多晶硅太阳能电池中铜前电极的扩散阻挡层制备和性质研究

铜前电极技术是新一代多晶硅太阳能电池的电极技术，为了降低铜前电极在多晶硅太阳能电池表面缺陷处的快速扩散，提高多晶硅太阳能电池的转换效率和使用寿命，实现铜前电极技术在多晶硅太阳能电池的广泛应用，本项目（1）探索在多晶硅太阳能电池上直接用电化学方法制备扩散阻挡层（Si/扩散阻挡层/Cu）的新技术：通过研究扩散阻挡层在多晶硅太阳能电池上的成核和生长机理，控制扩散阻挡层在缺陷处的电化学沉积；（2）探索降低多晶硅电池缺陷处铜扩散的方法：通过分析缺陷处扩散阻挡层- - Si界面的微结构、化学成分、扩散阻挡层对铜扩散的阻挡作用,利用电化学沉积加强阻挡层在缺陷处对铜扩散的阻挡作用，筛选出有效的扩散阻挡层材料，实现降低缺陷处的铜扩散目的。本项目为降低表面铜电极在多晶硅太阳能电池缺陷处的扩散提供了新的方法和技术，将大大提高多晶硅太阳能电池的转换效率和使用寿命。

摘要：本基金项目主要针对多晶硅太阳能电池新型铜前栅电极技术中核心的扩散阻挡层的制备及其性质进行系统研究。项目中采用直接电化学沉积和光诱导电化学沉积的方式直接在半成品晶硅太阳能电池（无前栅电极和减反射层）上进行扩散阻挡层的制备。项目研究重点分成：1）金属离子溶液与半导体界面；2) 电化学沉积扩散阻挡层；3）金属及金属硅化物扩散阻挡层性质。另外基于前期的扩散阻挡层的制备性质，4）本项目还发明了无激光开槽和种子层的新型晶硅太阳能电池前栅电极技术；基于本课题的电化学沉积研究，5）项目还拓展了电化学生长ZnO与Fe3O4的研究。.金属在半成品晶硅太阳能电池上的电化学沉积，受到金属镀液的平衡电势及硅与镀液界面处的内建电场影响。通过系统探索不同金属离子的平衡电势与硅导带之间的相对位置对电化学沉积的成核和生长规律，实现不同金属(Co, Ni，Fe, Zn, Bi, Cu, NixW1-x, CoxW1-x)的沉积。研究发现金属的平衡电势越接近半导体（Si）的导带，形成的液体与半导体界面势垒较小，最后通过控制界面势垒，优化得到直接在半成品多晶硅太阳能电池上均匀覆盖的金属扩散阻挡层（Co, Ni, NixW1-x，CoxW1-x）。.扩散阻挡层的性能是通过研究集成扩散阻挡层后的器件性能随温度的变化进行表征。在半成品多晶硅太阳能电池上直接用电化学方法制备扩散阻挡层（半成品Si/Ni/Cu，半成品Si/Co-Si/Co/Cu），其中金属层经高温退火后生成金属硅化物（silicide），然后电化学沉积Cu。最后利用升温法估算了器件的寿命，优化扩散阻挡层。.基于金属在半成品多晶硅太阳能电池上的电化学沉积原理，课题组发明了无激光开槽和光刻的全光诱导直接电镀Cu前栅线电极技术，以及相匹配的新型晶硅电池制备工艺，从而为Cu前栅电极进一步研究奠定了基础。此外，课题组还拓展研究了Fe3O4和ZnO在碳纳米管和碳纳米纤维上的电化学生长。.项目顺利完成，取得丰硕成果：指导10余名本科生完成毕业设计，培养毕业硕士生12名，在国际及国内学术期刊上发表了12篇学术论文，其中9篇被SCI 收录，3篇被EI收录，申请了国内发明专利7项，其中授权了3项发明专利。项目组参加了8次国内会议和5次国际学术交流。