L13-太阳能电池

1、113.1 太阳能电池的种类及应用太阳能电池的种类及应用13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构13.3 描述太阳能电池的参数描述太阳能电池的参数13.4 影响太阳能电池转换效率的因素影响太阳能电池转换效率的因素13.5 提高太阳能电池转换效率的途径提高太阳能电池转换效率的途径13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究13.7 大规模工业生产太阳能电池制造大规模工业生产太阳能电池制造 13 太阳能电池太阳能电池 2太阳能电池的种类及应用太阳能电池的种类及应用无机太阳能电池无机太阳能电池 硅半导体（单晶、多晶、非晶、复合型等）硅半导体（单晶、多晶、非晶、复合型等）

2、化合物半导体（化合物半导体（GaAsGaAs、InPInP、CdTeCdTe、CuInSeCuInSe2 2等）等）有机太阳能电池有机太阳能电池 有机半导体（酞菁锌、聚苯胺、聚对苯乙炔等）有机半导体（酞菁锌、聚苯胺、聚对苯乙炔等）光化学太阳能电池（纳米光化学太阳能电池（纳米TiOTiO2 2等）等）按照所用材料的不同按照所用材料的不同13 13 太阳能电池太阳能电池 13.1 太阳能电池的种类及应用太阳能电池的种类及应用31.1.单晶硅太阳电池单晶硅太阳电池 SINGLECRYSTAL2.2.多晶硅太阳电池多晶硅太阳电池POLYCRYSTAL 3.3.非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池AMORPHO

3、US半导体硅太阳能电池的外观半导体硅太阳能电池的外观13 13 太阳能电池太阳能电池 13.1 13.1 太阳能电池的种类及应用太阳能电池的种类及应用4无机太阳能电池无机太阳能电池无机太阳能电池的性能及应用无机太阳能电池的性能及应用13 13 太阳能电池太阳能电池 13.1 13.1 太阳能电池的种类及应用太阳能电池的种类及应用5太阳能电池的应用太阳能电池的应用太阳能道路警告标示太阳能道路警告标示太阳能路灯太阳能路灯柏林火车站的光电屋顶柏林火车站的光电屋顶13 13 太阳能电池太阳能电池 13.1 13.1 太阳能电池的种类及应用太阳能电池的种类及应用6 以单晶硅以单晶硅p-n结太阳能电池为例

4、，介结太阳能电池为例，介绍半导体太阳能电池的基本工作原理、特绍半导体太阳能电池的基本工作原理、特性及其制备过程。性及其制备过程。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构7 光生伏特效应光生伏特效应太阳能电池的基本原理太阳能电池的基本原理N区区P区区E内内13 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构8 可见，为使半导体光电器件能产生光生电可见，为使半导体光电器件能产生光生电动势，应该满足以下两个条件：动势，应该满足以下两个条件：

5、1 1、半导体材料对一定波长的入射光有足够大的半导体材料对一定波长的入射光有足够大的光吸收系数光吸收系数 ，即要求入射光子的能量，即要求入射光子的能量h Eg时，时，该入射光子能被半导体吸收且激发出光生非平该入射光子能被半导体吸收且激发出光生非平衡的电子衡的电子空穴对。空穴对。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构9 从下图可以看到，从下图可以看到，GaAsGaAs和非晶硅的吸收系数比单晶和非晶硅的吸收系数比单晶硅大得多，透入深度只有硅大得多，透入深度只有1m左右，即几乎全部吸收入左右，即几乎全部吸收入射光，所以这两种电池都可

6、以做成薄膜，节省材料。射光，所以这两种电池都可以做成薄膜，节省材料。 而硅太阳能电池，对而硅太阳能电池，对太阳光谱中长波长的光，太阳光谱中长波长的光，要求较厚的硅片（约要求较厚的硅片（约100-300 m ）才能充分吸收；）才能充分吸收；对于短波长的光，只在入对于短波长的光，只在入射表面附近射表面附近1 m 区域内区域内就已充分吸收了。就已充分吸收了。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构102 2、具有光伏结构，即有一个内建电场所对应的具有光伏结构，即有一个内建电场所对应的势垒区。势垒区的重要作用是分离两种不同电势垒区。势垒

