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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,
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