晶硅太阳能电池介绍(精)

晶硅太阳能电池介绍内容晶硅太阳能电池简介与分类晶硅太阳能电池发展晶硅太阳能电池工艺新型晶硅太阳能电池硅基太阳能电池发展方向及前景晶硅太阳能电池简介与分类太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用中；太阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生内光电效应，将光能转换为电能。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅基太阳能电池和薄膜电池，目前产业化主要以硅基太阳能电池为主，其中单晶硅太阳能电池受到了广泛关注与应用晶硅太阳能电池简介与分类硅基太阳能电池产业化模式晶硅太阳能电池简介与分类太阳能电池发电的原理主要是半导体的内光电效应，一般的半导体主要结构如下：当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照上图同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。如上图图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。晶硅太阳能电池简介与分类当P型和N型半导体材料结合时，P型（N型）材料中的空穴（电子）向N型（P型）材料这边扩散，扩散的结果使得结合区形成一个势垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在PN结两侧形成一个耗尽区（即PN结）。当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。晶硅太阳能电池简介与分类硅基太阳能电池是指以硅为基本原料制造的太阳电池，其中包括:1.单晶硅太阳能电池2.多晶硅太阳能电池3.冶晶硅太阳电池4.非晶硅薄膜太阳能电池5.非晶/微晶硅叠层太阳能电池6.多晶硅薄膜太阳能电池2013-2020年全球光伏市场规模走势图晶硅太阳能电池发展1839年，法国科学家贝克雷尔发现液体的光生伏特效应1917年，波兰科学家切克劳斯基发明CZ技术，后经改良发展成为太阳能用单晶硅的主要制备方法。1941年，奥尔在硅材料上发现了光伏效应。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池。1955-1975年，由于单晶电池成本较高，产业界不断致力于降低晶体制造成本，并提出铸锭单晶工艺1976年，铸锭单晶技术失败，德国瓦克公司率先将铸锭多晶用于太阳能电池生产，牺牲晶体品质以降低发电成本。2005-2010年，多晶电池技术基于相对便宜的成本快速扩大份额。2013年，松下HIT单晶电池转换效率达到25.6%，突破了光伏产业界最高理论效率极限，人们再次评估各种技术的性能和成本区间2013-2015年，采用单晶组件与采用多晶组件的电站单位投资成本持平。晶硅太阳能电池工艺制造太阳电池片，首先要对经过清洗的硅片，在高温石英管扩散炉对硅片表面作扩散掺杂，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。目的是在硅片上形成P/N结。然后采用丝网印刷法，用精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射膜，单晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体片经过检测，即可按所需要的规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和装材料进行封装，组成各种大小不同太阳电池阵列。目前大规模生产的单晶硅太阳电池的光电转换效率为20％左右，实验室成果也有24％以上的。晶硅太阳能电池工艺-制绒制绒的目的1.去除硅片表面的机械损伤层2.清除表面油污和金属杂质3.