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几种高效晶体硅太阳能电池

关键词:硅片回收 电池片回收 太阳能电池板回收 多晶硅回收 │ 发表时间:2018-10-17

钝化发射极太阳能电池(passivated emitter solar cell,PESC)
近年来,晶体硅太阳电池的一个重要进展来自于表面钝化技术水平的提高。澳大利亚新南威尔士大学采用钝化技术,在高效太阳电池的研究方面取得了卓越的成就。 首先使用热氧化的技术在硅片的表面生长一层小于 10nm 的 Si O2层,在这样的厚度之下,载流子几乎不可能隧穿,从而起到钝化发射极表面的作用;在背面沉积一定厚度的铝层,铝和硅热处理之后会形成合金,可以吸除电池体内的杂质及缺陷,因此提升了电池的开路电压。Si O2并不是覆盖电池整个表面,而是通过光刻在栅电极的下面形成 5um 的细槽,在这些细槽内,金属栅电极直接与硅片接触,这样,通过使电极区域面积的缩小来增强电极区的钝化效果,进而降低了表面态,减小了表面的复合速率,开路电压得以提高。

选择性发射极太阳能电池
p-n 结的形成是太阳电池的核心部分,因此在扩散时掺杂浓度的高低就显得尤为重要。发射区掺杂浓度对转换效率的影响是双重的,在常规晶体硅太阳电池中,通常采用较高浓度的掺杂,目的是使硅片和电极接触面之间的接触电阻减小,从而降低其串联电阻。但是若掺杂浓度过高,电池的顶.层复合增大、使得少子寿命也随之降低,这就会影响电池的短路电流和转换效率。为解决发射区掺杂浓度对太阳电池转化效率的限制,提出了选择性发射极(selective emitter,SE)电池的设计方案,即在金属栅线(电极)与硅片接触的地方及其附近进行高掺杂和深扩散,而在电极以外的地方进行低掺杂浅扩散。SE 电池与传统电池基本结构对比 。采用 SE 结构的太阳电池,它具有如下优点:①降低串联电阻,提高填充因子。接触电阻与表面掺杂浓度有关,表面掺杂浓度越高,接触电阻越小。②减少载流子复合,提高表面钝化效果。SE 电池结构的电极间浅扩散可以使载流子横向流动.时的复合几率有效的减少,提高载流子收集效率;另外,低表面掺杂浓度可以使表面态密度较低,这样也可提高钝化效果。③增强电池短波光谱响应,提高短路电流和开路电压。同时,由于 SE 结构电池存在一个横向的 n++—n+高低结,和传统结构相比,此高低结可以提高开路电压。

金属环绕贯穿(metal wrap throug,MWT) 太阳能电池
通常晶体硅太阳电池的发射区以及发射区的电极都在电池正面,尽管电极栅线在电池正面的所遮面积仅为电池面积的 7%左右,但这部分栅线依然会阻挡电池对阳光的吸收,可以通过减小栅线宽度来减少遮光的面积,然而较细的栅线会导致电极的接触电阻增加,从而降低转换效率,而且工艺难度也会増加,如果把正面电极转移到背面,使发射区电极和基区电极均位于电池背面,即所谓的背接触电池,则可以降低或完全消除正面栅线电极的遮光损失,从而提高电池的效率。
MWT 电池的主要优势是:MWT 电池与常规太阳电池的主要区别是主栅.线位于电池的背面,仅保留了正.面的细.栅,因此正.面的遮.光面积减小,接受.光照的.面积增大,有效增加了电池片的短路电流,使转换效率得以提高。由于激光钻孔后,在孔内进行扩散及金属化,这样正面和孔中就是电池的发射区,可以实现双 p-n 结,位于前表面的发射极细栅所收集的电流通过金属化的通道引导到电池的背面主栅,共同对载流子进行收集,使载流子的分离和与收集效率提高。因此,MWT 电池对材料质量要求不高,少子寿命较低的硅片采用此结构仍可以获得较高的短路电流,应用于多晶硅电池更加有利于降低成本。同时,MWT 电池制作光伏组件时,不存在正面主栅的焊接,电池片之间的连接均由背面电极提供,降低了由焊接引起的电阻损耗,使电池到组件的损耗降低,提高组件的输出功率。但是 MWT 电池的组件封装技术及其低成本化、是 MWT 技术面临的问题。
IBC 太阳能电池
IBC 电池是在 20 世纪 70 年代被提出,是研究最早的背结电池,最开始主要应用于聚光系统中。该电池是利用光刻技术,在背面分别进行硼、磷局域扩散,形成 p+发射极和 n+背表面场,同时发射区电极和基区电极也交叉排列在背面。在电池前后表面覆盖一层热氧化 Si O2,以降低表面复合。在高聚光条件下的电压饱和效应可以通过重扩散所形成的 p+区与 n+区进行有效消除,此外,p+和 n+区接触电极的覆盖面积几乎较小到背表面的一半,使其串联的电阻大幅度降低。如何制作出质量比较好、呈叉指形间隔排列的 p区和 n 区是 IBC 电池的核心。IBC 电池除具有背接触电池的所有优点外,还由于电池前表面没有金属栅线,带来了如下好处:①由于正面无栅线遮挡,入射光子更多,可以增加电池的短路电流密度;②由于正面无栅线,不必考虑正面的接触电阻问题,可以最大程度优化前表面的陷光和表面钝化性能;③由于正负电极都放在电池背面,不用考虑金属栅线对电池的遮挡问题,可以将栅线宽度加宽,降低金属接触的串联电阻。

HIT(Heterojunction with Intrinsic Thinfilm)太阳能电池
它是以 n 型单晶硅片为衬底,在经过清洗制绒的 n 型 CZ c-Si 正面首先沉积厚度为 5~10nm 的本征氢化非晶硅薄膜(i-a-Si:H),接着进行 p 型氢化非晶硅薄膜(p-a-Si:H)的制备,从而形成 p-n 异质结。在硅片背面依次沉积厚度为 5-10nm 的 i-a-SI:H 薄膜、n 型 a-SI:H 薄膜(n-a-Si:H)形成背表面场。在掺杂 a-Si:H 薄膜的两侧,再沉积透.明导.电氧.化物薄膜(TCO),最后通过丝网印刷技术在两侧的顶层形成金属集电极,构成具有对称结构的 HIT 太阳电池。也可以用 p 型单晶硅为衬底,获得对应结构的异质结电池。HIT 电池的制作工序为:硅片→清洗→制绒→正面沉积非晶硅薄膜→背面沉积非晶硅薄膜→正反面沉积 TC0 薄膜→丝网印刷电极→边缘隔离→测试。

PESC 电池结构已经有了相对完善的表面钝化结构,但是它将背面的接触范围限制在了开孔的区域,这样不仅会增加工艺的复杂度,在开孔的时候更会不同程度的损伤硅材料,这就又额外增加了金属接触区域的复合。另一方面由于开孔限制了载流子的传输路径,使之偏离了垂直于接触表面的最短路径,并拥堵在开孔处,造成填充因子的损失增大。所以,近年来研究人员研究出一种技能对电池表面进行钝化有无需开孔的技术,这就是钝化接触技术。

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