探析高效晶體硅材料的太陽電池

黃河水電光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)有限公司 李嘉亮

探析高效晶體硅材料的太陽電池

黃河水電光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)有限公司 李嘉亮

高效晶體硅特有的原材料，可制備太陽電池。從現(xiàn)有狀態(tài)看，這一產(chǎn)業(yè)凸顯了戰(zhàn)略位置，變?yōu)樾屡d產(chǎn)業(yè)。去年時(shí)段內(nèi)，太陽電池占到了超出85%這一總份額，成為光伏主流。單晶硅顯現(xiàn)出來的研發(fā)水準(zhǔn)、規(guī)?；默F(xiàn)有水準(zhǔn)都緊密關(guān)聯(lián)著光伏發(fā)電。為此，有必要明晰高效狀態(tài)下的晶體硅特性，解析電池結(jié)構(gòu)。在這種基礎(chǔ)上，提升技術(shù)轉(zhuǎn)換效率，創(chuàng)設(shè)更適宜的綠色節(jié)能路徑。

成本高效；晶體硅材料；太陽電池

太陽能特有的電池進(jìn)展，變更了多樣結(jié)構(gòu)。例如：MIS這樣的電池、肖特基類的電池、異質(zhì)類的電池。若能詳細(xì)區(qū)分，還可分成晶體硅這一類的電池、附帶薄膜電池、疊層類的電池。在這之中，晶體硅占到了主導(dǎo)位置。這是由于，晶體硅必備的原材足量，技術(shù)較為成熟。上世紀(jì)末以來，能源凸顯了偏重的危機(jī)，太陽能漸漸被深化運(yùn)用。劇烈競爭之下，晶體硅凸顯了薄片化、高轉(zhuǎn)換效率這樣的進(jìn)展態(tài)勢?？s減晶體硅固有的耗費(fèi)成本，創(chuàng)設(shè)高效轉(zhuǎn)化，可以延展消耗掉的電池壽命，減小發(fā)電總消耗。

1 解析根本機(jī)理

太陽電池制備中的根本機(jī)理：太陽電池凸顯的轉(zhuǎn)換損耗含有前表面架構(gòu)的光反射消耗、電極柵線附帶的光學(xué)損耗、表層襯底附帶的載流子消耗、接觸電阻及體電阻消耗。針對如上消耗，要擬定更適宜的電池總構(gòu)架，以便提升轉(zhuǎn)換效率。單晶硅制備出來的這類電池，轉(zhuǎn)換效率從初始的6%遞增至現(xiàn)今的23%，很近似運(yùn)算得出的理想轉(zhuǎn)換效率[1]。

圖1 電池原理

太實(shí)驗(yàn)室測得的這類轉(zhuǎn)換效率，都超出了23%。這樣三類電池，代表著最為優(yōu)良的電池水準(zhǔn)。在測算轉(zhuǎn)換效率時(shí)，必備表層面積、電池開路電壓、短路情形下的電流密度、轉(zhuǎn)換效率關(guān)聯(lián)的填充因子。

2 各類太陽電池

2.1 非聚光特性的電池

非聚光特有的太陽電池，即PERL這一類電池。它表征出來的光電轉(zhuǎn)換效率可超出25%，近似理論數(shù)值。截至目前，它顯出了最高水準(zhǔn)的電池轉(zhuǎn)換效率。詳細(xì)而言，為了提升轉(zhuǎn)換效率，它依托堿溶液特有的腐蝕、光刻開窗口這一技術(shù)，制備出表層架構(gòu)內(nèi)的電池絨面，設(shè)定倒金字塔這一總體構(gòu)架。在電池表層內(nèi)，沉淀雙重的反射膜，縮減反射損耗。針對于前表面，布設(shè)了最為致密的柵線。選取光刻以便拓展柵線層、增添金屬接觸。電鍍制備出來的柵線電極被調(diào)控為20微米，減小了遮光率。這樣做，縮減了表層范疇的復(fù)合速率。選用如上技術(shù)，提升了總體范疇的電池轉(zhuǎn)換效率，促進(jìn)太陽電池技術(shù)研究進(jìn)展。