形成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳光的吸收。单晶制绒原理：单晶硅片在一定浓度范围的碱溶液中被腐蚀时是各向异性的，不同晶向上的腐蚀速率不一样。利用这一原理，将特定晶向的单晶硅片放入碱溶液中腐蚀，即可在硅片表面产生出许多细小的金字塔状外观，这一过程称为单晶碱制绒。晶硅太阳能电池工艺-制绒晶硅太阳能电池工艺-扩散扩散的目的：形成P-N结采用携带法将POCl3液态源代入扩散炉内，在高温加热的情况下实现扩散：5POCl33PCl5+P2O5(600℃）2P2O5+SiO25SiO2+4P氧气（O2）：对三氯氧磷进行氧化大氮（N2）：保护气体，防止硅片氧化，维持扩散炉管内的气体均匀流动小氮（N2）：将三氯氧磷吹进石英管，控制P源浓度三氯氧磷（POCl3）：扩散P源，温度控制在20℃单晶硅太阳能电池的工艺-扩散插片进舟回温氧化预沉积升温推井降温出舟外观检查卸片注意事项：1.卸片时要注意是否有隐裂片和偏磷酸片，要及时测试硅片方阻2.一旦发现三氯氧磷泄露，操作人员迅速脱离现场，由专业人员对现场进行处理。单晶硅太阳能电池的工艺-扩散单晶硅太阳能的工艺-刻蚀刻蚀的作用：去除扩散后硅片四周的N型硅，磷硅玻璃（目前采用湿法刻蚀）湿法刻蚀原理：HNO3氧化生成SiO2，HF再去除SiO2，水在张力的作用下吸附在硅片表面：4HNO3+3Si3SiO2+4NO+2H2OSiO2+4HFSiF4+2H2OSiF4+2HFH2SiF6上片操作方向，带速1.34m/min单晶硅太阳能电池的工艺-刻蚀单晶硅太阳能电池的工艺-PECVD采用PECVD（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition）技术沉积SiNx薄膜可以显著减少光的反射，且对硅片表面和体内进行钝化。优点：（1）折射率大（2）掩蔽作用好（3）沉积温度低（4）增强钝化效果；原理：利用辉光放电产生低温等离子体，在低气压下将硅片置于辉光放电的阴极上，借助辉光放电加热硅片，使硅片达到预定温度，然后通入适量的反应气体，气体经过一系列反应，在硅片表面形成固体薄膜。PECVD：2NH32NH22-+NH-+3H+3SiH43SiH3-+SiH22-+6H+SiH4+NH3SixNyHz+H2等离子体，350℃-450℃PECVD可分为直接式和间接式两种，直接式PECVD装置一般为微波激发，激发频率为2.45GHZ，间接式PECVD装置一般为射频激发，车间所用该装置频率为40KHz单晶硅太阳能电池工艺-PECVD空气或玻璃n0=1or1.5SiN减反膜的最佳折射率n1为1.9或2.3硅n2=3.87在左图中示出了四分之一波长减反射膜的原理。从第二个界面返回到第一个界面的反射光与从第一个界面的反射光相位相差180度，所以前者在一定程度上抵消了后者。即n1d1=λ/4单晶硅太阳能电池发展单晶硅太阳能电池工艺-丝网印刷上料背电极印刷烘干背电场印刷烘干正电极印刷烘干烧结质检测试分选注意事项：（1）监控湿重，注意栅线的宽度（2）保证印刷台面平整度和清洁（3）合理设置印刷参数（4）浆料粘度合适，网版清洁晶硅太阳能电池工艺-丝网印刷Al背电场：由于光生载流子受到背电场加速，增加了载流子的有效扩散长度，同时还能驱使少数载流子离开表面，降低复合率，其结果既增加了短路电流，又降低了暗电流，同时还减小了接触电阻Ag电极：能与硅形成欧姆接触，接触性好，导电率高，接触牢固和化学稳定性好浆料烧结原理：当电极浆料里的金属材料和半导体硅材料加热到共晶温度以上时，晶体硅原子以一定比例溶入熔融的电极合金材料中。合晶温度升高到一定值后，温度开始降低，溶入电极金属材料中的硅原子重新再结晶，在金属和晶体的接触面上生长一层外延层，当外延层内含有足够的与基质硅材料导电类型相同的杂质量时，杂质浓度将高于基质硅材料的杂质浓度，则可以形成PP+或NN+浓度结，外延层与金属接触处形成欧姆接触。