第九章 晶体硅太阳能电池 经典太阳电池基础课件.ppt

晶体硅太阳电池,申俊杰,内容,晶体硅太阳电池技术的发展晶体硅太阳电池工艺流程晶体硅太阳电池设计要求高效电池的产业化单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池比较前沿展望,晶体硅太阳能电池技术的发展,简介早期的硅太阳电池传统的空间电池背面场紫电池黑体电池表面钝化perl电池,1.简介,尽管硅太阳电池的历史可以追溯到20世纪60年前硅双极性器件刚开发的时期，但直到80年代末，90年代初，太阳电池技术才得到高速发展。目前实验室单晶硅和多晶硅电池的转换效率已分别达到25%和20.5%，已经超过20%的极限值。,硅太阳电池的设计和对硅材料的要求都不同于其他的硅电子器件。为了获得高转换效率，不仅要求表面有理想的钝化，同时也要求体材料特性均匀、高质量。这是因为较长波段的光必须穿过几百微米的硅层后才能完全被吸收，二由这些波长的光生载流子必须要较长的寿命才能被电池收集,2.早期的硅太阳电池,最早的晶体硅电池起源于硅在点接触整流器中应用的研究。贝尔实验室在研究硅材料的融熔再结晶时，意外发现在很多商用高纯硅衬底上生长出的多晶硅锭显示了清晰的势垒。这种“生长结”重结晶过程中杂质分凝的产物。,另外，当样品受光照或加热时，结的一端会产生负电势，而另一端必须加负偏压时，才能降低电阻使电流通过“势垒”，这个现象导致了pn结的诞生。加负压的一端材料称为“n型”硅，相反的一端称为“p型”硅。,1954年第一块现代意义上的单晶硅太阳电池问世了，它的发明者是贝尔实验室的pearson、fuller和chapin。称之为包绕型结。优点：顶层没有电极遮挡；电极容易连接。缺点：电阻较高。,太阳电池性能的进一步提升得益于将电极制备在硅片的上表面上，并最终发展为栅线电极的新概念。由于这项改进，到1960年，地面应用的太阳电池的转换效率已经达到14%，n型电池在地表太阳光及温度为18时，测量得到15%的转换效率。,几乎同一时间，研究的重心从n型衬底开始转向p型衬底，这是因为人们对太阳电池在宇宙飞船上的应用前景越来越感兴趣，而p型衬底具有更好的抗辐射性。到60年代初，电池的设计已经趋向成熟，随后的十年逐步进入相对的稳定时期。,3.传统的空间电池,空间电池设计。深结结构；添加了钯的中间层；减反膜。,4.背面场,20世纪70年代初，背面铝处理技术的优势变得明显起来，特别是对于更薄的电池，由于铝背场的吸杂作用，空间电池的效率相应地提高到12.4%；减少了背表面处的有效复合速率；在10欧姆厘米的p型衬底上，采用背面场技术可以把效率提高5%-10%。,5.“黑体电池”,借用单晶硅晶面的各向异性，通过不同晶向的选择性腐蚀，在（100）晶向的硅衬底上将（111）面露出来，而显露出来的（111）面交界便在电池表面随机形成不同尺寸的等边类金字塔形。优势：至少可增加一次光被电池吸收的机会；光可以沿着不同的倾斜角度进入电池；可以更多的捕获入射光。,黑体电池性能。在大气质量am0的空间环境下转换效率为15.5%。在地面标准测试条件下转换效率大约为17.2%。这些都体现了表面制绒技术的优势，而新的技术革新最后都体现在表面钝化和电极区钝化所带来的开路电压的提高。,7.表面钝化,表面钝化，对裸露于太阳光照下的单晶硅太阳电池的表面，其重要性不言而喻；以热氧化对电池表面进行钝化时，氧化层必须很薄；高效硅太阳电池采用热氧化生长的氧化硅作为表面钝化层，取得了开路电压和短波响应方面增益的最大化。,7.1电极钝化,提高电极区域钝化效果的三种工艺：1.通过在电极区形成一个重掺杂的区域将少数载流子和电极区域隔开来而达到钝化效果；2.