迁移 - 界面电荷传输的损失 - 结晶缺陷和非晶态形成2.1 钙钛矿层元素的游离和迁移钙钛矿太阳能电池的活性层中含有钙钛矿晶体，其中的阳离子可能会因为光照、温度等因素的影响而发生游离和迁移。

这种游离和迁移会导致钙钛矿晶体结构的破坏和性能的下降。

2.2 界面电荷传输的损失在钙钛矿太阳能电池中，界面是电荷传输的关键区域。

然而，由于界面的缺陷和杂质，电荷传输时会发生能量的损失和电子的复合现象。

这些损失会降低电池的转换效率。

2.3 结晶缺陷和非晶态形成钙钛矿太阳能电池在制备过程中可能会产生结晶缺陷或形成非晶态结构，这些缺陷和结构不稳定性会导致电池的性能下降。

3. 钝化方法3.1 光照循环光照循环是一种常用的钝化方法，通过在特定光照条件下，周期性地曝光和关闭钙钛矿太阳能电池，可以减缓元素游离和迁移的速度，从而提高电池的长期稳定性。

3.2 界面工程界面工程是通过控制电池界面的化学和结构特性，减少电荷传输损失的方法。

常用的界面工程手段包括改善电池表面材料、优化电池结构和添加界面材料等。

3.3 添加稳定剂钙钛矿太阳能电池中添加稳定剂是一种有效的钝化方法。

合适的稳定剂可以稳定钙钛矿晶体结构，减缓元素游离和迁移的速度，提高电池的稳定性。

3.4 温度控制温度对钙钛矿太阳能电池的性能有重要影响。

适当的温度控制可以减缓钙钛矿层元素的游离和迁移速度，从而降低钝化速度，提高电池性能的持久性。

3.5 添加玻璃保护层添加玻璃保护层可以有效地降低钙钛矿太阳能电池的钝化速度。

玻璃保护层可以阻隔外界对钙钛矿层的侵蚀，减少元素游离和迁移的速度。

电池表面钝化摘要：文章从提升N型太阳能电池发电效率和降低其加工成本入手，分析了如何通过钝化机制来降低电池的复合，通过对Al2O3薄膜制备过程中臭氧浓度、沉积温度、烧结温度以及Al2O3薄膜的厚度进行对比和分析，发现Al2O3薄膜在一个较宽的范围内能够达到较稳定的钝化效果，因此其工业应用前景广阔。

随着气候条件的不断恶化以及不可再生能源的不断开采，为了保证能源的持续利用，可再生能源受到青睐，尤其是太阳能不断被关注和利用。

但是由于其效率偏低且成本偏高，导致其利用率并未达到最大化。

为了进一步降低太阳能电池的生产成本并提高其转换效率，应用更薄的硅片成为太阳能行业的发展趋势。

随着硅片厚度的减薄，硅片的表面复合就越来越重要，因此需要开发更优异的表面钝化方法。

表面钝化的方法可以归纳为化学钝化和场效应钝化两类。

由于表面复合的速率直接与界面缺陷的密度相关，化学钝化是通过减少界面处的缺陷数量来达到减少表面复合速率的。

通常使用氢原子或一层薄的半导体膜来实现化学钝化作用，它们可以同未配位的原子（悬挂键）结合，从而减少界面缺陷密度。

场效应钝化是通过内建电场来减少硅片界面处电子或空穴的浓度从而达到表面钝化的作用。

由于复合过程需要同时有电子和空穴的存在，当两者在界面处的浓度在约同一个数量级（假定电子和空穴具有相同的捕获截面）时会达到最高的复合速率，其他情况下复合速率与界面处电子的浓度相关。

在场效应钝化中，硅片界面处的电子或空穴的浓度被界面处的内建电场屏蔽。

这种内建电场可以通过向界面下掺杂或是在界面处形成固定电荷来获得。

1Al2O3薄膜的制备方法沉积Al2O3薄膜的方法有原子层沉积法（ALD）、等离子增益化学气相沉积法（PECVD）、溶胶凝胶法（Solgel）以及属于物理气相沉积的溅射法（sputtering）。

