第四章 硅太陽能電池的設計

2023/12/14應用光伏學1第四章：

硅太陽能電池的設計§4.1基礎太陽能

電池設計§4.2光學設計§4.3復合效應的

降低§4.4電阻損耗§4.5太陽能電池

的結構2023/12/14應用光伏學2

太陽能電池的設計包括明確電池結構的參數以使轉換效率達到最大，以及設置一定的限制條件。這些條件由太陽能電池所處的制造環(huán)境所決定。例如，如果用于商業(yè)，即以生產最具價格優(yōu)勢的電池為目標，則需要著重考慮制造電池的成本問題。然而，如果只是用于以獲得高轉換效率為目標的實驗研究，則主要考慮的便是最高效率而不是成本?！?.1.1

基礎太陽能電池設計2023/12/14應用光伏學3§4.1.1

基礎太陽能電池設計硅太陽能電池效率的演變2023/12/14應用光伏學4§4.1.1

基礎太陽能電池設計

理論上，光伏電池的最高轉換效率能達到90%以上。然而，這一數字的獲得是以幾個假設為前提的，這些假設在實際上很難或根本不可能達到，至少在現今人類的科技水平和對器件物理的理解上很難達到。對于硅太陽能電池來說，其在一個太陽照射下，比較實際的理論最高效率值大約為26%-28%?，F今實驗室測得的硅太陽能電池的最高效率為24.7%。

理論值與實際測量值之間的差距主要來自兩個方面因素。首先，在計算理論最大效率時，人們假設所有入射光子的能量都被充分利用了，即所有光子都被吸收，并且是被禁帶寬度與其能量相等的材料吸收了。為了獲得這種理論效果，人們想出一種由無限多層材料禁帶寬度不同的電池疊加在一起的模型，每一層都只吸收能量與其禁帶寬度相等的光子。2023/12/14應用光伏學5

第二個因素是假設入射光有高聚光比。并假設溫度和電阻效應對聚光太陽能電池的影響很小，而光強的增加能適當增加短路電流。因為開路電壓VOC受短路電流的影響，VOC隨著光強呈對數上升。再者，因為填充因子也隨著VOC的提高而提高，所以填充因子同樣隨著光強的增加而提高。因光強的增加而額外上升的VOC和FF使聚光太陽能電池獲得更高的效率。

為獲得最高效率，在設計單節(jié)太陽能電池時，應注意幾項原則：

1.提高能被電池吸收并生產載流子的光的數量。

2.提高pn結收集光生載流子的能力。

3.盡量減小黑暗前置電流。

4.提取不受電阻損耗的電流?！?.1.1

基礎太陽能電池設計2023/12/14應用光伏學6被頂端電極所阻擋表面反射被電池的背面反射

光的損耗主要以降低短路電流的方式影響太陽能電池的功率。被損耗的光包括本來有能力在電池中產生電子空穴對，但是被電池表面反射走的光線。對于大多數太陽能電池來說，所有的可見光都能產生電子空穴對，因此它們都能被很好地吸收?！?.2.1

光學特性

光的損耗2023/12/14應用光伏學7有很多減少光損失的方法：盡量使電池頂端電極覆蓋的面積達到最?。ūM管這樣可能導致串聯(lián)電阻的增加）。這一點在串聯(lián)電阻一節(jié)中有詳細討論

。在電池上表面加減反射膜表面制絨增加電池的厚度以提高吸收（盡管任何在與pn結的距離大于擴散長度的區(qū)域被吸收的光，都因載流子的復合而對短路電流沒有貢獻）通過表面制絨與光陷阱的結合來增加電池中光的路徑長度§4.2.1

光學特性

光的損耗2023/12/14應用光伏學8

加在太陽能電池上表面的減反射膜與在其他光學器件（如相機鏡頭）上的膜相似。它們包含了一層很薄的介電材料層，膜的厚度經過特殊設計，光在膜間發(fā)生干涉效應，避免了像在半導體表面那樣被反射出去。這些避免被反射出去的光與其它光發(fā)生破壞性干擾，導致被反射出電池的光強為零。除了減反射膜，干涉效應還能在水面上的油膜上看到，它能產生彩虹般的彩色帶?！?.2.2