尽可能的缩小电极区域来降低电极的影响；3.采用一种电极接触模式，使其本征的电极区复合较小。,7.2顶部表面钝化太阳电池,“顶部”是直接接受太阳光照的表面；顶部上电极区的钝化是通过电极下面减薄氧化物薄层实现的pesc的电池结构（passivedemittersolarcell,钝化发射极电池）的电池结构，又将电池的效率提高了一步；1985年，将表面的制绒和pesc方法结合，使硅太阳电池转换效率首次在非聚光状态下达到了20%。,7.3双面钝化电池,使电池性能取得重要突破的是上下表面及电极区域钝化的电池；如图所示的perl电池，结合了早先的pesc结构、双面钝化以及在电池制造过程中采用了氯化物，以进一步提高了衬底材料的少子寿命和表面钝化效果；,perl电池效率为24%主要改善包括：在更薄的氧化物钝化层上使用双层减反膜以提高短路电流密度；利用上层氧化和局部点接触的退火过程以增加开路电压；改善背表面的钝化和降低金属化接触电阻以增加填充因子。,转换效率在24%的perl电池输出特性电学特性：短路电流密度为41ma/cm,开路电压为710mv和填充因子为83%。在20世纪90年代后期perl电池创下了高达24.7%的世界纪录，并继续保持了该纪录长达10年之久。,8.perl电池设计,光学特征：背面氧化层上蒸镀了一层铝之后，能形成一个有效地反射系统；倒金字塔和背面反射的相互结合形成了有效地陷光结构，明显的改善电池的红外响应；光学损失是由于电池顶端金属栅线的反射或吸收所致；目前perl电池有5%的入射光损失。,2.电特性,电池的开路电压比短路电流更能表明电池内部的复合情况；材料的质量通常可用少子的寿命大小来判断；一般而言，衬底掺杂浓度越低，少子的寿命越高；复合速率是由掺杂浓度和载流子寿命所决定。,2.表面复合,对高质量的氧化层，界面态对电子的俘获截面要比对空穴的俘获截面大；表面复合因界面态对电子和空穴的俘获截面的不同而呈现出的不对称性。,2.3电极处内的复合,在电池表面和电极金属接触的区域存在很高的复合；降低途径：1.尽可能地降低电极接触面积；2.在金属接触区域进行重掺杂，这样可以有效抑制这些接触区域的少数载流子的浓度，从而降低表面复合率。,2.工艺流程,1.砂原子还原成冶金级硅；2.冶金级硅提纯为半导体级硅；3.半导体级硅转变为单晶硅片；4.单晶硅片制成太阳电池；5.太阳电池封装为太阳电池组件。,硅材料的纯度及多晶硅标准,1.物质纯度的表示方法（1）质量分数（2）物质的不纯度为了表示方便，将百万分之一记为“ppm”。将十亿分之一记为“ppb”。将万亿分之一记为“ppt”。,在半导体材料的研究中，常用杂质与主体的原子数之比来表示不纯度，在符号后加“a”,如ppma、ppba。若杂质与主体为重量比，在符号后加“w”,如ppmw、ppbw。,2.硅材料的纯度及多晶硅标准,用于制作电子器件的电子级多晶硅，金属杂质含量，在ppba数量级，对金属杂质含量而言，多晶硅的纯度要高于9个“9”，单晶硅的纯度高于11个“9”；用于制作太阳能电池的太阳能级多晶硅的纯度，目前一般认为需大于6个“9”。而一般冶金级硅的纯度只有23个“9”。,1.砂原子还原成冶金级硅,大型电弧炉中用下列式还原：,2.冶金级硅提纯为半导体级硅,西门子工艺：冶金级硅被转变为挥发性的化合物，接着采用分馏的方法将其冷凝并提纯。然后从这种精炼产品中提取超纯硅。1.用hcl把细碎的冶金级硅颗粒变成流体，用铜做催化剂加速反应进行,释放出来的气体通过冷凝器，所得到的液体经过多级分馏得到半导体级sihcl3,这是硅酮工业的原材料。为了提取半导体级硅，可加热混合气体，使半导体级sihcl3被h2还原。