7、区的重要作用是分离两种不同电荷的光生非平衡载流子，产生一个与平衡荷的光生非平衡载流子，产生一个与平衡pn结结内建电场相反的光生电场，于是在内建电场相反的光生电场，于是在p区和区和n区间区间建立了光生电动势（或称光生电压）。建立了光生电动势（或称光生电压）。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构11P-SiP-Si 衬底衬底n-Sin-Si1 1 扩散扩散n n型杂质型杂质5 5 沉积电极材料沉积电极材料 AgAg4 沉积电极材料沉积电极材料6 6 光刻去除多余的光刻去除多余的电极材料电极材料正极正极+负极负极-太阳能电池的结构

8、太阳能电池的结构单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池2 2 沉积减反射膜沉积减反射膜3 3 沉积背面欧姆接触层沉积背面欧姆接触层单晶硅太阳电池的基本结构一般采用单晶硅太阳电池的基本结构一般采用p-n结结13 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构1213 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构1313 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构1413 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和

9、基本结构太阳能电池的原理和基本结构1513 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构16非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池 原因：非晶硅的结原因：非晶硅的结构缺陷使得载流子扩构缺陷使得载流子扩散长度短，散长度短，p区和区和n区区产生的光生载流子很产生的光生载流子很难扩散到达结区而被难扩散到达结区而被扫出。扫出。 非晶硅太阳电池的基本非晶硅太阳电池的基本结构结构 一般采用一般采用pin结结13 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构1713 13 太阳能电池太阳能电池 13.2

10、 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构1813 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构19 在化合物半导体太阳能电池中，研究的最在化合物半导体太阳能电池中，研究的最多的是多的是III-VIII-V族的族的GaAsGaAs太阳能电池。由于太阳能电池。由于GaAsGaAs的的带隙比带隙比SiSi大，具有与太阳光谱相当一致的光谱大，具有与太阳光谱相当一致的光谱特性，因而从光谱响应角度来说，它更适合于特性，因而从光谱响应角度来说，它更适合于做太阳能电池。目前，在所有太阳能电池中，做太阳能电池。目前，在所有太阳能电池

11、中， GaAsGaAs太阳能电池的转换效率最高。太阳能电池的转换效率最高。GaAsGaAs太阳能电池太阳能电池13 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构20 GaAsGaAs太阳能电池包括单结型和多层异质结太阳能电池包括单结型和多层异质结结构。更多的是采用多层异质结结构，并利用结构。更多的是采用多层异质结结构，并利用不同带隙的材料形成叠层电池。不同带隙的材料形成叠层电池。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.2 13.2 太阳能电池的原理和基本结构太阳能电池的原理和基本结构21描述太阳能电池的参数描述太阳能电池的参数 不论是一般

12、的化学电池还是太阳能电池，其输出特不论是一般的化学电池还是太阳能电池，其输出特性一般都是用电流电压曲线来表示。根据伏安特性曲性一般都是用电流电压曲线来表示。根据伏安特性曲线，可以得到描述太阳能电池的四个输出参数。线，可以得到描述太阳能电池的四个输出参数。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.3 描述太阳能电池的参数描述太阳能电池的参数22ln(1)BLSk TIIVqIln(1)BLocSk TIVqI开路电压开路电压 p-n结在开路情况下，两端的电压即为开路结在开路情况下，两端的电压即为开路电压电压 。 这时这时I=0，即，即 IL = IF 。将。将 I=0 代入光代入光电池的电流电压方

13、程，得开路电压为电池的电流电压方程，得开路电压为ocVI=0VEhRL+-IIFpnIL13 13 太阳能电池太阳能电池 13.3 13.3 描述太阳能电池的参数描述太阳能电池的参数23 将将p-n结短路（结短路（ V =0），因而），因而IF =0，这时所，这时所得的电流为短路电流得的电流为短路电流Isc 。scLII短路电流短路电流exp() 1LFLsBeVIIIIIk T根据根据VEhRL+-IIFpnIL13 13 太阳能电池太阳能电池 13.3 13.3 描述太阳能电池的参数描述太阳能电池的参数24 在太阳能电池的伏安特性曲线上，任意工作点的输在太阳能电池的伏安特性曲线上，任意工作