光學特性

減反射膜2023/12/14應用光伏學9§4.2.2

光學特性

減反射膜使用厚度為四分之一波長的減反射膜來減少表面反射。(a)破壞性干涉導致反射光為零(b)建設性干涉導致所有的光都被反射所有光傳入半導體沒有光傳入半導體2023/12/14應用光伏學10

減反射膜的厚度經過特殊設計，剛好為入射光波長的四分之一。計算過程如下，對于折射率為n1的薄膜材料，入射光真空中的波長為λ0，則使反射最小化的薄膜厚度為d1=λ0/(4n1)

如果減反射膜的折射率為膜兩邊的材料的折射率的幾何平均數，反射將被進一步降低。即§4.2.2

光學特性

減反射膜2023/12/14應用光伏學11§4.2.2

光學特性

減反射膜盡管，通過上面的公式，選用相應厚度、折射率的膜和相應波長的光，能使反射的光減少到零，但是每一種厚度和折射率只能對應一種波長的光。在光伏應用中，人們設計薄膜的厚度和反射率，以使波長為0.6μm的光的反射率達到最小。因為這個波長的能量最接近太陽光譜能量的峰值。如果鍍上多層減反射膜，能減少反射率的光譜范圍將非常寬。但是，對于多數商業(yè)太陽能電池來講，這樣的成本通常太高。2023/12/14應用光伏學12§4.2.2

光學特性

減反射膜裸硅覆蓋有折射率為2.3的最優(yōu)化抗反射膜玻璃的硅（僅）覆蓋玻璃的硅Comparisonofsurfacereflectionfromasiliconsolarcell,withandwithoutatypicalanti-reflectioncoating.2023/12/14應用光伏學13

在硅表面制絨，可以與減反射膜相結合，也可以單獨使用，都能達到減小反射的效果。因為任何表面的缺陷都能增加光反彈回表面而不是離開表面的概率，所以都能起到減小反射的效果?！?.2.3

光學特性

表面制絨2023/12/14應用光伏學14§4.2.3

光學特性

表面制絨表面制絨有幾種方法。一塊單晶硅襯底可以沿著晶體表面刻蝕便能達到制絨效果。如果表面能恰當符合內部原子結構的話，硅表面的晶體結構將變成由金字塔構成的表面。下圖畫出了一個這樣的金字塔結構，用電子顯微鏡拍攝的硅表面制絨。這種制絨方式叫“隨機型金字塔”制絨，通常在單晶硅電池制造上使用。右圖便是組成單晶硅太陽能電池制絨表面的金字塔結構。單晶硅制絨表面的電子顯微鏡掃描照片2023/12/14應用光伏學15另一種表面制絨方式叫“倒金字塔型”制絨。這種制絨方法是往硅表面下面刻蝕，而不是從表面往上刻蝕，如圖所示。

§4.2.3

光學特性

表面制絨單晶硅制絨表面的電子顯微鏡掃描照片2023/12/14應用光伏學16§4.2.3

光學特性

表面制絨多晶硅制絨表面的電子顯微鏡照片刻蝕多晶硅表面時，上面講到的兩種方法都不能使用，因為只有在由<111>晶體表面構成的表面才能完成有效的形態(tài)。而多晶硅表面上，只有一小部分面積才有<111>方向。但是多晶硅制絨可以使用光刻技術和機械雕刻技術，即使用切割鋸或激光把表面切割成相應的形狀。2023/12/14應用光伏學17

2023/12/14應用光伏學18

像減小表面反射一樣，充分的吸收入射光也是獲得高轉換效率的必要途徑之一。而吸收光的多少則取決于光路徑的長度和吸收系數。下面的動畫展示了硅太陽能電池對光的吸收是如何隨著電池厚度變化的。對于厚度超過10mm的硅電池來說，入射光能量大于禁帶寬度的部分基本全部被吸收?？傠娏鞯?00%指的是所有能被硅吸收的光都被吸收了。當硅材料厚度為10微米時，只有30%的可吸收光被吸收。損失的光子用橙色和紅色表示。§4.2.4

