太陽能光伏技術ppt課件(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 nO2） 是許多薄膜電池的重要構成部分，作收集電流和窗口材料用。 ? （ 5） M1S電池 —— 是肖特基（ MS） 電池的改型，即在金屬和半導體之間加入 1． 5一 3． 0nm絕緣層，使 MS電池中多子支配暗電流的情況得到抑制，而變成少子隧穿決定暗電流，與 pn結類似。 ? 其中 1層起到減少表面復合的作用。經過改進的 M1S電池正面有 20一 40181。m的 SiO2膜，在膜上真空蒸發金屬柵線，整個表面再沉積 SiN薄膜。 SiN薄膜的作用是：①保護電池；②作為減反（ ARC）； ? 降低薄膜復合速度：①在 p型半導體一側產生一個 n型導電反型層。對效率產生決定性影響的是在介電層中使用了銀。 ? 該電池優點是工藝簡單，但反型層的薄層電阻太高。 ? （ 6） MINP電池 —— 可以把這種電池看作是 M1S電池和 p一 n結的結合，其中氧化層對表面和晶界復合起抑制作用。這種電池對后來的高效電池起到過渡作用。 ? （ 7） 聚光電池 —— 聚光電池的特點是電池面積小，從而可以降低成本，同時在高光強下可以提高電池開路電壓，從而提高轉換效率，因此聚光電池一直受到重視。 1． 2晶硅太陽電池向高效化和薄膜化方向發展 ? 晶硅電池在過去 20年里有了很大發展，許多新技術的采用和引入使太陽電池效率有了很大提高。在早期的硅電池研究中，人們探索各種各樣的電池結構和技術來改進電池性能，如背表面場，淺結，絨面，氧化膜鈍化， Ti／ Pd金屬化電極和減反射膜等。后來的高效電池是在這些早期實驗和理論基礎上的發展起來的。 1． 2． 1單晶硅高效電池 ? 單晶硅高效電池的典型代表是斯坦福大學的背面點接觸電池（ PCC）， 新南威爾士大學（ UNSW） 的鈍化發射區電池（ PESC， PERC， PERL以及德國Fraumhofer太陽能研究所的局域化背表面場（ LBSF） 電池等。 ? 我國在“八五”和“九五”期間也進行了高效電池研究，并取得了可喜結果。近年來硅電池的一個重要進展來自于表面鈍化技術的提高。從鈍化發射區太陽電池（ PESC） 的薄氧化層（＜ 10nm） 發展到 PCC／ PERC／PER1電池的厚氧化層（ 110nm）。 熱氧化鈍化表面技術已使表面態密度降到 10cm2以下，表面復合速度降到100cm／ s以下。 ? 此外，表面 V型槽和倒金字塔技術，雙層減反射膜技術的提高和陷光理論的完善也進一步減小了電池表面的反射和對紅外光的吸收。低成本高效硅電池也得到了飛速發展。 （ 1）新南威爾士大學高效電池 ? （ A） 鈍化發射區電池（ PESC） ：PESC電池 1985年問世， 1986年 V型槽技術又被應用到該電池上，效率突破20％ 。 ? V型槽對電池的貢獻是：減少電池表面反射；垂直光線在 V型槽表面折射后以41” 角進入硅片，使光生載流子更接近發射結，提高了收集效率，對低壽命襯底尤為重要； ? V型槽可使發射極橫向電阻降低 3倍。降低發射極電阻可提高電池填充因子。 ? 在發射結磷擴散后的 Al層沉積在電池背面，再熱生長 10nm表面鈍化氧化層，并使背面 Al和硅形成合金，正面氧化層可大大降低表面復合速度，背面 Al合金可吸除體內雜質和缺陷，因此開路電壓得到提高。 ? 早期 PESC電池采用淺結，然而后來的研究證明，淺結只是對沒有表面鈍化的電池有效，對有良好表面鈍化的電池是不必要的，而氧化層鈍化的性能和鋁吸除的作用能在較高溫度下增強，因此最佳 PESC電池的發射結深增加到 1181。m左右。 ? 值得注意的是，目前所有效率超過 20％的電池都采用 深結 而不是淺結。