在此过程中，硅以细颗粒的多晶硅形式沉积到加热的硅棒上，其反应式为,3.半导体级硅转变为单晶硅片,生长单晶硅的两种最常用方法为直拉法和区熔法。直拉法：是将硅料在石英坩埚中加热熔化，用籽晶与硅液面进行接触，然后开始向上提拉出柱状的晶棒。集成电路用的单晶硅和地面用的太阳能电池的硅基片都是用此方法得到的。,区熔法：主要用于材料提纯，也用于生长单晶。用该法生长硅单晶能得到最佳质量的硅单晶，但成本较高。若要得到最高效率的太阳能电池就要用此类硅片，制作高效率的聚光太阳能电池也常用此种硅片。,4.单晶硅片制成太阳电池,对单晶硅电池，其工艺流程如下：首先拉制p型单晶硅棒，通过切片设备将单晶硅棒切成约300um左右的硅片，硅片要进行腐蚀，清洗，然后将硅片置于扩散炉石英管中，用三氯氧磷在硅片上扩散磷原子，,以在p型硅片上形成深度约0.5um左右的n型导电区，在界面上形成pn结，接着在受光面上制减反射膜，并通过真空蒸发或丝网印刷制作上下电极，在受光面采用栅线电极，以便最大限度采光。,1硅片腐蚀,首先腐蚀硅片，以去处硅片表面机械切痕与损伤，p型硅片每面腐蚀深度可为5-10um.用溶液进行硅片表面绒化，现在常用的硅片的厚度为-um去处硅片表面损伤层是太阳电池制造的第一道常规工序，目前主要是通过化学腐蚀，此法可有效的消除由于切片造成的表面损伤，同时还可制作绒面表面构造，从而减少光反射,腐蚀和表面织构表面腐蚀切割后的硅片表面有一层厚的切割损坏层，在电池制备前必须去除，常用的腐蚀剂为加热到的的或溶液。,由于碱液腐蚀的各向异性，多晶硅的腐蚀不能采用碱性溶液腐蚀，因为如果腐蚀速度过快或腐蚀时间过长，在晶界处会形成台阶，为以后电极的制备带来麻烦。利用各向同性的硝酸、乙酸和氢氟酸混合溶液可以避免这一问题，但是酸液腐蚀速度过快而难于控制，且这种酸液的废液也难以处理。,表面织构为了有效地降低硅表面的发射，除了沉积减反层外，表面织构也是一个可行的工艺。理想的表面织构（绒面）为倒金字塔形。常用的织构制备方法为机械刻槽法和化学腐蚀法。机械刻槽利用形刀在硅表面摩擦以形成规则的形槽，从而形成规则的、反射率低的表面织构。,研究表明尖角为的形槽反射率最低。现在的问题是，如果用单刀抓槽，虽然能得到优质的表面织构，但是成形速度太低，采用多刀同时抓槽又容易破坏硅片。化学腐蚀法可以在硅表面形成不规则的倒金字塔形织构，但是由于多晶硅的各向异性，使得化学腐蚀方法难以应用到多晶硅电池表面织构的制备。,反应离子刻蚀技术也可以作为形成织构的方法，它首先在硅表面沉积一层镍铬层，然后用光刻技术在镍铬层上印出织构模型，接着就用反应离子刻蚀方法制备出表面织构。用这种方法可以在硅表面制备出圆柱状和锥状织构，其表面发射率最低可以降低到，而且不论是单晶硅还是多晶硅都适用，只是这种方法费用较高。,扩散制结,多数厂家都选用型硅片来制作太阳电池，那么一般用液态源作为扩散源。扩散设备可用横向石英管或链式扩散炉，并且磷扩散形成型层。扩散的最高温度可达到。,工业中典型的结制备分为两步，第一步用氮气通过液态的，将所需的杂质用载流气体输运至高温半导体表面，杂质扩散深度约几百个纳米。第二步是高温处理，使预沉积在表面的杂质原子继续向基体深处扩散。这样就形成了一个/层，这样的结构有利于后续电极的制备，因为在平面印刷银,技术中，层不仅可以和金属电极形成欧姆接触，而且可以防止电极制备过程中金属原子扩散进入基体内部。但是有研究指出，好的发射区应当位于基体表面附近，并且只需要一定的掺杂浓度即可。,综合后续工艺，理想的结应当具有如下结构：在基体表面附近，除了在指形电极下有一个重掺杂的区外，其余的部位都是一般浓度的掺杂。