[发明专利]一种测试自由载流子吸收损失的方法及电池样品

说明书

本发明属于太阳电池技术领域，提供一种测试自由载流子吸收损失的方法及电池样品，该方法包括：制备特定结构的电池样品，电池样品包括前表面和后表面的局部均无掺杂的第一区域、前表面局部有第一重掺杂层而后表面局部无掺杂的第二区域及前表面局部无掺杂而后表面局部有第二重掺杂层的第三区域；测试第一区域、第二区域和第三区域在近红外波段的外量子效率；根据第一区域、第二区域和第三区域的外量子效率与AM1.5G光谱，获取第一区域、第二区域和第三区域的积分电流密度值；根据第一区域、第二区域和第三区域的积分电流密度值，获取自由载流子吸收损失。该方法测试更简单、耗时短、成本低，能快速、精准地实现自由载流子吸收损失的定量检测。

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，特别是涉及一种测试自由载流子吸收损失的方法及电池样品。

背景技术

晶体硅太阳电池是目前常见的一种太阳电池。晶体硅太阳电池中的光学损失主要包括：金属栅线遮挡损失、反射损失、逃逸损失、透射损失、复合损失、自由载流子吸收损失。其中，自由载流子吸收是指接近半导体带隙能量的光子(带间吸收很弱)，被半导体材料中的自由电子或者空穴吸收，产生带内跃迁，光子的能量最终以热能的形式耗散掉，对光电流没有贡献，这属于寄生性吸收。晶体硅太阳电池中，由于重掺杂的半导体中自由电子或空穴充足，所以导致自由载流子吸收尤为显著。而且，晶体硅太阳电池中无可避免需要对硅片进行重掺杂以形成发射极或者背场。一方面，通过重掺杂，提高p-n结的内建电势差，增强内建电场的强度，有助于载流子分离和输出高的开路电压；另一方面，为了金属电极与半导体形成良好的欧姆接触，需要将半导体重掺杂成简并状态，保证载流子的收集。由于晶体硅太阳电池中重掺杂的存在，故而导致晶体硅太阳电池中始终存在自由载流子吸收的光学损失。

近些年，如TOPCon和HJT的具有钝化接触结构的晶体硅太阳电池由于高开压、高转换效率的优势备受市场青睐，有望成为继P型PERC太阳电池后的主流晶体硅太阳电池。钝化接触结构，如TOPCon太阳电池的超薄隧穿氧化层和重掺杂多晶硅层，又如HJT太阳电池的超薄本征非晶硅层和重掺杂非晶硅层，不仅具有优异的界面钝化性能，还具有优异的接触性能。然而，无论是重掺杂的多晶硅层还是重掺杂的非晶硅层，均会加强晶体硅太阳电池中的重掺杂，因此，都会存在严重的自由载流子吸收，导致钝化接触太阳电池的短路电流降低，制约电池效率的进一步提升。

随着晶体硅太阳电池性能的不断优化，如反射损失、逃逸损失、复合损失的不断降低，自由载流子吸收损失变得日益凸显。然而，目前尚没有直接通过实验的方式得到自由载流子吸收损失的方法。国际上报道的常规方法，如，包括以下步骤：1)先通过全光谱椭偏仪(波长覆盖范围为300～1200nm)获取掺杂层的折射率n值和消光系数k值；2)制备带有掺杂层的电池样品，测试反射率、透射率和光谱响应的数据；3)采用商业化的半导体模拟软件，例如Sentaurus(如“Efficiency Roadmap for Evolutionary Upgrades of PERC SolarCells by TOPCon:Impact of Parasitic Absorption”，Christoph Messmer等，第1-2页，IEEE JOURNAL OF PHOTOVOLTAICS，2019年)，根据电池样品的结构建立对应的光学模型，把1)中采集的光学常数数据n值和k值，和2)中实测的反射率、透射率和光谱响应的数据输入光学模型，进行光学拟合；4)多次运算后，待拟合得到的反射率、透射率和光谱响应数据与2)中的实测数据形成自洽后，即能测得自由载流子的吸收损失。