光學特性

電池厚度2023/12/14應用光伏學19§4.2.5

光學特性

光陷阱

最佳的電池厚度并不單單是由吸收所有的光這一需要決定的。例如，如果光在與pn結距離小于擴散長度的區(qū)域被吸收，產生的載流子卻被復合了。此外，如果電池的厚度變薄但是吸收的光線不變，開路電壓將比厚電池的大。經過結構優(yōu)化的太陽電池通常擁有比電池實際厚度長幾倍的光路徑長度，所謂電池光路徑長度是指沒被吸收的光在射出電池前在電池內所走的距離。通常稱它為器件厚度。舉例說，一個沒有光陷阱結構的電池，它的光路徑長度可能只相當于電池實際厚度，而經過光陷阱結構優(yōu)化的電池的路徑長度能達到厚度的50倍，這意味著光線能在電池內來回反彈許多遍。2023/12/14應用光伏學20§4.2.5

光學特性

光陷阱通常，使光子入射在傾斜面上，隨之改變光子在電池內運動的角度，便能達到光陷阱的效果。一個經過制絨的表面不僅能像前面所講的那樣減少反射，還能使光斜著入射電池，因此光的路徑長度比厚度大。光入射到半導體的折射角度可以通過折射定律求得：

n1sinθ1=n2sinθ2

其中，θ1θ2分別是入射角和折射角，而n1為光入射介質的折射率，n2光射出介質的折射率。2023/12/14應用光伏學21對上面的折射定律公式進行調整，則可計算光在電池入射的角度（即折射角）：對于經過表面制絨的單晶硅太陽能電池，由于晶體表面的存在而使得角度θ1等于36°，如下圖所示光在經制絨的太陽能電池上的反射和入射§4.2.5

光學特性

光陷阱2023/12/14應用光伏學22§4.2.5

光學特性

光陷阱如果光線從折射率大的介質入射到折射率小的介質，將有可能發(fā)生全反射。此時的入射角為臨界角，在上面的方程中，設θ2為0，得：

利用全內反射，可以把光困在電池內面，使穿入電池的光成倍增加，因此厚度很薄的電池也能擁有很長的光路徑長度。2023/12/14應用光伏學23

朗伯背反射層是一種特殊的背反射層，它能使反射光的方向隨機化。電池背反射層的高反射率，減小了背電極對光的吸收和光穿出電池的幾率，并把光反彈回電池體內。方向的隨機化使得許多反射光都被全反射回去。有些被反射回電池頂端表面的光與表面的角度大于臨界角，則又再次被全反射回電池內。這樣一來，光被吸收的機會就大大增加了，因為光的路徑長度能達到4n2，n為半導體的折射率(YablonovitchandCody,1982)。使光的路徑長度長達電池厚度的50倍，因此這是一個十分有效的圍困光線的技術?！?.2.6

光學特性

朗伯背反射層2023/12/14應用光伏學24朗伯背反射層如下圖所描述：§4.2.6

光學特性

朗伯背反射層UNSW新南威爾士大學小于臨界角入射的光逃出電池光被全反射并圍困在電池內入射光電池底部的隨機散射頂角等于臨界角的椎體內的光損失掉了2023/12/14應用光伏學25

復合效應同時造成光生電流（即短路電流）和前置偏壓注入電流（即開路電壓）的損失。人們通常依據發(fā)生在電池內的區(qū)域不同來對復合進行分類。一般來說，發(fā)生在電池表面（表面復合）和電池體內（體復合）的復合是主要的復合形式。而耗盡區(qū)則是另外一個會發(fā)生復合的區(qū)域。25§4.3.1