这是因为指形电极下的重掺杂区不仅可以降低接触电阻，以获得好的填充系数，也可以降低电极带来的表面复合损失，指形电极之间的低掺杂发射区具有较低的界面态，可以得到较好的光谱响应和较高的开路电压。,减反射膜制备,单晶硅的减反射膜主要为或一般采用热氧化法或常压工艺,沉积减反层和钝化层,抛光的硅表面的反射率为，为了减少表面反射，提高电池的转换效率，需要沉积一层减反层，减反层有很多种，可以是、或是它们的组合。,实验室中常采用热氧化法制备减反层，这种方法可以生成一层高质量的减反层。减反层不仅能够减少反射率，还能显著降低界面的少子复合速率。但是由于这种方法耗费太高，无法在工业中实现大规模应用。,用氨和硅烷反应，可以在硅表面形成一层无定形的氮化硅（n）层。氮化硅减反层具有良好的绝缘性、致密性和稳定性，并且它还能阻止杂质原子，特别是原子的渗透进入电池基体。理论研究表明，理想的减反层应该是氮化硅减反层和减反层的组合，这种组合既具有优良的光学性能，又具有稳定钝化性能和良好的阻止杂质原子渗透性能。,为了提高电池效率，背表面也需要降低反射率和钝化。工业中背表面钝化是利用丝网印刷技术将覆盖在硅片上以合金化。铝和硅在时可以生成共晶组织。根据二元相图，在加热过程中，会有一种液态的相产生，杂质会在融化的区域中偏析，于是液相就相当于一个杂质的湮灭区。,当温度降低时，硅会发生再结晶，根据溶解度曲线可知，硅中会溶有一定的铝，形成一个的背表面场层。为了能够形成铝硅液态相，铝层需要有足够的厚度（）但是这种背表面场的制备过程会使晶片产生很大的弯曲变形，硅片越薄弯曲越明显。,另外，一种行之有效的方法是局部背表面场技术。在这种工艺中，不是整个背表面都被电极覆盖，而是只有的背表面被局部的背电极覆盖，然后在背表面沉积一层氧化物作为减反层和钝化层，电池就采用了这种工艺。,制备电极,电极的制备是太阳电池制备过程中一个至关重要的步骤，它不仅决定了发射区的结构，而且也决定了电池的串联电阻和电池表面被金属覆盖的面积。传统的电极是采用平面丝网刷镀银粉然后烧结而成，但是这种方法制备的电极具有高的串联电阻和大的表面覆盖率，对电池的效率影响很大。,激光刻槽埋栅理想的电极应具有低的串联电阻和小的表面覆盖率，为了得到这样的电极，有研究者提出了激光刻槽埋栅电极工艺。这种方法是在表面受到保护的轻掺杂基体上，用激光或者机械的方法刻划出电极槽，经过清洗之后对电极槽，经过清洗之后对电极槽区域进行重掺杂，最后将不同合金按照不同顺序浇注到电极槽内形成电极。,用这种方法制备的电极宽度很窄（），具有很低的表面覆盖率，而且还具有高的纵深比，能够更好地吸收载流子。目前这种工艺已经在高效大面积的太阳电池上得到了大规模的应用。这种方法的主要缺点是合金中包含的和对环境具有破坏作用，需要额外费用来清除工业废物。,丝网印刷由于传统的丝网印刷制备电极技术已经成熟并经大面积应用，完全取代它需要花费大量金钱，而且它没有化学废物需要处理，因此如何改进现有的平面印刷技术，使得它的电极宽度（）减小到可以和埋覆电极相媲美是一个更切实际的课题。,透明电极无论是采用丝网印刷技术还是埋覆电极工艺，电池总是有一部分被金属电极覆盖。研究指出，不同于非晶硅电池，多晶硅电池表面如果有的面积被遮盖，它的输出功率要降低，而非晶硅电池的输出功率与照射面积成正比，因此，透明电极受到了人们的关注。,这种电极一般是用制成，可以避免表面被遮盖，但是由于硅电池的后续工艺都需要高温，透明电极的导电性能和透光性能在后续工艺中都会下降。,整体背电极另外一种可以避免表面金属覆盖的工艺是整体背电极工艺。这种工艺完全不用表面电极，而是在电池的背表面形成相间的区，这样就形成了一系列的结，然后用电极将载流子引出。