背鈍化特有的電池技術(shù)，借助薄膜來當(dāng)成鈍化膜，附著于電池正面。光照在電池之內(nèi)會(huì)累積電子，它們被安全運(yùn)送至電路。發(fā)射極可被選擇，熱生長可得偏薄的、鈍化電池表層。借助于接觸點(diǎn)，針對日常擴(kuò)散予以鈍化。它規(guī)避了傳統(tǒng)流程內(nèi)的電路受阻，提升轉(zhuǎn)換成效。未來進(jìn)展之中，背鈍化這一新穎技術(shù)應(yīng)被看成總體的走向。

2.2 異質(zhì)構(gòu)架電池

異質(zhì)特有的太陽電池包含晶體硅、對應(yīng)的非晶體硅。為了提升轉(zhuǎn)換效率，選取異質(zhì)構(gòu)架，提升至更高數(shù)值的開路電壓。對比相同質(zhì)地的這類電池，它凸顯了超出2%的總開路電壓。異質(zhì)界面表層，可增設(shè)非晶體特有的偏薄層級，以便鈍化電池。增設(shè)鈍化層級，減小表層之內(nèi)的復(fù)合載流子。非晶硅被設(shè)定成發(fā)射極，電氧化物顯現(xiàn)出透明的質(zhì)地。這類原材被當(dāng)成窗口層，提升了導(dǎo)電性，更多光線透過。

制作電池時(shí)，溫度被調(diào)控成200攝氏度[2]。這種適宜溫度維持了載流子特有的硅片穩(wěn)定，延長硅片壽命。后續(xù)發(fā)展之中，窗口層及搭配的發(fā)射極，都增添了這樣的薄膜，提升電池轉(zhuǎn)換效率。

例如：夏普公司制備出來的HIT電池，含有薄膜特性的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。HIT特有的太陽能電池包含著硅膜，背面粘貼著薄膜，雙重薄膜夾住了單晶硅片。電池基板含有硅元素，在基板之上增添了性能優(yōu)良的硅奈米薄膜，背面含有電場。依托這種表層，電池縮減了氧化層吸納的光學(xué)損耗，強(qiáng)化光吸收率。

2.3 交指形態(tài)電池

IBC特有的電池，電極表現(xiàn)出交指的形態(tài)。對比前面兩類，它省掉了前表層附帶的柵線。正負(fù)電極被彼此交叉，布設(shè)于電池固有的背部。這種巧妙布設(shè)，規(guī)避了常規(guī)情形下的遮光耗費(fèi)。借助擴(kuò)散規(guī)則，背面增添了間隔的交錯(cuò)，含有接觸區(qū)域。氧化硅增添了鈍化膜之上的小孔，金屬電極經(jīng)由這樣的小孔來銜接著發(fā)射區(qū)，縮減了載流子固有的表層復(fù)合速率。

背接觸構(gòu)架下，電池銜接著的電阻沒能超出日常的電池，填充因子很高。由于這些特性，很多機(jī)構(gòu)側(cè)重去調(diào)研這一新穎的電池。從現(xiàn)狀看，它已被劃歸轉(zhuǎn)換效率優(yōu)良的這類電池。

圖2 電池構(gòu)架

3 產(chǎn)業(yè)化路徑之下的新穎電池

3.1 現(xiàn)有進(jìn)展趨向

研究進(jìn)展之下，實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)設(shè)出來的太陽電池側(cè)重選取了晶體硅。這類電池超出了30%的總比值，近似極限數(shù)值。日常調(diào)研之中，為了吻合擬定好的極限轉(zhuǎn)換效率，選取復(fù)雜工藝，制備出最為適宜的這類電池?，F(xiàn)有電池轉(zhuǎn)換效率應(yīng)能超出25%。未來進(jìn)展中，還要接著突破。

但是，工業(yè)化范疇內(nèi)的規(guī)模產(chǎn)出，若依循成本偏高的產(chǎn)出流程，會(huì)消耗掉更多原材。受到成本約束，很難延展現(xiàn)有的總規(guī)模[3]。唯有依循低成本這一新穎路徑，才會(huì)拓展總規(guī)模，提升制作效率。科技部擬定出來的規(guī)劃內(nèi)，優(yōu)先凸顯了低成本路徑下的電池制備產(chǎn)業(yè)。