減少復合效應

復合損耗2023/12/14應用光伏學26

為了讓pn結能夠吸收所有的光生載流子，表面復合和體復合都要盡量減到最小。對于硅太陽能電池，要達到這樣的效果，所需條件為：載流子必須在與pn結距離小于擴散長度的區(qū)域產生，才能擴散到pn結并被收集。對于局部高復合區(qū)域（比如，沒有鈍化的表面和多晶硅的晶界），光生載流子與pn結的距離必須小于與高復合區(qū)域的距離。相反，在局部低復合區(qū)域（比如鈍化的表面），光生載流子可以與低復合區(qū)域距離更近些，因為它依然能擴散到pn結并被收集，而不會復合?！?.3.2

減少復合效應

復合引起的電流損失2023/12/14應用光伏學27§4.3.2

減少復合效應

復合引起的電流損失電池的前表面和背表面存在局部復合區(qū)域，意味著能量不同的光子將有不同的收集概率。藍光的吸收率很高，并且在距離前表面非常近處被吸收，所以如果前表面是個高復合區(qū)域的話，那么藍光產生的載流子就不怎么可能被pn結收集。類似的，如果電池的背表面的復合效應很強，將主要影響由紅外光產生的載流子（紅外光在電池深處產生載流子）。太陽能電池的量子效率量化了復合效應對光生電流的影響。下圖描述了太陽能電池的量子效率。2023/12/14應用光伏學28理想和實際太陽能電池的典型量子效率，描述了復合損失和光損失的影響前表面的反射和復合體內和背面的復合加上沒被吸收的光§4.3.2

減少復合效應

復合引起的電流損失2023/12/14應用光伏學29§4.3.2

減少復合效應

復合引起的電流損失

三種不同類型的晶體硅太陽能電池的量子效率曲線。埋柵和絲網印刷曲線表示的是電池的內部量子效率，而PERL曲線則表示電池的外部量子效率。PERL電池(鈍化發(fā)射極背部局域擴散)(PassivatedEmitterandRearLocally-diffused)對紅外光的響應最好，因為被良好地鈍化，有高效率的背表面反射。絲網印刷埋柵PERL2023/12/14應用光伏學30

開路電壓是指當前置擴散電流與短路電流大小相當時的光電壓。前置擴散電流的大小取決于pn結處復合效應的大小，即擴散電流隨著復合的提高而上升。結果是，高復合提高了前置擴散電流，反過來卻降低了開路電壓。能表示在前置電壓下的復合大小的材料參數是“二極管飽和電流”。而復合的大小由pn結邊緣的少數載流子的數量控制，即它們離開pn結的速度有多快，復合的速度就有多快。所以，黑暗前置電流以及開路電壓將受到下面幾個因素影響：pn結邊緣的少數載流子數量。從pn結另一邊注入的少數載流子數量，等于在平衡狀態(tài)下的少數載流子數量乘以一個由電池電壓和溫度決定的指數因子。因此，盡量減少平衡少數載流子濃度將減少復合。而減少平衡少數載流子濃度可以通過增加摻雜來實現?！?.3.3

減少復合效應

復合引起的電壓損失2023/12/14應用光伏學31材料的擴散長度。短的擴散長度意味著少數載流子由于復合，在pn結邊緣處快速消失，以使得更多的載流子通過電池，提高前置電流。因此，必須有長的擴散長度才能盡量減少復合并獲得高電壓。而擴散長度取決于電池材料的類型、制造電池片的過程和摻雜的情況。高摻雜導致低擴散長度，因此需要找到長擴散長度(它同時影響著電流和電壓)與高電壓之間的平衡。與pn結距離小于擴散長度的區(qū)域存在局部復合區(qū)?？拷黳n結的高復合區(qū)（通常為表面或晶界）使得載流子迅速的移向它，接著被復合，因此大幅度提高復合電流。通過表面鈍化能夠降低表面復合的影響?！?.3.3