后来又将这种工艺发展成点接触背电极工艺，首先在电池背表面形成许多型和型小区域，然后用电极引出载流子。这种避免前电极的工艺特别适用于聚光型太阳电池。,总结,近几年，太阳电池制备工艺无论是在降低生产成本方面还在提高转换效率方面都取得了可喜的成绩，线切割技术、硅带技术、背表面场工艺、表面织构等技术的应用，使得光伏组件不仅成本较过去下降了两个数量级，而且的电池最高转化效率也已经接近理论值。,即便如此，现今的太阳电池还无法与常规能源竞争。只有在保持较高转换效率的情况下使电池组件的成本低于美元/，太阳电池才具有和常规能源竞争的优势，为了实现这一目标，太阳电池需要在薄膜化和规模化方面有更大的发展。,检测分级,电极印刷后到高温烧结结束，整个太阳电池制造过程也就完成了。在太阳光下将太阳电池正、负极用导线接上，就有电流通过了。为了保证产品质量的一致性，通常要对每个电池测试，并按电流和功率大小进行分类，可根据电池效率，分0.4或0.5分级包装。但要使太阳电池能很好的满足用户发电需要，还需将太阳电池封装成太阳电池组件。,电池的正面必须保证对光线透明，因此电池的正面的电极呈梳子状形式或丝网树枝状结构。正面电极的形式和厚度总是两方面因素平衡的结果：一方面要有高的透过率；另一方面要保证栅网电极有一个尽可能低的接触电阻。,单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。,为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。,cz-si生长示意图,籽晶,石英坩埚,硅熔体,引颈,单晶,肩,缩颈,单晶硅光电池制备工艺流程,扩散制结及检测,备料、切片、表面处理,制作上下底电极,腐蚀周边浸锡焊引线,蒸镀减反射膜,检验测试,3.硅太阳电池的设计,引言主要依据基体掺杂背面场顶层的限制上电极的设计光学设计光谱响应小结,引言,解决的问题：在结两边的最佳掺杂浓度是多少？结的最佳位置在什么地方？电池上电极的最好形状是什么？怎样才能使电池的光学损失最小？,主要依据,.1.光生载流子的收集几率：一个光生少数载流子对太阳电池短路电流做出贡献的几率。n区和p区的长度都远远大于空穴和电子扩散长度收集几率随着载流子产生电离结的耗尽区边缘的距离增加而指数地减少。特征扩散长度正好等于少数载流子的扩散长度。,2.结深,在阳光下半导体载流子的产生率为产生率靠近表面处有很强的峰值，而这里正好收集率很低。显然，如果pn结尽可能靠近表面，则这个缺陷可限制到最小。,3.顶层的横向电阻,对于均匀掺杂的n型层，其电阻率由下式得出更适合于描述这一层的横向电阻的量是“薄层电阻”薄层电阻较小的电池，栅线间隔大；而薄层电阻较大的电池，栅线间隔较大。,基体掺杂,结深一旦确定，要获得最大的，关键的参数是基体材料的扩散长度。扩散长度主要由这一区域的少数载流子的寿命确定。一般倾向于寿命随着掺杂浓度的增加而缩短。,陷阱引起的复合俄歇复合辐射复合净复合率,结论对于p型基体，为了减小薄层电阻，应使n型扩散区的掺杂尽可能的高；开路电压往往随受主杂质浓度的增加而增加；因为和对于有相反的依赖关系，因此为了得到最大的能量转换效率存在一个最佳的体掺杂浓度,背电场,为了增加电池的功率-重量比，减少材料的使用量和提高耐高能粒子辐射的能力，希望光电池做的很薄，但太薄的电池，尤其对于间接带隙半导体材料，由于透光的损失和背欧姆接触的高复合速度，使短路电流和开路电压降低了，为此必须提高电池的厚度，这样两者出现了矛盾，背电场结构电池出现了，较好地解决了这方面得问题。,1.背电场结构的电池和高低结势垒,背电场电池是在一般p-n同质结电池的背面用扩散法或合金法加制一层与基区导电类型相同的重掺杂区。