淺結電池已成為歷史。 ? PESC電池的金屬化由剝離方法形成Tipd接觸，然后電鍍 Ag構成。這種金屬化有相當大的厚／寬比和很小的接觸面積，因此這種電池可以做到大于83％的填充因子和 20． 8％的效率。 ? 填充因子 FF%：評估太陽電池負載能力的重要因素。 FF=(Im Vm)/(Isc Voc) ? 其中： Isc— 短路電流， Voc— 開路電壓， Im— 最佳工作電流， Vm— 最佳工作電壓； ? （ B） 鈍化發射區和背表面電池（ PERC）： 鋁背面吸雜是 PESC電池的一個關鍵技術。然而由于背表面的高復合和低反射，它成了限制 PESC電池技術進一步提高的主要因素。 PERC和 PERL電池成功地解決了這個問題。它用背面點接觸來代替 PESC電池的整個背面鋁合金接觸，并用TCA（ 氯乙烷）生長的 110nm厚的氧化層來鈍化電池的正表面和背表面。 ? （ C） 鈍化發射區和背面局部擴散電池（ PERL）： 在背面接觸點下增加一個濃硼擴散層，以減小金屬接觸電阻。由于硼擴散層減小了有效表面復合，接觸點問距可以減小到 250181。m、 接觸孔徑減小到 10181。m而不增加背表面的復合，從而大大減小了電池的串聯電阻。 PERL電池達到了 702mV的開路電壓和 23． 5％的效率。 ? （ D） 埋柵電池 ： UNSW開發的激光刻槽埋柵電池，在發射結擴散后，用激光在前面刻出 20181。m寬、 40181。m深的溝槽，將槽清洗后進行濃磷擴散。然后在槽內鍍出金屬電極。電極位于電池內部，減少了柵線的遮蔽面積。電池背面與 PESC相同，由于刻槽會引進損傷，其性能略低于 PESC電池。電池效率達到 19． 6％。 （ 2）斯坦福大學的背面點接觸電池（ PCC） ? 點接觸電池的結構與 PER1電池一樣，用TCA生長氧化層鈍化電池正反面。為了減少金屬條的遮光效應，金屬電極設計在電池的背面。電池正面采用由光刻制成的金字塔（絨面）結構。位于背面的發射區被設計成點狀， 50181。m間距， 10181。m擴散區，5181。m接觸孔徑，基區也作成同樣的形狀，這樣可減小背面復合。 （ 2）斯坦福大學的背面點接觸電池（ PCC） ? 襯底采用 n型低阻材料（取其表面及體內復合均低的優勢），襯底減薄到約100181。m， 以進一步減小體內復合。這種電池的轉換效率在為 22． 3％ 。 （ 3）德國 Fraunhofer太陽能研究所的深結局部背場電池（ LBSF） ? LBSF的結構與 PERL電池類似，也采用TCA氧化層鈍化和倒金字塔正面結構。由于背面硼擴散一般造成高表面復合，局部鋁擴散被用來制作電池的表面接觸，2cmX2cm電池電池效率達到 23． 3％（ Voc=700mV， Isc－～ 41． 3mA， FF一0． 806）。 （ 4）日本 SHARP的 C一 Si／ 181。c Si異質 pp+結高效電池 ? SHARP公司能源轉換實驗室的高效電池，前面采用絨面織構化，在 SiO2鈍化層上沉積 SiN，后面用 RFPECVD摻硼的 181。c一 Si薄膜作為背場，用 SiN薄膜作為后表面的鈍化層， Al層通過 SiN上的孔與 181。cSi薄膜接觸。5cmX5cm電池效率達到 21． 4％（ Voc＝669mV， Isc＝ ， FF=0． 79）。 （ 5）我國單晶硅高效電池 ? 天津電源研究所在國家科委“八五”計劃支持下開展高效電池研究，其電池結構類似 UNSW的 V型槽 PE SC電池，電池效率達到 20． 4％。北京市太陽能研究所“九五”期間在北京市政府支持下開展了高效電池研究，電池前面有倒金字塔織構化結構，2cmX2cm電池效率達到了 19． 