14、点的输出功率等于该点所对应的矩形面积，其中只有一点的输出功率等于该点所对应的矩形面积，其中只有一点的输出功率最大，该点称为最佳工作点，该点的电压和电流出功率最大，该点称为最佳工作点，该点的电压和电流分别称为最佳工作电压分别称为最佳工作电压Vop和最佳工作电流和最佳工作电流Iop 。填充因子填充因子FF13 13 太阳能电池太阳能电池 13.3 13.3 描述太阳能电池的参数描述太阳能电池的参数25 填充因子定义为填充因子定义为maxopopocscocscV IPFFV IV I 它表示最大输出功率点所对应的矩形面积在它表示最大输出功率点所对应的矩形面积在Voc和和Isc所组成的矩形面积中所占

15、的百分比。所组成的矩形面积中所占的百分比。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.3 13.3 描述太阳能电池的参数描述太阳能电池的参数26 特性好的太阳能电池就是能获得较大输出特性好的太阳能电池就是能获得较大输出功率的太阳能电池，也就是功率的太阳能电池，也就是Voc，Isc和和FF乘积较乘积较大的电池。对于有合适效率的电池，大的电池。对于有合适效率的电池，FF值应在值应在0.700.700.850.85范范围之内。围之内。maxopopocscocscV IPFFV IV I13 13 太阳能电池太阳能电池 13.3 13.3 描述太阳能电池的参数描述太阳能电池的参数27 表示入射的太阳光能

16、有多少转换为有效电表示入射的太阳光能有多少转换为有效电能。即：能。即：太阳能电池的能量转化效率太阳能电池的能量转化效率 其中其中Pin是入射光的能量密度，是入射光的能量密度，S为太阳能为太阳能电池的面积。当电池的面积。当 S是整个太阳能电池面积时，是整个太阳能电池面积时，称为实际转换效率，当称为实际转换效率，当 S是电池中的有效发电是电池中的有效发电面积时，面积时，称为本征转换效率。称为本征转换效率。100%opopocscininV IV I FFP SP S13 13 太阳能电池太阳能电池 13.3 13.3 描述太阳能电池的参数描述太阳能电池的参数28影响太阳能电池转换效率的因素影响太阳

17、能电池转换效率的因素 太阳能电池在光电能量转换过程中，由于太阳能电池在光电能量转换过程中，由于存在各种附加的能量损失，实际转换效率比理存在各种附加的能量损失，实际转换效率比理论极限效率低。对于单晶硅太阳能电池而言，论极限效率低。对于单晶硅太阳能电池而言，理论上限是理论上限是27% ，目前研究得到的最大值为，目前研究得到的最大值为24.7% 。下面以下面以pn结硅电池为例，介绍影响太阳能结硅电池为例，介绍影响太阳能电池转换效率的因素。电池转换效率的因素。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.4 影响太阳能电池转换效率的因素影响太阳能电池转换效率的因素29 光生电流的光学损失光生电流的光学损失

18、影响光生电流的光学损失主要有以下三种影响光生电流的光学损失主要有以下三种:反射损失：从空气（或真空）垂直入射到反射损失：从空气（或真空）垂直入射到半导体材料的光反射。半导体材料的光反射。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.4 13.4 影响太阳能电池转换效率的因素影响太阳能电池转换效率的因素30栅指电极遮光损失：栅指电极遮光面积在太栅指电极遮光损失：栅指电极遮光面积在太阳能总面积中所占的百分比。对一般电池来说，阳能总面积中所占的百分比。对一般电池来说，约为约为4%-15%。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.4 13.4 影响太阳能电池转换效率的因素影响太阳能电池转换效率的因素31透射

19、损失：如果太阳能电池的厚度不够大，透射损失：如果太阳能电池的厚度不够大，某些入射的光子就有可能从电池背面穿出。这某些入射的光子就有可能从电池背面穿出。这决定了半导体材料的最小厚度。间接带隙半导决定了半导体材料的最小厚度。间接带隙半导体要求材料的厚度比直接带隙的厚。体要求材料的厚度比直接带隙的厚。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.4 13.4 影响太阳能电池转换效率的因素影响太阳能电池转换效率的因素32 光生少子的收集几率光生少子的收集几率 太阳能电池是一种少数载流子工作器件。太阳能电池是一种少数载流子工作器件。在太阳能电池内，由于存在少子的复合，产生在太阳能电池内，由于存在少子的复合，产