然后在重掺杂区上面制作金属接触欧姆电极。,1.背电场结构的电池和高低结势垒,由于重掺杂的基区2和轻掺杂的基区1之间的浓度差，空间电荷区形成了有由p区指向区的内建电场，这是一个阻止p区的电子指向区运动的势垒，平衡时的能带如图所示，形成一个高低结势垒高度用高低结合金属形成的欧姆接触为选择性欧姆接触。,2.背电场在提高电池性能上的作用,增加了形成背电场后的重掺杂层以后，整个n/p型的能带。它有两个结组成，一个是结，另一个是高低结。这两个势垒方向是一致的，因此总的势垒高度为，比单一的p-n结的势垒提高了。它在提高电池性能上的作用可以从以下几个方面分析,提高短路电流和开路电压,如图所示，在基区1产生的光电子，一部分向区扩散而被电池收集，这部分的收集几率大小与背电场无关，另一部分向方向扩散。如果没有背电场，肯定在体内或达到表面后复合；有背电场后，它可以被高-低结势垒反射回去重新被收集。,在高-低结势垒区和基区2产生的光电子可以被这里的内建电场加速，增加有效扩散长度，因而也增加了这部分少子的收集几率，提高了电池的短路电流。,在开路情况下，除了结外，在两边还有被它的内建电场所分离的光生载流子的积累，形成一个以为正，p边为负的光电压，这个光电压与结两端的光相叠加，使总的光电压（开路电压）有所提高，而短路电流的提高本身就是结开路电压的提高。,另外由于背电场对基区少子向背面的扩散的阻挡作用减少了从注入到基区的电子在背面的复合，使暗电流减小，也有利于开路电压的提高。一般情况下，有背电场电池的开路电压可比同类的普通光电池的开路电压提高10%左右,2.减小电池的厚度,减小厚度会降低电池的开路电压和短路电流。但有背电场后，光电池做的很薄，但由于基区中产生且向表面扩散的那部分光生电子可被电场反射回去重新收集，使得背面少子的复合速度降低，这样不会因为电池的减薄而降低转换效率。,3.提高填充因子,在背面中掺杂层上制作金属欧姆电极，形成金属的良好欧姆接触，减小了接触电阻。同时从能带图上看，由于结有利于多子空穴向电极方向流动，因而降低了体电阻和接触电阻所引起的串联电阻，从而使电池的填充因子得到改善。,顶层掺杂的限制,要提高电池的性能,顶层的掺杂浓度越高越好.但是扩散层的掺杂浓度过高会产生重掺杂效应,引起不良后果.1.死层的出现n/p型电池的顶层一般是高温磷扩散形成，在高温下，扩散层表面有很高的磷浓度，当温度降低时，过剩的磷原子析出，成为一定厚度的富磷层，而且浓度不随深度变化，,在这一层中有大量的填隙磷原子、位错和缺陷，因而少子寿命极低，产生的非平衡载流子很快被复合，所以收集率很低，这一富磷层被称为死层。,2禁带变窄，有效杂质浓度降低,由于重掺杂，半导体的能带边缘要延伸，出现一个能带尾部，使半导体的禁带宽度变窄，降低了p-n结的势垒高度，本征载流子浓度随禁带宽度变窄而增加。可见，实际掺杂浓度越高，有效杂质浓度越低。这种倒向分布产生了一个阻止少子向结势垒区扩散的电场。为了克服这一不良影响，可以做成正面高-低结，成为高-低结发射结电池。,上电极的设计,电池设计的一个重要方面是上电极金属栅线的设计。当单体电池的尺寸增加时，这方面就显得愈加重要了。,为了有效地利用光能，发射区接触电极常作成细而稀的栅条形状。但是，金属栅条越细，电阻越大，这就增大了电池的串联电阻；栅条间距越大，顶层横向电阻所引起的功率损耗也越大。为此，合理设计发射区接触电极是很重要的，要使其功率损耗最小，又能为工艺所接受。,绒面,这种绒面是采用一种有选择性的腐蚀方法腐蚀硅表面而成。这种腐蚀方法使硅晶格结构的一个方向比另一个方向快的多。这就使晶格中的某些平面暴露出来。