8％，大面（ 5cmX5cm） 激光刻槽埋柵電池效率達到了 18． 6％。 1． 3多晶硅高效電池 ? 多晶硅太陽電池的出現主要是為了降低成本，其優點是能 直接制備出適于規模化生產的大尺寸方型硅錠 ， 設備比較簡單，制造過程簡單、省電、節約硅材料 ， 對材質要求也較低。 晶界及雜質影響可通過電池的工藝改善；由于材質和晶界影響，電池效率較低。電池工藝主要采用吸雜、鈍化、背場等技術。 ? 近年來吸雜工藝再度受到重視，包括三氯氧磷吸雜及鋁吸雜工藝。吸雜工藝也在微電子器件工藝中得到應用，可見其對純度達到一定水平的單晶硅硅片也有作用，但其所用的條件未必適用于太陽電池，因而要研究適合太陽電池專用的吸雜工藝。研究證明，在多晶硅太陽電池上，不同材料的吸雜作用是不同的，特別是對碳含量高的材料就顯不出磷吸雜的作用。 ? 常規鋁吸雜工藝是在電池的背面蒸鍍鋁膜后經過燒結形成，也可同時形成電池的背場。近幾年在吸雜上的工作證明，它對高效單晶硅太陽電池及多晶硅太陽電池都會產生一定的作用。 ? 鈍化是提高多晶硅質量的有效方法。一種方法是采用氫鈍化，鈍化硅體內的懸掛鍵等缺陷。在晶體生長中受應力等影響造成缺陷越多的硅材料，氫鈍化的效果越好。氫鈍化可采用離子注入或等離子體處理。在多晶硅太陽電池表面采用 PECVD法鍍上一層氮化硅減反射膜，由于硅烷分解時產生氫離子，對多晶硅可產生氫鈍化的效果。 ? 在高效太陽電池上常采用表面氧鈍化的技術來提高太陽電池的效率，近年來在晶體硅材料上使用也有明顯的效果，尤其采用熱氧化法效果更明顯。使用 PECVD法在更低的溫度下進行表面氧化，近年來也被使用，具有一定的效果 ? 多晶硅太陽電池的表面由于存在多種晶向，不如（ 100）晶向的單晶硅那樣能經由腐蝕得到理想的絨面結構，因而對其表面進行各種處理以達減反射的作用也為近期研究目標，其中采用多刀砂輪進行表面刻槽，對10cmX10cm面積硅片的工序時間可降到 30秒，具有了一定的實用潛力。 ? 多孔硅作為多晶硅太陽電池的減反射膜具有實用意義，其減反射的作用已能與雙重減反射膜相比，所得多晶硅電池的效率也能達到 ％。我國北京有色金屬研究總院及中科院感光化學研究所共同研制的在絲網印刷的多晶硅太陽電池上使用多孔硅也已達到接近實用的結果。 ? 由于多晶硅材料制作成本低于單晶硅材料，因此多晶硅組件比單晶硅組件具有更大的降低成本的潛力，因而提高多晶硅電池效率的研究工作也受到普遍重視。近 10年來多晶硅高效電池的發展很快。 ? （ 1） Geogia Tech． 電池 ? Geogia工業大學光伏中心使用電阻率 Ωcm、 厚度 280181。m的 HEM（ 熱交換法）多晶硅片制作電池， n+發射區的形成和磷吸雜結合，采用快速熱過程制備鋁背場，用 lift一 off法制備 Ti／ Pd／ Ag前電極，并加雙層減反射膜。 1cm2電池的效率達到18． 6％。 ? （ 2） UNSW電池 ? UNSW光伏中心的高效多晶硅電池工藝基本上與 PER1電池類似，只是前表面織構化不是倒金字塔 ,而是用光刻和腐蝕工藝制備的蜂窩結構。多晶硅片由意大利 Eurosolare提供， lcm2電池的效率 ,達到 ％，這是目前水平最高的多晶硅電池的研究結果。該工藝打破了多晶硅電池不適合采用高溫過程的傳統觀念。 ? （ 3） Kysera電池 ? 日本 kysera公司在多晶硅高效電池上采用體鈍化和表面鈍化技術， PECVDSiN膜既作為減反射膜，又作為體鈍化措施，表面織構化采用反應性粒子刻邊技術。背場則采用絲印鋁獎燒結形成。電池前面柵線也采用絲印技術。 15cmX15cm大面積多晶硅電池效率達 17． 1％。目前日本正計劃實現這種電池的產業化。 ? （ 4）我國多晶硅電池 ? 北京有色金屬研究總院在多晶硅電池