20、生的每一个光生少数载流子不可能全部被收集。的每一个光生少数载流子不可能全部被收集。因此，定义光激发少子中对太阳能电池的短路因此，定义光激发少子中对太阳能电池的短路电流有贡献的百分数为收集几率。电流有贡献的百分数为收集几率。 该参数取决于电池内各区域的复合机理，该参数取决于电池内各区域的复合机理，也与电池结构和空间位置有关。也与电池结构和空间位置有关。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.4 13.4 影响太阳能电池转换效率的因素影响太阳能电池转换效率的因素33 影响开路电压的因素影响开路电压的因素 决定开路电压决定开路电压Voc大小的主要物理过程是大小的主要物理过程是半半导体的复合导体的复合

21、。半导体复合率越高，少子扩散长。半导体复合率越高，少子扩散长度越短即少数载流子在电池内的寿命越低，度越短即少数载流子在电池内的寿命越低，Voc也就越低。也就越低。 影响少数载流子寿命的因素有：体内复影响少数载流子寿命的因素有：体内复合；表面复合；电极区复合。合；表面复合；电极区复合。ln(1)BLocSk TIVqI()SCLpnIIqQA LLocscinV I FFP S13 13 太阳能电池太阳能电池 13.4 13.4 影响太阳能电池转换效率的因素影响太阳能电池转换效率的因素34 辐照效应辐照效应 应用在卫星上的太阳能电池受到太空中高应用在卫星上的太阳能电池受到太空中高能离子辐射，体内

22、产生缺陷，这些缺陷相当于能离子辐射，体内产生缺陷，这些缺陷相当于复合中心，影响其使用寿命。复合中心，影响其使用寿命。 为了改善其性能，可将为了改善其性能，可将Li掺入太阳能电池掺入太阳能电池中。中。Li扩散到辐射产生的点缺陷中，并与之结扩散到辐射产生的点缺陷中，并与之结合，可阻止寿命减退。太空应用的太阳能电池，合，可阻止寿命减退。太空应用的太阳能电池，一般都覆盖一块掺铈薄玻片，减少进入电池的一般都覆盖一块掺铈薄玻片，减少进入电池的高能粒子。高能粒子。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.4 13.4 影响太阳能电池转换效率的因素影响太阳能电池转换效率的因素35提高太阳能电池的转换效率的途径提

23、高太阳能电池的转换效率的途径 太阳能电池是一种少子工作器件，少数载太阳能电池是一种少子工作器件，少数载流子在电池内的寿命决定了电池的转换效率。流子在电池内的寿命决定了电池的转换效率。因此要提高电池的转换效率，就必须设法减少因此要提高电池的转换效率，就必须设法减少少数载流子在电池内的复合，从而增加少数载少数载流子在电池内的复合，从而增加少数载流子的寿命。流子的寿命。 影响少数载流子寿命的因素有影响少数载流子寿命的因素有:13 13 太阳能电池太阳能电池 13.5 提高太阳能电池的转换效率的途径提高太阳能电池的转换效率的途径36体内复合体内复合 减少晶体硅体内的复合，首先要选用适当减少晶体硅体内的

24、复合，首先要选用适当的掺杂浓度的衬底材料。一般太阳能电池制造的掺杂浓度的衬底材料。一般太阳能电池制造所用的硅片的电阻率在所用的硅片的电阻率在0.5到到1 cm 左右。左右。 提高晶体的质量，减少缺陷和杂质，是提提高晶体的质量，减少缺陷和杂质，是提高少数载流子寿命的重要手段。吸杂工艺能有高少数载流子寿命的重要手段。吸杂工艺能有效的提高材料的质量。钝化工艺能有效地减少效的提高材料的质量。钝化工艺能有效地减少晶体缺陷对少数载流子寿命的影响。晶体缺陷对少数载流子寿命的影响。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.5 13.5 提高太阳能电池的转换效率的途径提高太阳能电池的转换效率的途径37表面复合表面

25、复合 硅表面存在不饱和的悬挂键，它常作为缺硅表面存在不饱和的悬挂键，它常作为缺陷中心吸附其他原子，使载流子的寿命降低。陷中心吸附其他原子，使载流子的寿命降低。 为减少表面复合通常在硅表面生成一层介为减少表面复合通常在硅表面生成一层介质膜，如二氧化硅质膜，如二氧化硅(SiO2)和氮化硅和氮化硅(SiN)。这种。这种介质膜完善了晶体表面的悬挂键，从而达到表介质膜完善了晶体表面的悬挂键，从而达到表面钝化的目的。面钝化的目的。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.5 13.5 提高太阳能电池的转换效率的途径提高太阳能电池的转换效率的途径38电极区复合电极区复合 减少电极区的复合可将表面电极下面的掺减