借用单晶硅晶面的各向异性，通过不同晶向的选择性腐蚀，在（100）晶向的硅衬底上将（111）面露出来，而显露出来的（111）面交界便在电池表面随机形成不同尺寸的等边类金字塔形,光谱响应,光谱响应是指单位入射单色光功率的短路电流与波长的函数关系。测量光谱响应能提供各种太阳电池的设计参数的详细资料。,小结,通过对下述问题的考虑，进行了硅结太阳电池的设计。为了使电池有最大的电流输出，p-n结必须靠近电池的表面。这样一来，这一层的横向电阻提高，因而带来一些问题，除非它能掺杂到实用的那么高。然而，此层过多的掺杂又使它的电性能低于最佳值。,对于太阳电池来说，最佳的基体电阻率取决于是否有背面场。电池上电极的设计中功率损失的关键是电极的布局、电极的金属层和电池扩散顶层的薄层电阻、确定电极几何形状的工艺所允许的最小线宽。,四分之一波长的减反膜能使太阳电池的输出电流增加到35%到45%。电池表面的绒化虽然存在某些问题，但它能使电池的性能更好,2.丝网印刷电池,结构丝网印刷方法最大的缺点就在于印刷过程中消耗大量金属浆料的成本问题以及最后生产出的电池片效率相对较低.根本原因在丝网印刷所得到的栅线宽度收到限制,另一个重要原因是顶电极和硅接触的电阻较高.,2典型的电池性能,一般通过丝网印刷制造出来的电池,其开路电压为580620mv.根据衬底电阻率的大小,短路电流密度为2832ma/cm2,大面积电池片的填充因子一般为70%75%.,基于丝网印刷技术的晶体硅太阳电池的大规模制造技术和装备改进,由等离子体化学气相沉淀技术(pecvd)制作的氮化硅薄膜作为电池的正表面的减反膜,即降低了电池的表面反射;同时也有效钝化了电池的表面,降低了电池表面的复合.,改进银浆配方,使得电池表面发射结的薄层电阻提高的情况下也能实现较好的欧姆接触.共烧技术,电池的正表面在丝网印刷银浆栅线后,随着在电池的背面印刷上铝浆和银铝浆,在浆料烘干后,进入烧结炉,进行前后电极的共烧过程.,埋栅电池效率高的原因:由于金属栅线导电性更好，与槽内重扩散区的接触电阻更小，所以填充因子更高。表面顶层较高的薄层电阻，加上表面极好的氧化层钝化和由槽内重扩散所提供的电极区钝化，使得埋栅电池的电压更高。已接近700mv左右的开路电压，接近实验室电池中的最高电压。,温度系数,开路电压和光伏材料能隙宽度之比，是一个预测太阳能电池的温度系数的主要参数。,pluto电池,简介尚德公司发明了的一种称之为“pluto冥王星”的太阳电池，所运用的pluto技术是尚德开发的专利技术，能使单晶和多晶光伏电池取得较高转换效率，比传统的丝网印刷技术增加电力输出约12%。,单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池比较,多晶硅光伏电池生产过程与单晶硅光伏电池生产过程相同,但需要多加一步:多晶体材料晶界的氢钝化,300下在氢离子气中处理30min.,电池的结构组成及工作原理,硅太阳能电池的工作原理,电池的制作工艺,实验室高效电池工艺：关于光吸收对于光吸收主要是：（1）降低表面反射；（2）改变光在电池体内的路径；（3）采用背面反射,电池的制作工艺,将电池表面制成绒面可提高光吸收，主要方法有：（1）激光刻蚀：用此法可在多晶硅表面制作倒金字塔结构，在500-900nm光谱范围内，反射率为4-6%，与表面制作双层减反射膜相当。（2）化学腐蚀：该方法无法形成各向异性腐蚀所形成的尖锥状结构。该方法所形成的绒面对700-1030微米光谱范围有明显的减反射作用。,电池的制作工艺,（3）反应离子腐蚀(rie)：该方法为一种无掩膜腐蚀工艺。所形成的绒面反射率特别低在4501000微米光谱范围的反射率可小于2。（4）制作减