減少復合效應

復合引起的電壓損失2023/12/14應用光伏學32§4.3.3

減少復合效應

復合引起的電壓損失在假設良好表面鈍化的前提下，摻雜（ND）對擴散長度和開路電壓的影響。擴散長度開路電壓下圖顯示對兩種參數的權衡。2023/12/14應用光伏學33

表面復合強烈影響短路電流的同時，也強烈影響著開路電壓。電池前表面的高復合率對短路電流產生非常不利的影響，因為前表面是電池中載流子生成率非常高的區(qū)域。要降低此區(qū)域的高復合率，可以通過在表面鍍上鈍化層（通常為二氧化硅）的方式來減小硅表面的懸掛鍵?！?.3.4

減少復合效應

表面復合對電池背部進行重摻雜，讓少數載流子（這里為電子）遠離高復合率的背電極在電極下面重摻雜，讓少數載流子遠離高復合率的前端電極pn結的電場

二氧化硅“鈍化”表面并減少表面復合

降低表面復合影響的技術2023/12/14應用光伏學34因為硅太陽能電池的鈍化層通常為絕緣體，所以有金屬電極的區(qū)域便不能被二氧化硅鈍化。取而代之的，是在表面電極下面重摻雜，以減小表面復合的影響。盡管這樣的重摻雜通常會嚴重減小擴散長度，但是由于電極區(qū)域并不參與載流子的生成，因此它對載流子的收集的影響并不大。此外，當高復合率的電池表面非常接近于pn結時，要使復合的影響達到最小，就必須盡可能的增加摻雜的濃度。類似的方法也使用在減少背表面復合率對電壓和電流的影響上，如果背表面與pn結的距離小于擴散長度?！氨畴妶觥庇呻姵乇趁娴母邠诫s區(qū)域組成。在高摻雜和低摻雜區(qū)的交界處形成了類似pn結的場，相當于引入一個阻止少數載流子到背面的屏障。而低摻雜區(qū)域的少數載流子濃度也因此保持在了一個高水平，此背電場也取得了鈍化背面的效果。§4.3.4

減少復合效應

表面復合2023/12/14應用光伏學35

除了使吸收最大化和復合最小化之外，設計一個高效率太陽能電池的最后一個條件，便是使寄生電阻造成的損耗降到最低。

并聯(lián)電阻和串聯(lián)電阻都會降低電池的填充因子和效率。有害的低并聯(lián)電阻是一種制造缺陷，而不是參數設計的問題。然而，由頂端電極電阻和發(fā)射區(qū)電阻組成的串聯(lián)電阻就跟并聯(lián)電阻有所不同，必須小心設計電池結構的類型和尺度以優(yōu)化電池的效率?！?.4.1

頂端電極的設計

串聯(lián)電阻2023/12/14應用光伏學36§4.4.1

頂端電極的設計

串聯(lián)電阻母柵子柵網格線電池的串聯(lián)電阻有幾個部分組成，如下圖所示。在這些成分中，發(fā)射區(qū)和頂端電極（包括子柵電阻和母柵電阻）對串聯(lián)電阻的貢獻最大，因此也是最需要優(yōu)化的區(qū)域。太陽能電池中電阻組成及電流流向2023/12/14應用光伏學37金屬頂端電極是用來收集電池產生的電流的?！澳笘拧敝苯优c外部電路連接，而“子柵”負責從電池內部收集電流并傳送到母柵。在頂端電極的設計中，關鍵是要取得一個平衡，即窄的電極網線所造成的高電阻與寬電極網線造成的遮光面積增加的平衡。子柵母柵§4.4.1

頂端電極的設計

串聯(lián)電阻太陽能電池頂端電極設計。母柵和子柵連接并將產生的電流傳到外電極。2023/12/14應用光伏學38

通常，光生電流從電池體內垂直移動到電池表面，然后橫向穿過重摻雜表面，直到被頂端電極收集。電池體內的電阻和電流被假設為一個常數。電池的體電阻被定義為：

Rb=ρbw/A

考慮到電池的厚度

式中ρb為電池的體電阻率（電導率的倒數）（硅電池通常為0.5-5.0Ωcm），A為電池面積，w為電池主體區(qū)域的寬度。§4.4.2

頂端電極的設計

體電阻2023/12/14應用光伏學39 “表層電阻率”，一個取決于電阻率和厚度的參數，可以通過電池的n型層表面很輕易地測量出來。對于摻雜均勻的薄層來說，表層電阻率定義為：