原子层沉积法分为热原子层沉积和等离子辅助原子层沉积，通常使用三甲基铝（TMA）为前驱体，使用水、臭氧或氧气作为氧化剂。

perc电池背钝化机理摘要：perc电池是一种高效的太阳能电池，其背钝化机理是实现高转换效率的关键因素之一。

本文将介绍perc电池的背钝化机理，包括背电场和背面结构优化等方面的内容，以期对perc电池的工作原理有更深入的理解。

引言：太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，其效率的提升一直是研究的重点。

在太阳能电池中，背钝化是一种常见的技术，用以提高光电转换效率。

perc电池正是利用了背钝化机理，成为太阳能电池中的佼佼者。

一、perc电池背钝化机理概述perc电池（Passivated Emitter and Rear Cell）是一种具有背钝化层的太阳能电池。

在perc电池中，背钝化层的作用是限制电荷载流子的复合，提高电池的效率。

背钝化层是通过在太阳能电池的背面形成一个接近电池表面的电场，使得电荷载流子在背面上被集中，减少了电子和空穴的复合，从而提高了电池的光电转换效率。

二、perc电池背钝化机理详解1. 背电场的形成在perc电池中，背电场是通过某种方式形成的。

一种常见的方式是在背面上制备一个透明导电氧化物层（TCO），然后在背面形成一个p型掺杂层。

通过这种方式，在背面形成了一个电场，使得电子和空穴在背面上被分离，从而减少了电荷载流子的复合。

2. 背面结构优化除了背电场的形成，背面结构的优化也是perc电池背钝化的重要因素。

一种常见的优化方式是在背面形成一个反射层，用以增强光的吸收。

此外，还可以在背面添加一层反射层或衬底层，以增加光的路径长度，提高光的吸收效果。

3. 背钝化层的材料选择背钝化层的材料选择也对perc电池的效率有着重要影响。

目前常用的背钝化层材料有氮化硅、氧化锌等。

这些材料具有优良的电子和光学特性，能够有效地限制电荷载流子的复合，提高电池的光电转换效率。

三、perc电池背钝化机理的应用perc电池背钝化机理的应用已经广泛存在于太阳能电池的生产中。

perc电池以其高转换效率和良好的性能稳定性，成为了目前太阳能电池市场的主流产品。

hjt本征层的钝化原理-回复HJT（Heterojunction with Intrinsic Thin layer）太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术。

它采用了多层结构，其中最关键的一层是本征层。

本征层的钝化原理是HJT太阳能电池能够实现高效能转换的基础。

在探讨本征层的钝化原理之前，我们首先需要了解HJT太阳能电池的基本结构。

HJT太阳能电池由p型硅基片、N型硅基片和本征层组成。

p 型硅基片和N型硅基片分别具有正向电压和负向电压特性。

而本征层位于p型硅基片和N型硅基片的交界面上，起到了调节电荷载流子转移的作用。

本征层的钝化作用可以通过以下几个方面来解释。

首先，本征层能够有效地控制电子和空穴在p-N结之间的扩散。

本征层具有高浓度的本征载流子，这些本征载流子能够阻止杂质和缺陷的形成，从而提高了太阳能电池的效率。

其次，本征层能够抑制表面的反射和吸收。

在太阳能电池的工作过程中，大量的光线会被反射或吸收，并且导致能量的损耗。

本征层能够将光线引导到p-N结附近，减少反射和吸收，从而提高能量的利用率。

此外，本征层还能够减少表面缺陷和电荷重新组合。

表面缺陷是影响太阳能电池性能的一个重要因素，会导致电荷的重新组合和损失。

本征层的存在可以降低表面缺陷的生成，从而减少电荷的重新组合，提高电池的效率。

最后，本征层还能够增强太阳能电池的稳定性和寿命。

由于本征层的存在，太阳能电池能够更好地抵抗外界环境的影响，如湿度、温度等因素。

同时，本征层也能够减少与其它材料之间的相互作用，保护太阳能电池的结构完整性。

综上所述，HJT太阳能电池的本征层通过钝化作用，实现了高效能转换。

它能够控制电荷载流子的转移、减少能量损耗、降低表面缺陷和提高太阳能电池的稳定性。

随着技术的不断进步，本征层的钝化原理将会继续发展，为太阳能电池的效率和可靠性带来更大的提升。

晶硅太阳能电池的表面钝化一直是设计和优化的重中之重.从早期的仅有背电场钝化，到正面氮化硅钝化,再到背面引入诸如氧化硅、氧化铝、氮化硅等介质层的钝化局部开孔接触的PERC/PERL设计。

