高效太阳电池制造原理.ppt

高效太阳电池的 制造原理,Guo Lihui,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。,Guo Lihui,D. Chapin G. Pearson C. Fuller,第一个具有实用性的Si太阳电池（6%）,Guo Lihui,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。,Guo Lihui,PV System,并网系统（Grid-connected）,独立用户系统（Off-grid, Stand-alone）,Guo Lihui,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,Guo Lihui,Guo Lihui,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,Guo Lihui,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,+,+,Guo Lihui,PN结,（掺硼）p-type Si Sub,（掺磷） n-type,Guo Lihui,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,Guo Lihui,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；,Guo Lihui,晶体硅太阳电池,单晶硅（mono-crystalline Si） 多晶硅（multi-crystalline Si）,Guo Lihui,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。,Guo Lihui,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。,Guo Lihui,良好的表面钝化方法,氯基氧化（Chlorine based, TCA），或干氧氧化； 氧化后辅施以退火处理； PECVD SiNx钝化； 非晶硅a-Si:H钝化。,Guo Lihui,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。,Guo Lihui,三种超高效单晶硅太阳电池,Guo Lihui,LGBC 太阳电池,LGBC 太阳电池全称是激光刻槽埋栅电池（laser grooved buried contact）。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，BP Solar太阳能公司，最新采用了该工艺和太阳电池结构，,Guo Lihui,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。,Guo Lihui,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） 。,Guo Lihui,背电极电池（back contact solar cells）,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%,Guo Lihui,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, AM 1.5D, 25）的效率可达26，掺杂浓度为1016 cm-3（n型或p型）的FZ硅，其1个电池的效率也可达到22.7。,Guo Lihui,异质结电池 （heterojunction solar cells with intrinsic thin layer）,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%,Guo Lihui,将n型1cm CZ硅片背面