ρП=ρ/t

其中，ρ為n型層的電阻率，t為表層的厚度。表層電阻率通常表示為歐姆/平方或Ω/П§4.4.3

頂端電極的設計

表層電阻率2023/12/14應用光伏學40§4.4.3

頂端電極的設計

表層電阻率只要仍然保持正方形，則無論尺寸多大，方形導電片的電阻都是一樣大的。

對于摻雜不均勻的n型層來說，ρ的分布也是不均勻的，則：2023/12/14應用光伏學41

發(fā)射區(qū)的表層電阻率可以使用“四點探針法”非常容易的測出來。電流流到探針，并在中間兩個探針之間產生壓降。n型區(qū)與p型區(qū)之間的pn結扮演著絕緣層的角色，使得測量表層電阻時不受影響。此外，測量時電池必須處在黑暗環(huán)境中?！?.4.3

頂端電極的設計

表層電阻率2023/12/14應用光伏學42§4.4.3

頂端電極的設計

表層電阻率

利用實驗測得的電壓和電流，可算得：式中π/ln2=4.53一般硅太陽能電池的表層電阻率在30-100Ω/П之間。2023/12/14應用光伏學43

基于前面的表層電阻率，作為頂端電極柵間距的函數且由發(fā)射區(qū)電阻造成的功率損失便可計算出來。然而，在發(fā)射區(qū)的電流流動的距離并不都是相等的。如果電流剛好從電池內部流到電極附近，則因此路程很短。但是如果電流流到兩個柵條之間的話，則電阻路徑剛好等于兩個柵條距離的一半。43

載流子從電池的產生點流到外部電極的理想效果圖。需要注意的是，實際中的發(fā)射區(qū)要比圖中的薄很多?！?.4.4

頂端電極的設計

發(fā)射區(qū)電阻2023/12/14應用光伏學44§4.4.4

頂端電極的設計

發(fā)射區(qū)電阻

右圖為計算由電池表層的橫向電阻造成的功率損失時用到的數據。在y方向逐漸遞增的功率損失為：dPloss=I2dR其中dR=ρПdy/A

式中y為兩個柵條之間的距離。如下圖所示：

表層橫向電流的大小決定于y和I（y），在兩柵條之間的中間點的大小為零，并沿著中間點到柵條的線逐漸增加。2023/12/14應用光伏學45計算電流的方程為：

I（y）=JbyJ為電流強度，b為柵條的長度，而y是兩柵條的間隔距離。終上所述，在1/2單元電池中，頂層阻抗引起的功率損耗為：

式中S同樣為兩柵間距。在最大功率輸出點，這個區(qū)域內的功率為VmpJmpbs/2，則相對功率損耗為：§4.4.4

頂端電極的設計

發(fā)射區(qū)電阻2023/12/14應用光伏學46接觸電阻損耗發(fā)生在硅電池與金屬電極的交界處。要降低接觸電阻的損耗，就必須對n型層的頂層進行重摻雜。然而，重摻雜水平也會引起不良后果。即如果高濃度的磷被擴散到硅中，當溫度下降時，多余的磷會被析出電池表層，形成一層“死層”，在這層中光生載流子的收集幾率非常低。許多商用電池因為死層的出現而導致對藍光的響應很差。因此，解決的辦法是，對金屬電極的下面部分進行重摻雜，而表層的其余部分則需控制在一個平衡值，也就是在獲得低發(fā)射區(qū)飽和電流和高發(fā)射區(qū)擴散長度之間達到平衡。頂端金屬電極金屬與硅界面的高接觸電阻對界面重摻雜以減小接觸電阻N型發(fā)射區(qū)§4.4.5

