高效太阳电池制造原理.ppt

高效太阳电池的制造原理,GuoLihui,光电效应,1839年，法国物理学家A.E，贝克勒尔（A.E,Bequral）发现金属浸入溶液的“光生伏打效应”1883年，有人在半导体硒和金属接触处发现了固体光伏效应。,GuoLihui,D.ChapinG.PearsonC.Fuller,第一个具有实用性的Si太阳电池（6%）,GuoLihui,1957年，前苏联第一颗卫星，“Spurnik”；1958年，美国“先锋一号”卫星；1971年，中国“实践二号”卫星。,GuoLihui,PVSystem,并网系统（Grid-connected）,独立用户系统（Off-grid,Stand-alone）,GuoLihui,Wafer,Cell,Module,太阳电池及组件,从硅片（wafer）到太阳电池组件（module),电池,组件,系统,GuoLihui,GuoLihui,Ec,Ev,Ef,非平衡载流子,非平衡少数载流子空穴,非平衡少数载流子电子,掺杂磷P,掺杂硼B,光生少数载流子的产生,GuoLihui,体内复合少子寿命,+,-,-,-,-,-,-,+,+,P-Si,扩散n区,入射光,SiN层,背铝电极,银栅电极,+,+,GuoLihui,PN结,（掺硼）p-typeSiSub,（掺磷）n-type,GuoLihui,A0=1，由基区、发射区决定的复合；A0=2，由耗尽层决定的复合。,太阳电池的等效电路,基区、发射区复合,耗尽层复合,GuoLihui,硅太阳电池生产技术的研发,增大捕获入射光表面织构技术；表面抗光反射膜；背面光反射；电极合理化设计。,减少光生少子在体内、表面的复合表面低温钝化工艺；尽量采用全低温工艺；吸杂技术；晶界悬挂键饱和（多晶硅）。,电极接触减小自身电阻；减小与硅的接触电阻。,由于采用薄硅片碎片产生的原因、相应的解决方法；减少光生少子在背面的复合速度；增加长波长光的背反射；,GuoLihui,晶体硅太阳电池,单晶硅（mono-crystallineSi）多晶硅（multi-crystallineSi）,GuoLihui,获得高效率Si太阳电池的原则,需采用长少子寿命（lifetime达到ms）的高品质硅衬底；良好的正、背面表面钝化（surface-passivation），使表面具有低的复合（recombination）速度（小于102m/s）；良好的表面“陷光”（light-trapping）结构，使正表面具有低的入射光反射率；合适的发射区（emitter）设计，以获得全部的光生载流子；良好的正、负电极欧姆接触，以获得低的串联电阻。,GuoLihui,少子寿命,在电阻率相同的情况下，n-type硅具有比p-type硅更长的少子寿命；但具有相同少子寿命时，p-type硅比n-type硅具有更长的扩散长度；对超薄、高效、高稳定硅太阳电池，n-type硅更具有优势；N-type问题：拉单晶掺杂均匀性、扩散工艺、金属电极。,GuoLihui,良好的表面钝化方法,氯基氧化（Chlorinebased,TCA），或干氧氧化；氧化后辅施以退火处理；PECVDSiNx钝化；非晶硅a-Si:H钝化。,GuoLihui,欧姆接触,具有线性的和对称的电流-电压关系；不引入明显的附加阻抗。,GuoLihui,三种超高效单晶硅太阳电池,GuoLihui,LGBC太阳电池,LGBC太阳电池全称是激光刻槽埋栅电池（lasergroovedburiedcontact）。最初源于澳大利亚新南威尔士大学马丁格林实验室的原理性研发，BPSolar太阳能公司，最新采用了该工艺和太阳电池结构，,GuoLihui,PERL或LBSF电池,PERL（钝化发射极和背面局部扩散）/LBSF（局部背场）电池主要特点是磷扩散并被热氧化钝化的选择性发射极，极少的正表面的金属化部分（1），背面局部扩散（局部BSF）基础上的点接触（金属化部分1）及非接触背面的热氧化钝化。当用抛光硅片时，这种电池的VOC可达到717mV。当在硅片上制作绒面后，PERL电池的效率可高达24.7。,GuoLihui,高效地面太阳电池简介：埋栅电池,这种电池先在硅片表面用激光或机械刻槽，然后通过电镀镍、铜或银填充这些槽（20m）制备电极。电池采用了选择性发射极概念，并在无金属正表面区进行了很好的表面钝化，这些设计使得埋栅电池比丝网印刷电池的效率提高不少。（平均17-18）。,GuoLihui,背电极电池（backcontactsolarcells）,叉指背结太阳电池常常用在高密度入射光子流的情况，如聚光型太阳电池。美国Sunpower在2008年5月12日宣布采用该电池结构实现了超越23%,GuoLihui,背接触聚光电池,这种电池的特点是两种电极都在背部（插指电极），减小了受光表面的遮光损失，背接触电池整个背面都重扩散硼或磷，大部分重扩散背面被热氧化钝化，氧化层上留有小孔方便金属与n+或p+的接触，因此这种电池又叫点接触电池。薄（150m）n型高阻FZ硅聚光电池在聚光条件下（100,AM1.5D,25）的效率可达26，掺杂浓度为1016cm-3（n型或p型）的FZ硅，其1个电池的效率也可达到22.7。,GuoLihui,异质结电池（heterojunctionsolarcellswithintrinsicthinlayer）,2007年，三洋公司已经成功将HIT电池的效率从2003年的21.3%提升到22.3%,GuoLihui,将n型1cmCZ硅片背面制备a-SiBSF，正面制备a-Si/c-Si异质结，1太阳效率可达到20.0%，这种电池结构就是所谓的HIT电池（本征薄层的异质结）。HIT电池的结是在200低温下制备的，a-SiBSF的有效SRV低于50cms-1。,晶体硅异质结太阳电池,