26、少电极区的复合可将表面电极下面的掺杂浓度提高，获得良好的欧姆接触杂浓度提高，获得良好的欧姆接触; 同时降低少同时降低少数载流子在电极区的浓度，从而减少载流子在数载流子在电极区的浓度，从而减少载流子在此区域的复合。此区域的复合。 除了减少少数载流子的复合外，还可通过除了减少少数载流子的复合外，还可通过增加减反射膜以及某些特殊的工艺设计来减少增加减反射膜以及某些特殊的工艺设计来减少光学损失，从而提高电池的转换效率。光学损失，从而提高电池的转换效率。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.5 13.5 提高太阳能电池的转换效率的途径提高太阳能电池的转换效率的途径39 基于以上提高电池转换效率的途径，

27、派生基于以上提高电池转换效率的途径，派生了多种高效晶体硅太阳能电池。其中包括：了多种高效晶体硅太阳能电池。其中包括： 新结构高效电池新结构高效电池PESC电池（发射结钝化太阳电池）电池（发射结钝化太阳电池）表面刻槽绒面表面刻槽绒面PESC电池电池背面点接触电池（前后表面钝化电池）背面点接触电池（前后表面钝化电池）PERL电池（发射结钝化和背面点接触电池）电池（发射结钝化和背面点接触电池）高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究40 这些电池的转换效率均高于这些电池的转换效率均高于20%，其中，其中保持世界记录（

28、保持世界记录（24.7%）的单晶硅和多晶硅电）的单晶硅和多晶硅电池（池（19.8%）的转换效率均是由）的转换效率均是由PERL电池实电池实现的。现的。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究41澳大利亚新南威尔斯大学设计和制造的澳大利亚新南威尔斯大学设计和制造的PERLPERL电池示意图电池示意图PERL电池（发射结钝化和背面点接触电池）电池（发射结钝化和背面点接触电池）表面采用了倒金字塔结构表面采用了倒金字塔结构进一步减小光在前表面的进一步减小光在前表面的反射，有效地将光限制在反射，有效地将光限制在电池之内。电池之内。前表面电极窄前表面电

29、极窄，这，这使使得前表面遮光面积降得前表面遮光面积降低，并减少低，并减少n- -型区横型区横向导电电阻的损失。向导电电阻的损失。电池的前后表面电极电池的前后表面电极采用高浓度扩散以减小电极采用高浓度扩散以减小电极区复合并形成良好的欧姆接触；区复合并形成良好的欧姆接触； 采用采用SiOSiO2 2和点接触的方法以和点接触的方法以减少电池的表面复合减少电池的表面复合两层减反射膜将前两层减反射膜将前表面反射降到最低表面反射降到最低前表面电极采用钛，钯，前表面电极采用钛，钯，银的金属组合进一步减小银的金属组合进一步减小电极与硅的接触电阻。电极与硅的接触电阻。结构特点结构特点13 13 太阳能电池太阳能

30、电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究42 目前这种电池技术是制造实验室高效太阳目前这种电池技术是制造实验室高效太阳能电池的主要技术之一，能电池的主要技术之一，24.7的电池就是由的电池就是由此技术制造的。但是，这种电池的制造过程相此技术制造的。但是，这种电池的制造过程相当烦琐，其中涉及到好几道光刻工艺，所以不当烦琐，其中涉及到好几道光刻工艺，所以不是一个低成本的生产工艺，很难将其应用于大是一个低成本的生产工艺，很难将其应用于大规模工业生产。规模工业生产。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究43清洗清洗表面腐

