高效太陽電池制造原理.ppt

高效太陽電池的 制造原理,Guo Lihui,光電效應(yīng),1839年，法國物理學(xué)家A.E，貝克勒爾（A.E,Bequral）發(fā)現(xiàn)金屬浸入溶液 的“光生伏打效應(yīng)” 1883年，有人在半導(dǎo)體硒和金屬接觸處發(fā)現(xiàn)了固體光伏效應(yīng)。,Guo Lihui,D. Chapin G. Pearson C. Fuller,第一個具有實用性的Si太陽電池（6%）,Guo Lihui,1957年，前蘇聯(lián)第一顆衛(wèi)星，“Spurnik”； 1958年，美國“先鋒一號”衛(wèi)星； 1971年，中國“實踐二號”衛(wèi)星。,Guo Lihui,PV System,并網(wǎng)系統(tǒng)（Grid-connected）,獨立用戶系統(tǒng)（Off-grid, Stand-alone）,Guo Lihui,Wafer,Cell,Module,太陽電池及組件,從硅片（wafer）到太陽電池組件（module),電池,組件,系統(tǒng),Guo Lihui,Guo Lihui,Ec,Ev,Ef,非平衡載流子,非平衡少數(shù)載流子 空穴,非平衡少數(shù)載流子 電子,摻雜磷P,摻雜硼B(yǎng),光生少數(shù)載流子的產(chǎn)生,Guo Lihui,體內(nèi)復(fù)合少子壽命,+,-,-,-,-,-,-,+,+,P-Si,擴(kuò)散n區(qū),入射光,SiN層,背鋁電極,銀柵電極,+,+,Guo Lihui,PN結(jié),（摻硼）p-type Si Sub,（摻磷） n-type,Guo Lihui,A0=1，由基區(qū)、發(fā)射區(qū)決定的復(fù)合； A0=2，由耗盡層決定的復(fù)合。,太陽電池的等效電路,基區(qū)、發(fā)射區(qū)復(fù)合,耗盡層復(fù)合,Guo Lihui,硅太陽電池生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā),增大捕獲入射光 表面織構(gòu)技術(shù)； 表面抗光反射膜； 背面光反射； 電極合理化設(shè)計。,減少光生少子在體內(nèi)、表面的復(fù)合 表面低溫鈍化工藝； 盡量采用全低溫工藝； 吸雜技術(shù)； 晶界懸掛鍵飽和（多晶硅）。,電極接觸 減小自身電阻； 減小與硅的接觸電阻。,由于采用薄硅片 碎片產(chǎn)生的原因、相應(yīng)的解決方法； 減少光生少子在背面的復(fù)合速度； 增加長波長光的背反射；,Guo Lihui,晶體硅太陽電池,單晶硅（mono-crystalline Si） 多晶硅（multi-crystalline Si）,Guo Lihui,獲得高效率Si太陽電池的原則,需采用長少子壽命（lifetime 達(dá)到ms）的高品質(zhì)硅襯底； 良好的正、背面表面鈍化（surface-passivation），使表面具有低的復(fù)合（recombination）速度（小于102m/s）； 良好的表面“陷光”（light-trapping）結(jié)構(gòu)，使正表面具有低的入射光反射率； 合適的發(fā)射區(qū)（emitter）設(shè)計，以獲得全部的光生載流子； 良好的正、負(fù)電極歐姆接觸，以獲得低的串聯(lián)電阻。,Guo Lihui,少子壽命,在電阻率相同的情況下，n-type 硅具有比p-type 硅更長的少子壽命； 但具有相同少子壽命時，p-type 硅比n-type 硅具有更長的擴(kuò)散長度； 對超薄、高效、高穩(wěn)定硅太陽電池，n-type 硅更具有優(yōu)勢； N-type問題：拉單晶摻雜均勻性、擴(kuò)散工藝、金屬電極。,Guo Lihui,良好的表面鈍化方法,氯基氧化（Chlorine based, TCA），或干氧氧化； 氧化后輔施以退火處理； PECVD SiNx鈍化； 非晶硅a-Si:H鈍化。,Guo Lihui,歐姆接觸,具有線性的和對稱的電流-電壓關(guān)系； 不引入明顯的附加阻抗。,Guo Lihui,三種超高效單晶硅太陽電池,Guo Lihui,LGBC 太陽電池,LGBC 太陽電池全稱是激光刻槽埋柵電池（laser grooved buried contact）。最初源于澳大利亞新南威爾士大學(xué)馬丁格林實驗室的原理性研發(fā)，BP Solar太陽能公司，最新采用了該工藝和太陽電池結(jié)構(gòu)，,Guo Lihui,PERL或LBSF電池,PERL（鈍化發(fā)射極和背面局部擴(kuò)散） /LBSF（局部背場）電池主要特點是磷擴(kuò)散并被熱氧化鈍化的選擇性發(fā)射極，極少的正表面的金屬化部分（1），背面局部擴(kuò)散（局部BSF）基礎(chǔ)上的點接觸（金屬化部分1）及非接觸背面的熱氧化鈍化。當(dāng)用拋光硅片時，這種電池的VOC可達(dá)到717mV。當(dāng)在硅片上制作絨面后，PERL電池的效率可高達(dá)24.7。,Guo Lihui,高效地面太陽電池簡介： 埋柵電池,這種電池先在硅片表面用激光或機(jī)械刻槽，然后通過電鍍鎳、銅或銀填充這些槽（20m）制備電極。電池采用了選擇性發(fā)射極概念，并在無金屬正表面區(qū)進(jìn)行了很好的表面鈍化，這些設(shè)計使得埋柵電池比絲網(wǎng)印刷電池的效率提高不少。（平均17-18） 。,Guo Lihui,背電極電池（back contact solar cells）,叉指背結(jié)太陽電池常常用在高密度入射光子流的情況，如聚光型太陽電池。 美國Sunpower在2008年5月12日宣布采用該電池結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了超越23%,Guo Lihui,背接觸聚光電池,這種電池的特點是兩種電極都在背部（插指電極），減小了受光表面的遮光損失，背接觸電池整個背面都重擴(kuò)散硼或磷，大部分重擴(kuò)散背面被熱氧化鈍化，氧化層上留有小孔方便金屬與n+或p+的接觸，因此這種電池又叫點接觸電池。?。?50m）n型高阻FZ硅聚光電池在聚光條件下（100, AM 1.5D, 25）的效率可達(dá)26，摻雜濃度為1016 cm-3（n型或p型）的FZ硅，其1個電池的效率也可達(dá)到22.7。,Guo Lihui,異質(zhì)結(jié)電池 （heterojunction solar cells with intrinsic thin layer）,2007年，三洋公司已經(jīng)成功將HIT電池的效率從2003年的21.3%提升到22.3%,Guo Lihui,將n型1cm CZ硅片背面