新型晶硅太阳能电池黑硅电池黑硅电池，就是颜色比常规的蓝色晶硅电池要深很多，呈黑色的太阳电池，其核心是通过刻蚀技术在常规硅片表面制绒的基础上，形成类似锥状结构的纳米级小绒面，表面形貌见下图，从而加大陷光的效果，降低反射率，这也是电池呈现黑色的原因。常规多晶制绒后表面形貌黑硅电池的刻蚀技术分为两类，干法刻蚀和湿法刻蚀，干法刻蚀主要包括RIE(反应离子刻蚀）、激光刻蚀；湿法主要包括MCCE(金属离子辅助刻蚀）、电子化学刻蚀。目前黑硅电池使用的主要是RIE法和MCCE法，可将电池效率提高0.5%-0.8%。新型晶硅太阳能电池PERC电池与传统电池相比较，在电池背面增加了Al2O3/SiNx绝缘钝化层，然后利用激光在钝化层上形成接触图形，实现与背面电极的接触。PERC电池PERC电池结构图Al2O3与SiO2等钝化膜层不同的是，它具有大量固定负电荷，对于p型层来说，除了具有良好的化学钝化外，还有显著的场钝化作用。因此这种结构可以极大的减小背面复合速率，有效提高电池的开路电压和短路电流。使最终转换效率有明显提升。新型晶硅太阳能电池PERT/PERL电池在电池的背面和正面进行相反类型的全扩散，形成钝化发射极背面全扩散的PERT电池，在电池的背面定域掺杂，即在电极与衬底的接触处进行浓掺杂，不接触区域不掺杂。得到钝化发射极背面定域扩散电池，也就是PERL电池。背面全扩散局部定域扩散新型晶硅太阳能电池IBC电池也就是叉指形背接触电池，是一种背结背接触的电池。它是在电池背面分别进行磷和硼的局部掺杂，形成叉指形交叉排列的p+发射极和n+背表面场。同时发射区电极和基区电极也呈交叉排列在背面。IBC电池制作的难点和核心是如何在电池背面制备出质量好、呈叉指状间隔排列的p区和n区Figure1:SchematicdiagramofSunPower’slow-costrear-contactsolarcell(nottoscale).NB:Thisdiagramdepictsann-typebase,butitcouldequallywellbeap-typebase.SiO2passivationmetalfinger(n)n+diffusionn-typebasen+FSFSiO2passivationcontactholeinSiO2p+diffusionmetalfinger(p)FrontsideRearsidepitchAntireflecitivecoatingtextureIBC电池新型晶硅太阳能电池HIT电池是日本三洋公司推出的一种结构对称，工艺设备和步骤较少的电池。主要工艺包括硅片的正面沉积很薄的本征α-Si:H层和p型α-Si:H，然后在硅片的背面沉积薄的本征α-Si:H层和n型α-Si:H层；利用溅射技术在电池的两面沉积透明氧化物导电薄膜（TCO）。HIT电池HIT电池结构图虽然HIT电池的工艺流程较简单，但是由于采用了薄膜沉积的技术，需要用到高要求的真空设备，投资较高。另外，要获得优良低界面态的非晶硅/晶体硅界面，对工艺环境和操作要求也较高。新型晶硅太阳能电池TOPcon电池由Fraunhofer研究所研制成功，它主要是在n型硅片的背表面生长一层1.4nm左右的隧道SiOx层，然后沉积掺杂磷的非晶硅或者多晶硅薄层，退火后，两者共同形成钝化接触结构。TOPCon电池TOPCon电池结构图硅基太阳能电池发展方向及前景光伏在过往的几年取得了巨大的发展，而且在未来十年必将有更大的发展，会有现在10倍的规模。现在不同的技术，在市面上有不同的市场占有率。除了传统的继续提高光伏电池盒组件的效率，降低成本之外，新的研究课题，包括如何更多地关注光伏的度电成本，更多地关注组件的可靠性和实际的发电量。到2020年，光伏的组件目标成本低于0.3美元每瓦，相比旧的时代，光伏电池的转换效率是非常重要的，只有效率提升才能带来整个光伏器件成本的下降和度电成本的下降。2020年之后，在多晶电池之后，P型或者N型的单晶电池及现在更新技术的超过21%组件技术将会逐渐在市场上得到广泛的应用。在接下来的几年，SERIS技术将会取得突破，SERIS专利有非常好的选择。谢谢