探析高效晶体硅材料的太阳电池

2015-02-07黄河水电光伏产业技术有限公司李嘉亮

电子世界 2015年16期

黄河水电光伏产业技术有限公司李嘉亮

探析高效晶体硅材料的太阳电池

黄河水电光伏产业技术有限公司李嘉亮

高效晶体硅特有的原材料，可制备太阳电池。从现有状态看，这一产业凸显了战略位置，变为新兴产业。去年时段内，太阳电池占到了超出85%这一总份额，成为光伏主流。单晶硅显现出来的研发水准、规模化的现有水准都紧密关联着光伏发电。为此，有必要明晰高效状态下的晶体硅特性，解析电池结构。在这种基础上，提升技术转换效率，创设更适宜的绿色节能路径。

成本高效；晶体硅材料；太阳电池

太阳能特有的电池进展，变更了多样结构。例如：MIS这样的电池、肖特基类的电池、异质类的电池。若能详细区分，还可分成晶体硅这一类的电池、附带薄膜电池、叠层类的电池。在这之中，晶体硅占到了主导位置。这是由于，晶体硅必备的原材足量，技术较为成熟。上世纪末以来，能源凸显了偏重的危机，太阳能渐渐被深化运用。剧烈竞争之下，晶体硅凸显了薄片化、高转换效率这样的进展态势。缩减晶体硅固有的耗费成本，创设高效转化，可以延展消耗掉的电池寿命，减小发电总消耗。

1 解析根本机理

太阳电池制备中的根本机理：太阳电池凸显的转换损耗含有前表面架构的光反射消耗、电极栅线附带的光学损耗、表层衬底附带的载流子消耗、接触电阻及体电阻消耗。针对如上消耗，要拟定更适宜的电池总构架，以便提升转换效率。单晶硅制备出来的这类电池，转换效率从初始的6%递增至现今的23%，很近似运算得出的理想转换效率[1]。

图1 电池原理

太实验室测得的这类转换效率，都超出了23%。这样三类电池，代表着最为优良的电池水准。在测算转换效率时，必备表层面积、电池开路电压、短路情形下的电流密度、转换效率关联的填充因子。

2 各类太阳电池

2.1 非聚光特性的电池

非聚光特有的太阳电池，即PERL这一类电池。它表征出来的光电转换效率可超出25%，近似理论数值。截至目前，它显出了最高水准的电池转换效率。详细而言，为了提升转换效率，它依托碱溶液特有的腐蚀、光刻开窗口这一技术，制备出表层架构内的电池绒面，设定倒金字塔这一总体构架。在电池表层内，沉淀双重的反射膜，缩减反射损耗。针对于前表面，布设了最为致密的栅线。选取光刻以便拓展栅线层、增添金属接触。电镀制备出来的栅线电极被调控为20微米，减小了遮光率。这样做，缩减了表层范畴的复合速率。选用如上技术，提升了总体范畴的电池转换效率，促进太阳电池技术研究进展。

背钝化特有的电池技术，借助薄膜来当成钝化膜，附着于电池正面。光照在电池之内会累积电子，它们被安全运送至电路。发射极可被选择，热生长可得偏薄的、钝化电池表层。借助于接触点，针对日常扩散予以钝化。它规避了传统流程内的电路受阻，提升转换成效。未来进展之中，背钝化这一新颖技术应被看成总体的走向。

2.2 异质构架电池

异质特有的太阳电池包含晶体硅、对应的非晶体硅。为了提升转换效率，选取异质构架，提升至更高数值的开路电压。对比相同质地的这类电池，它凸显了超出2%的总开路电压。异质界面表层，可增设非晶体特有的偏薄层级，以便钝化电池。增设钝化层级，减小表层之内的复合载流子。非晶硅被设定成发射极，电氧化物显现出透明的质地。这类原材被当成窗口层，提升了导电性，更多光线透过。

制作电池时，温度被调控成200摄氏度[2]。这种适宜温度维持了载流子特有的硅片稳定，延长硅片寿命。后续发展之中，窗口层及搭配的发射极，都增添了这样的薄膜，提升电池转换效率。

例如：夏普公司制备出来的HIT电池，含有薄膜特性的异质结构。HIT特有的太阳能电池包含着硅膜，背面粘贴着薄膜，双重薄膜夹住了单晶硅片。电池基板含有硅元素，在基板之上增添了性能优良的硅奈米薄膜，背面含有电场。依托这种表层，电池缩减了氧化层吸纳的光学损耗，强化光吸收率。

2.3 交指形态电池

IBC特有的电池，电极表现出交指的形态。对比前面两类，它省掉了前表层附带的栅线。正负电极被彼此交叉，布设于电池固有的背部。这种巧妙布设，规避了常规情形下的遮光耗费。借助扩散规则，背面增添了间隔的交错，含有接触区域。氧化硅增添了钝化膜之上的小孔，金属电极经由这样的小孔来衔接着发射区，缩减了载流子固有的表层复合速率。

背接触构架下，电池衔接着的电阻没能超出日常的电池，填充因子很高。由于这些特性，很多机构侧重去调研这一新颖的电池。从现状看，它已被划归转换效率优良的这类电池。

图2 电池构架

3 产业化路径之下的新颖电池

3.1 现有进展趋向

研究进展之下，实验室创设出来的太阳电池侧重选取了晶体硅。这类电池超出了30%的总比值，近似极限数值。日常调研之中，为了吻合拟定好的极限转换效率，选取复杂工艺，制备出最为适宜的这类电池。现有电池转换效率应能超出25%。未来进展中，还要接着突破。

但是，工业化范畴内的规模产出，若依循成本偏高的产出流程，会消耗掉更多原材。受到成本约束，很难延展现有的总规模[3]。唯有依循低成本这一新颖路径，才会拓展总规模，提升制作效率。科技部拟定出来的规划内，优先凸显了低成本路径下的电池制备产业。

3.2 现今时段的进展状态

在缩减成本、增添总转换效率上，我们获取了凸显的成果。例如：2009年起始，光伏制造范畴的更多企业都依循了这一进展思路，投入规模生产。这些进展技术，表征着未来时段的电池制备走向。太阳能电池独有的高转换效率构架，包含双面结构、钝化发射极这样的点接触、金属穿孔结构。

维持较低成本，在这种根基上创设最优的总转换效率。简化了惯用的制备流程，缩减复杂步骤。新颖制备技术涵盖了发射极特有的选取步骤、激光掺杂步骤、激光烧灼情形下的钝化层穿孔、膜背面必备的钝化步骤[4]。针对于氧化硅、氧化铝类原材，都增设了新颖流程及搭配的技术，兼容现有工艺。

3.3 选取典型实例

PANDA类的新颖太阳电池，缩减固有成本，被归类为典型。它借助n型硅，制备出来的新颖电池缩减了总的耗费金额，同时增加转换效率。对比p型硅，新颖电池显现出来的诱导衰减还是很低的。与此同时，针对金属杂质，它缩减了原有的敏锐性；在同一浓度下，载流子预设的寿命将被延展。如上这些优势，决定着新颖电池可延展年限，提升供电转换效率。从现状看，n型这样的单晶硅超越了17%的现有份额[5]。若要获取突破，还需一段时间。

熊猫电池自带的构架很简易，发射极被布设于前侧表层。对比普通电池，它固有的构架近似。兼容现有技术，损耗掉的金属被缩减。正背面布设的电极栅线都拟定了同一的构架，都可吸纳光线。为此，熊猫电池有着凸显的双面特性，增添发电总量。针对于晶体硅，它缩减了发射极暗藏着的死层，增添蓝光响应。