虽然这一结构暂时缓解了背面钝化的问题,但并未根除，开孔处的高复合速率依然存在，而且使工艺进一步复杂.表面钝化的演进钝化的“史前时代"SiNx:H 第一次进化90年代，科研机构和制造商开始探索使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备含氢的氮化硅（SiNx:H）薄膜用作电池正面的减反射膜。

其中原因之一在于相对合适的折射率，但更重要的原因则在于氮化硅优良的的钝化效果。

氮化硅除了可以饱和表面悬挂键，降低界面态外，还通过自身的正电荷，减少正面n型硅中的少子浓度,从而降低表面复合速率。

SiNx中携带的氢可以在烧结的过程中扩散到硅片中，对发射极和硅片的内部晶体缺陷进行钝化，这对品质较低的多晶硅片尤其有效，大幅提高了当时太阳能电池的效率。

伴随着钝化材料上的创新，银浆材料与烧结工艺上的变革也同时到来，那就是可以烧穿的浆料和共烧（Co—firing）烧结工艺.有了烧穿特性后，可以先进行减反射膜的沉积，后网印浆料,然后烧结.由于顺序的颠倒，不用再担心金属栅线上覆盖的减反射层影响焊接，也省去了沉积TiO2需要的部分遮挡。

同时人们发明了将正反面浆料一次烧结的共烧工艺，在一次烧结中，正面的银浆穿过SiNx与硅形成接触，而背面的铝浆也同步形成背面电极和背电场（back surface field）.这一系列改进大大简化了丝网印刷电池的工艺，并逐渐成为了晶硅电池生产的主流。

AlOx 第二次进化随着电池正面的钝化效果和接触性能由于SiNx的使用和银浆改进在不断提高，进一步优化正面已经进入瓶颈阶段，人们把视线投向了另一个复合严重的区域，那就是电池的背表面.虽然在传统丝网印刷的晶硅电池中,铝背场可以减少少子浓度，减少复合，但仍然无法与使用介质层带来的钝化效果相比较。

太阳能电池片制造工艺及铝背场钝化工艺的研究多晶硅太阳能电池制造工艺是目前应用最广泛的太阳能电池制造工艺之一、该工艺涉及到硅单晶和硅多晶两种材料的制备和加工过程。

制备硅单晶的方法主要有Czochralski法和多晶硅熔融法，而制备硅多晶的方法主要是室温下的溶液冷凝法和高温下的溶液蒸发法。

制备好的硅单晶或硅多晶通过切割、打砣、酸洗等工艺处理得到太阳能电池片的初始材料。

接下来，将初始材料通过刻蚀、掺杂、扩散等加工工艺形成太阳能电池片的结构。

最后，将电极连接并封装完成太阳能电池的制造。

该工艺能够制造出转化效率较高的太阳能电池，但制造成本较高。

薄膜太阳能电池制造工艺是相对于多晶硅太阳能电池制造工艺而言的一种新兴工艺。

薄膜太阳能电池的制造主要包括物理气相沉积法、化学气相沉积法、溅射法和旋涂法等几个主要过程。

其中，物理气相沉积法通过将薄膜材料沉积在基板上来制备薄膜太阳能电池；化学气相沉积法利用化学反应沉积薄膜材料；溅射法通过蒸发源将材料蒸发并沉积到基板上；旋涂法利用离子束和离子束辅助沉积原理来沉积薄膜。

这些工艺制造薄膜太阳能电池的成本较低，但转化效率相对较低。

铝背场作为太阳能电池生产中极其重要的一步，在制造工艺中起到了关键的作用。

铝背场的钝化工艺能够保证太阳能电池片的背面材料不易与空气中的水汽及氧气发生氧化反应，从而提高太阳能电池的使用寿命和稳定性。

钝化工艺一般采用化学氧化或电化学氧化的方法。

通过使用一系列的酸碱溶液和经过精确控制的温度和时间，可以使铝背场得到适当的氧化层，形成一种更稳定的材料。

这样可以防止铝背场对水和氧的进一步反应，并且提高太阳能电池的背结的性能。

综上所述，太阳能电池片制造工艺和铝背场钝化工艺是提高太阳能电池转化效率和降低制造成本的关键因素。

随着技术的进一步发展，太阳能电池的制造工艺和铝背场钝化工艺将会不断改进和创新，以满足人们对太阳能电池的需求，并推动太阳能产业的发展。