頂端電極的設計

接觸電阻2023/12/14應用光伏學47

頂端電極的優(yōu)化設計不只有子柵和母柵電阻的最小化，還包括與頂端電阻有關的總的損耗的最小化，即包括發(fā)射區(qū)的電阻損耗、金屬電極的電阻損耗和陰影損耗。

一些設計的因素決定了損耗規(guī)模的大小，它們包括子柵和母柵的間距、金屬的寬高橫縱比、金屬柵條的最小寬度以及金屬的電阻率。如下圖所示。橫縱比=高/寬小的高寬橫縱比柵條的間距大的高寬橫縱比發(fā)射區(qū)§4.4.6

頂端電極的設計

金屬網格的設計2023/12/14應用光伏學48§4.4.6

頂端電極的設計

金屬網格的設計柵間距對發(fā)射區(qū)電阻的影響正如我們在發(fā)射區(qū)電阻一節(jié)所講的那樣，來自發(fā)射區(qū)的能量損耗大小取決于金屬網格的間距，因此，短的柵間距有利于降低發(fā)射區(qū)電阻。網格電阻網格電阻的大小取決于金屬的電阻率、網格的排列布局和金屬柵條的橫縱比。低的電阻率和高的橫縱比對電池比較有利，但也會受到制造技術的限制。陰影損失

陰影損失是覆蓋在電池表面的金屬柵條阻擋光線射入電池引起的。2023/12/14應用光伏學49設計原則

雖然頂端電極的設計方案眾多，但基于現實原因，大多數的電池表面金屬網格設計都是相對簡單和十分勻稱的。勻稱的網格把電池分成均等的幾部分。設計時有幾個重要的原則要注意(Serreze,1978)：最優(yōu)的母柵寬度，WB，此時母柵的電阻損耗大小等于它的陰影損耗。寬度逐漸變小的柵條要比等寬的柵條所造成的損耗小。電池的面積越小、柵條的寬度WF越小以及柵條間隔S越小，則損耗越小?！?.4.6

頂端電極的設計

金屬網格的設計2023/12/14應用光伏學50頂端電極設計的示意圖，展示了母柵和子柵的形狀結構分布。子柵母柵§4.4.6

頂端電極的設計

金屬網格的設計2023/12/14應用光伏學51

對于硅太陽能電池來說，經過基本設計，在表面反射、載流子收集、載流子復合和寄生電阻這幾方面進行優(yōu)化后，轉換效率能達到大約25%的理論值。下圖是進行過這樣優(yōu)化的太陽能電池。制絨和鍍減反射膜表面摻雜母柵背電極子柵§4.5.1

太陽能電池的結構

硅太陽能電池的參數2023/12/14應用光伏學52基礎太陽能設計方法

1.襯底材料（通常為硅）硅太陽能電池能在現代光伏市場占據統(tǒng)治地位，一部分是得益于硅材料在集成電路產業(yè)的杰出表現。而就像在二極管的制造材料中一樣，硅材料的參數并不是最好的。特別是，硅的禁帶寬度對于最優(yōu)的太陽能電池來說，還是稍微有點過低了，因為硅是直接帶隙半導體，其吸收系數比較低。雖然低吸收系數的問題可以通過光陷阱來解決，但是很難把硅的表層制造地很薄。盡管如此，硅的資源卻十分豐富，它在半導體制造行業(yè)的優(yōu)勢使得其它材料難以匹敵?！?.5.1

太陽能電池的結構

硅太陽能電池的參數2023/12/14應用光伏學53§4.5.1

太陽能電池的結構

硅太陽能電池的參數2.電池厚度（100-500μm）經過優(yōu)化的伴有光陷阱和表面鈍化的硅太陽能電池，厚度大概在100μm。然而，200-500μm的厚度也是很常使用到的，部分原因是考慮到實際情況，如表面制造薄層或表面鈍化。3.基區(qū)的摻雜（1Ω/m）對基區(qū)進行高摻雜能