31、蚀表面腐蚀表面制绒表面制绒 实用高效太阳能电池的生产工艺实用高效太阳能电池的生产工艺衬底：衬底：P P型（型（100100）单晶硅片，电阻率）单晶硅片，电阻率0.50.52cm2cm扩散扩散边缘结刻蚀边缘结刻蚀 丝网印刷正背丝网印刷正背面电极浆料面电极浆料 共烧形成共烧形成金属接触金属接触 电池片测试电池片测试沉积沉积SiNSiN沉积沉积TiOTiO2 213 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究44表面腐蚀的目的：表面腐蚀的目的：切割后的硅片表面有一层切割后的硅片表面有一层1020 m厚的切割厚的切割损坏层，在电池制备前必须去除。损坏层，在

32、电池制备前必须去除。表面腐蚀的方法：酸性腐蚀和碱性腐蚀表面腐蚀的方法：酸性腐蚀和碱性腐蚀目前单晶硅的硅片主要使用的是碱性腐蚀的方目前单晶硅的硅片主要使用的是碱性腐蚀的方法。碱性腐蚀常用的腐蚀剂为加热到法。碱性腐蚀常用的腐蚀剂为加热到8090的的20% 30%的的NaOHNaOH或或KOHKOH溶液。溶液。表面腐蚀表面腐蚀13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究45单晶硅片清洗制绒工艺：单晶硅片清洗制绒工艺：去损伤层：去损伤层：NaOH+H2O 3%(质量百分比质量百分比) 70 3 min (分钟分钟)漂洗：漂洗：去离子水去离子水 40 3

33、 min 制绒：制绒：1%NaOH6%异丙醇异丙醇3NaSiO3 H2O 70 30 min漂洗：漂洗： 去离子水去离子水 室温室温 3 min喷淋：喷淋：去离子水去离子水室温室温 3 min去氧化物：去氧化物： 2.5%HF 室温室温 1 min漂洗：漂洗： 去离子水去离子水 室温室温 3 min去金属离子：去金属离子： 5% HCl 室温室温 6 min漂洗：漂洗： 去离子水去离子水 室温室温 3 min喷淋：喷淋：去离子水去离子水室温室温 3 min13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究46制绒的目的制绒的目的:金字塔形的角锥体组成

34、的绒面具金字塔形的角锥体组成的绒面具有受光面积大，反射率低的特点。有受光面积大，反射率低的特点。单晶硅片绒面形状单晶硅片绒面形状表面制绒表面制绒13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究47 增加受光面积增加受光面积a 如右图，金字塔形角锥体的表面积如右图，金字塔形角锥体的表面积S S0 0等于四等于四个边长为个边长为a a正三角形正三角形S S之和之和20214sin604231.732SaSSSSa绒面光面 由此可见，有绒面的受光面积比原来光面由此可见，有绒面的受光面积比原来光面面积提高了，是原来面积的面积提高了，是原来面积的1.7321

35、.732倍。倍。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究48 降低反射率降低反射率 当一束强度为当一束强度为E E0 0的光投射到图中的的光投射到图中的A A点，产生反射点，产生反射光光 1和进入硅中的折射光和进入硅中的折射光 2 2。反射光。反射光 1 1可以继续投射到可以继续投射到另一方锥的另一方锥的B B点，产生二次反射光点，产生二次反射光 3 3和进入半导体的折和进入半导体的折射光射光 4 4；而对光面电池就不产生这第二次的入射。；而对光面电池就不产生这第二次的入射。 A AB B 1 1 2 2 4 4 3 313 13 太阳能电

36、池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究49 机械刻槽法是利用机械刻槽法是利用V V形刀在硅表面摩擦以形成形刀在硅表面摩擦以形成规则的规则的V V形槽，从而形成反射率低的表面织构。形槽，从而形成反射率低的表面织构。 化学腐蚀法是利用氢氧化钠溶液对单晶硅片化学腐蚀法是利用氢氧化钠溶液对单晶硅片进行各向异性腐蚀来制备绒面的。进行各向异性腐蚀来制备绒面的。制绒的方法：机械刻槽法和化学腐蚀法制绒的方法：机械刻槽法和化学腐蚀法13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究50 采用三氯氧磷气体携带源方式，这个工艺采用三氯氧

37、磷气体携带源方式，这个工艺的特点是生产率高，有利于降低成本。的特点是生产率高，有利于降低成本。8 8吋硅片吋硅片扩散炉、石英管口径达扩散炉、石英管口径达270270mm，可以扩散，可以扩散156156156156（mm）的硅片。）的硅片。 由于石英管口径大，恒温区长，提高了扩由于石英管口径大，恒温区长，提高了扩散薄层电阻均匀性，有利于降低太阳电池的串散薄层电阻均匀性，有利于降低太阳电池的串联电阻，从而提高太阳电池填充因子联电阻，从而提高太阳电池填充因子FF。 发射区扩散发射区扩散13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究51 在衬底表面附近，