3.2 現(xiàn)今時(shí)段的進(jìn)展?fàn)顟B(tài)

在縮減成本、增添總轉(zhuǎn)換效率上，我們獲取了凸顯的成果。例如：2009年起始，光伏制造范疇的更多企業(yè)都依循了這一進(jìn)展思路，投入規(guī)模生產(chǎn)。這些進(jìn)展技術(shù)，表征著未來時(shí)段的電池制備走向。太陽能電池獨(dú)有的高轉(zhuǎn)換效率構(gòu)架，包含雙面結(jié)構(gòu)、鈍化發(fā)射極這樣的點(diǎn)接觸、金屬穿孔結(jié)構(gòu)。

維持較低成本，在這種根基上創(chuàng)設(shè)最優(yōu)的總轉(zhuǎn)換效率。簡化了慣用的制備流程，縮減復(fù)雜步驟。新穎制備技術(shù)涵蓋了發(fā)射極特有的選取步驟、激光摻雜步驟、激光燒灼情形下的鈍化層穿孔、膜背面必備的鈍化步驟[4]。針對于氧化硅、氧化鋁類原材，都增設(shè)了新穎流程及搭配的技術(shù)，兼容現(xiàn)有工藝。

3.3 選取典型實(shí)例

PANDA類的新穎太陽電池，縮減固有成本，被歸類為典型。它借助n型硅，制備出來的新穎電池縮減了總的耗費(fèi)金額，同時(shí)增加轉(zhuǎn)換效率。對比p型硅，新穎電池顯現(xiàn)出來的誘導(dǎo)衰減還是很低的。與此同時(shí)，針對金屬雜質(zhì)，它縮減了原有的敏銳性；在同一濃度下，載流子預(yù)設(shè)的壽命將被延展。如上這些優(yōu)勢，決定著新穎電池可延展年限，提升供電轉(zhuǎn)換效率。從現(xiàn)狀看，n型這樣的單晶硅超越了17%的現(xiàn)有份額[5]。若要獲取突破，還需一段時(shí)間。

熊貓電池自帶的構(gòu)架很簡易，發(fā)射極被布設(shè)于前側(cè)表層。對比普通電池，它固有的構(gòu)架近似。兼容現(xiàn)有技術(shù)，損耗掉的金屬被縮減。正背面布設(shè)的電極柵線都擬定了同一的構(gòu)架，都可吸納光線。為此，熊貓電池有著凸顯的雙面特性，增添發(fā)電總量。針對于晶體硅，它縮減了發(fā)射極暗藏著的死層，增添藍(lán)光響應(yīng)。

4 結(jié)束語

太陽電池特有的市場之內(nèi)，晶體硅被看成主導(dǎo)。制備晶體硅緊密關(guān)系著這一市場拓展的總體走向。未來時(shí)段內(nèi)，晶體硅仍將被劃歸為節(jié)能的必備材料，顯出不可替換的價(jià)值。制備太陽電池，應(yīng)能創(chuàng)設(shè)低成本的、高效情形下的節(jié)能流程，節(jié)省原材耗費(fèi)。摸索新穎工藝，側(cè)重予以改進(jìn)，創(chuàng)設(shè)轉(zhuǎn)換效率最優(yōu)的新穎制備流程。

[1]楊灼堅(jiān),沈輝．n型晶體硅太陽電池最新研究進(jìn)展的分析與評估[J]．材料導(dǎo)報(bào),2010(15):126-130．

[2]宋登元,鄭小強(qiáng)．高轉(zhuǎn)換效率晶體硅太陽電池研究及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展[J]．半導(dǎo)體技術(shù),2013(11):801-806+811．

[3]李濤,周春蘭,趙雷,等．激光摻雜制備晶體硅太陽電池研究進(jìn)展[J]．電工技術(shù)學(xué)報(bào),2011(12):141-147．