探析高效晶體硅材料的太陽電池

黃河水電光伏產業技術有限公司 李嘉亮

探析高效晶體硅材料的太陽電池

黃河水電光伏產業技術有限公司 李嘉亮

高效晶體硅特有的原材料，可制備太陽電池。從現有狀態看，這一產業凸顯了戰略位置，變為新興產業。去年時段內，太陽電池占到了超出85%這一總份額，成為光伏主流。單晶硅顯現出來的研發水準、規模化的現有水準都緊密關聯著光伏發電。為此，有必要明晰高效狀態下的晶體硅特性，解析電池結構。在這種基礎上，提升技術轉換效率，創設更適宜的綠色節能路徑。

成本高效；晶體硅材料；太陽電池

太陽能特有的電池進展，變更了多樣結構。例如：MIS這樣的電池、肖特基類的電池、異質類的電池。若能詳細區分，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，晶體硅占到了主導位置。這是由于，晶體硅必備的原材足量，技術較為成熟。上世紀末以來，能源凸顯了偏重的危機，太陽能漸漸被深化運用。劇烈競爭之下，晶體硅凸顯了薄片化、高轉換效率這樣的進展態勢。縮減晶體硅固有的耗費成本，創設高效轉化，可以延展消耗掉的電池壽命，減小發電總消耗。

1 解析根本機理

太陽電池制備中的根本機理：太陽電池凸顯的轉換損耗含有前表面架構的光反射消耗、電極柵線附帶的光學損耗、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架，以便提升轉換效率。單晶硅制備出來的這類電池，轉換效率從初始的6%遞增至現今的23%，很近似運算得出的理想轉換效率[1]。

圖1 電池原理

太實驗室測得的這類轉換效率，都超出了23%。這樣三類電池，代表著最為優良的電池水準。在測算轉換效率時，必備表層面積、電池開路電壓、短路情形下的電流密度、轉換效率關聯的填充因子。

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換效率可超出25%，近似理論數值。截至目前，它顯出了最高水準的電池轉換效率。詳細而言，為了提升轉換效率，它依托堿溶液特有的腐蝕、光刻開窗口這一技術，制備出表層架構內的電池絨面，設定倒金字塔這一總體構架。在電池表層內，沉淀雙重的反射膜，縮減反射損耗。針對于前表面，布設了最為致密的柵線。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控為20微米，減小了遮光率。這樣做，縮減了表層范疇的復合速率。選用如上技術，提升了總體范疇的電池轉換效率，促進太陽電池技術研究進展。

背鈍化特有的電池技術，借助薄膜來當成鈍化膜，附著于電池正面。光照在電池之內會累積電子，它們被安全運送至電路。發射極可被選擇，熱生長可得偏薄的、鈍化電池表層。借助于接觸點，針對日常擴散予以鈍化。它規避了傳統流程內的電路受阻，提升轉換成效。未來進展之中，背鈍化這一新穎技術應被看成總體的走向。

2.2 異質構架電池

異質特有的太陽電池包含晶體硅、對應的非晶體硅。為了提升轉換效率，選取異質構架，提升至更高數值的開路電壓。對比相同質地的這類電池，它凸顯了超出2%的總開路電壓。異質界面表層，可增設非晶體特有的偏薄層級，以便鈍化電池。增設鈍化層級，減小表層之內的復合載流子。非晶硅被設定成發射極，電氧化物顯現出透明的質地。這類原材被當成窗口層，提升了導電性，更多光線透過。

制作電池時，溫度被調控成200攝氏度[2]。這種適宜溫度維持了載流子特有的硅片穩定，延長硅片壽命。后續發展之中，窗口層及搭配的發射極，都增添了這樣的薄膜，提升電池轉換效率。

例如：夏普公司制備出來的HIT電池，含有薄膜特性的異質結構。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損耗，強化光吸收率。

2.3 交指形態電池

IBC特有的電池，電極表現出交指的形態。對比前面兩類，它省掉了前表層附帶的柵線。正負電極被彼此交叉，布設于電池固有的背部。這種巧妙布設，規避了常規情形下的遮光耗費。借助擴散規則，背面增添了間隔的交錯，含有接觸區域。氧化硅增添了鈍化膜之上的小孔，金屬電極經由這樣的小孔來銜接著發射區，縮減了載流子固有的表層復合速率。

背接觸構架下，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，很多機構側重去調研這一新穎的電池。從現狀看，它已被劃歸轉換效率優良的這類電池。

圖2 電池構架

3 產業化路徑之下的新穎電池

3.1 現有進展趨向

研究進展之下，實驗室創設出來的太陽電池側重選取了晶體硅。這類電池超出了30%的總比值，近似極限數值。日常調研之中，為了吻合擬定好的極限轉換效率，選取復雜工藝，制備出最為適宜的這類電池。現有電池轉換效率應能超出25%。未來進展中，還要接著突破。

但是，工業化范疇內的規模產出，若依循成本偏高的產出流程，會消耗掉更多原材。受到成本約束，很難延展現有的總規模[3]。唯有依循低成本這一新穎路徑，才會拓展總規模，提升制作效率。科技部擬定出來的規劃內，優先凸顯了低成本路徑下的電池制備產業。

3.2 現今時段的進展狀態

在縮減成本、增添總轉換效率上，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都依循了這一進展思路，投入規模生產。這些進展技術，表征著未來時段的電池制備走向。太陽能電池獨有的高轉換效率構架，包含雙面結構、鈍化發射極這樣的點接觸、金屬穿孔結構。

維持較低成本，在這種根基上創設最優的總轉換效率。簡化了慣用的制備流程，縮減復雜步驟。新穎制備技術涵蓋了發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，都增設了新穎流程及搭配的技術，兼容現有工藝。

3.3 選取典型實例

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金額，同時增加轉換效率。對比p型硅，新穎電池顯現出來的誘導衰減還是很低的。與此同時，針對金屬雜質，它縮減了原有的敏銳性；在同一濃度下，載流子預設的壽命將被延展。如上這些優勢，決定著新穎電池可延展年限，提升供電轉換效率。從現狀看，n型這樣的單晶硅超越了17%的現有份額[5]。若要獲取突破，還需一段時間。

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

4 結束語

太陽電池特有的市場之內，晶體硅被看成主導。制備晶體硅緊密關系著這一市場拓展的總體走向。未來時段內，晶體硅仍將被劃歸為節能的必備材料，顯出不可替換的價值。制備太陽電池，應能創設低成本的、高效情形下的節能流程，節省原材耗費。摸索新穎工藝，側重予以改進，創設轉換效率最優的新穎制備流程。

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

[2]宋登元,鄭小強．高轉換效率晶體硅太陽電池研究及產業化進展[J]．半導體技術,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展[J]．電工技術學報,2011(12):141-147．