38、除电极下有一个重掺杂在衬底表面附近，除电极下有一个重掺杂的的n n+ +区外，其余的部位都是一般浓度的掺杂。区外，其余的部位都是一般浓度的掺杂。 这是因为电极下的重掺杂区不仅可以降低这是因为电极下的重掺杂区不仅可以降低接触电阻，获得好的填充系数，也可以降低电接触电阻，获得好的填充系数，也可以降低电极带来的表面复合损失；而电极之间的低掺杂极带来的表面复合损失；而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。谱响应和较高的开路电压。扩散结应具有以下结构：扩散结应具有以下结构：13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.

39、6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究52SiN的作用：可的作用：可作为减反射膜，同时具有表面作为减反射膜，同时具有表面钝化和体钝化的双重作用。钝化和体钝化的双重作用。SiN的制备：的制备： PECVDPECVD法法 SiN薄膜中含有大量的氢，可以很好的钝化薄膜中含有大量的氢，可以很好的钝化硅中的位错和表面悬挂键，使硅表面趋于稳定。硅中的位错和表面悬挂键，使硅表面趋于稳定。这样就减少了发射区表面复合，增加了短路电这样就减少了发射区表面复合，增加了短路电流密度流密度J Jscsc，提高了太阳电池开路电压，提高了太阳电池开路电压V Vococ。SiN13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6

40、 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究53 如果没有这层如果没有这层SiNSiN，直接淀积，直接淀积TiOTiO2 2薄膜，硅薄膜，硅表面上会出现陷阱型的滞后现象，导致太阳电表面上会出现陷阱型的滞后现象，导致太阳电池短路电流衰减，从而降低光电转换效率。故池短路电流衰减，从而降低光电转换效率。故要先生长要先生长SiNSiN钝化再生长钝化再生长TiOTiO2 2减反射膜。减反射膜。 经验显示，用经验显示，用PECVD SiNPECVD SiN作为减反膜的单作为减反膜的单晶硅太阳电池效率较高于传统的由晶硅太阳电池效率较高于传统的由APCVD TiOAPCVD TiO2 2作为减反膜单晶

41、硅太阳电池。作为减反膜单晶硅太阳电池。13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究54 TiO TiO2 2减反射膜是用减反射膜是用APCVDAPCVD设备生长的设备生长的,它通它通过钛酸异丙脂与纯水产生水解反应来生长过钛酸异丙脂与纯水产生水解反应来生长TiOTiO2 2薄膜。薄膜。 TiOTiO2 2Ti(OCTi(OC3 3H H7 7) )4 4+2H+2H2 2O O TiOTiO2 2+4(C+4(C3 3H H7 7)OH)OH 加热加热13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究5

42、5 银浆、银铝浆、铝浆印刷过的硅片，通过银浆、银铝浆、铝浆印刷过的硅片，通过烘干，有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状烘干，有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上，这时可视为金属电极材物紧密粘附在硅片上，这时可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。料层和硅片接触在一起。 所谓共烧工艺是在银所谓共烧工艺是在银- -硅的共晶温度，单晶硅的共晶温度，单晶硅原子溶入到金属电极材料里，冷却后形成再硅原子溶入到金属电极材料里，冷却后形成再结晶层，这个再结晶层是较完美单晶硅的晶格结晶层，这个再结晶层是较完美单晶硅的晶格点阵结构。点阵结构。共烧形成金属接触共烧形成金属接触 13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究56电池片测试后，其IV曲线如图：电池片测试电池片测试13 13 太阳能电池太阳能电池 13.6 13.6 高效太阳能电池的研究高效太阳能电池的研究57 激光埋沿式电池激光埋沿式电池 八十年代中期，新南威尔斯大学发明了八十年代中期，新南威尔斯大学发明了“激光埋沿式电池制造工艺激光埋沿式电池制造工艺”，这一电池技术，这一电池技术采纳了高效太阳能电池的优点，简化了高效太采纳了高效太阳能电池的优点，简化了高效太阳能电池的制造工艺，使之成为