硅基異質(zhì)結(jié)高效光伏電池中的關(guān)鍵問(wèn)題研究摘要：硅基異質(zhì)結(jié)光伏電池可以達(dá)到雙面發(fā)電的目的，溫度系數(shù)比較低，轉(zhuǎn)換效率相對(duì)比較高，沒(méi)有電位誘發(fā)衰減與光致衰減。本文主要針對(duì)這種電池結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與制備工藝這兩方面關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)研究，以此來(lái)突出這種光伏電池的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：硅基異質(zhì)結(jié)；光伏電池；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；制備工藝光伏產(chǎn)業(yè)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，其在迭代技術(shù)的支持下形成了爆發(fā)式的發(fā)展速度，其中的異質(zhì)結(jié)高效太陽(yáng)能電池屬于近兩年來(lái)發(fā)展比較火熱的新型高效技術(shù)，但是當(dāng)前仍然存在著成本過(guò)高的問(wèn)題，還需從降本的角度來(lái)開(kāi)展研發(fā)工作?，F(xiàn)針對(duì)高效光伏電池相關(guān)的研究情況進(jìn)行總結(jié)。1、硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)這種光伏電池屬于對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以電池受到的應(yīng)力影響比較小，更容易實(shí)施薄片化處理；加工這種電池的工藝流程并不復(fù)雜，全程采取低溫工藝技術(shù)，加工環(huán)境的溫度不超過(guò)200°C左右，這種電池加工工藝技術(shù)有助于減少能源損耗，符合節(jié)約生產(chǎn)理念，同時(shí)也減輕了高溫給硅片帶來(lái)的負(fù)面影響，如熱損傷；該光伏電池中引入本征非晶硅薄膜，對(duì)晶體硅表面存在的缺陷起到了鈍化的作用；相比傳統(tǒng)型的單晶硅光伏電池，其開(kāi)路電壓更高，可高達(dá)750mV；電池厚度持續(xù)降低,開(kāi)路電壓有望繼續(xù)升高。傳統(tǒng)單多晶硅電池的性能對(duì)溫度環(huán)境很敏感，過(guò)高的溫度會(huì)對(duì)電池的性能，如輸出電壓和電流，會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，例如，在炎熱的中東地區(qū)，環(huán)境溫度皆超過(guò)40C，組件工作溫度在100C上下，傳統(tǒng)單多晶硅光伏組件的功率輸出都會(huì)有明顯的降低。HJT電池優(yōu)良的表面鈍化效果大大降低了載流子復(fù)合幾率，這使其具備極高的開(kāi)壓(>745mV)，也因此具備了低溫度系數(shù)(~-0.25%/°C),在熱帶，例如中東、印度、北非等地區(qū)，相對(duì)于常規(guī)單多晶，HJT組件具備了明顯的發(fā)電優(yōu)勢(shì)。在熱帶地區(qū)的組件運(yùn)行中，相較于傳統(tǒng)單多晶組件，相同瓦數(shù)下HJT組件具有10%相對(duì)功率輸出增益。在普通晶體硅光伏電池中，玻璃材料的離子會(huì)向電池片表面遷移，從而和發(fā)射極之間產(chǎn)生相互作用，導(dǎo)致電位誘發(fā)衰減現(xiàn)象產(chǎn)生。此種電池的雙面均運(yùn)用了具有導(dǎo)電性能的TCO膜層材料，TCO縱向收集載流子并向電極傳輸。非晶硅層晶體呈長(zhǎng)而無(wú)序結(jié)構(gòu)，電子與空穴遷移率較低，橫向?qū)щ娦暂^差，不利于光生載流子的收集，因此需要在正面摻雜層上方沉積一層75-80nm厚的TCO，用于縱向收集載流子并向電極傳輸。同時(shí)TCO也可以減少太陽(yáng)光反射。這種光伏電池因具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以正反面均能夠發(fā)電，這將會(huì)大幅度提升電站發(fā)電能力，急速降低度電成本。除此之外，因此雙面發(fā)電組件為雙面玻璃封裝結(jié)構(gòu)，耐候性更優(yōu)，相對(duì)于常規(guī)單面組件25年的設(shè)計(jì)壽命更長(zhǎng)，可達(dá)30年，全壽命周期可多發(fā)5.3%的電力，普通單玻組件的衰減為0.7%/年，而雙玻組件則為0.5%/年。2、硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池制備的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題2.1濕化學(xué)處理工藝硅片清洗是減少a-Si:H/c-Si界面態(tài)至關(guān)重要的一步，想要做到這一點(diǎn)提高晶體硅的潔凈程度是關(guān)鍵，所以對(duì)單晶硅實(shí)施濕法處理時(shí)，需要有效去除表面上的金屬雜質(zhì)、氧化膜、有機(jī)物與顆粒物等，以此使硅片更為潔凈。通過(guò)機(jī)械切割獲取的單晶硅硅片表面存在損傷層，即使采用金剛線切割工藝，也難以使損傷層厚度低于5口m，通過(guò)去除損傷層可減輕復(fù)合損失；實(shí)施同性腐蝕可去除損傷層，使用的主要是堿性腐蝕液與酸性腐蝕液，后者屬于混合溶液，主要混合了氫氟酸與硝酸，利用氧化刻蝕反應(yīng)時(shí)效內(nèi)處理目標(biāo)，給單晶硅片多選擇濃度比較高的堿性腐蝕液，使其和硅產(chǎn)生作用；處理?yè)p傷層前，可先運(yùn)用濃硫酸、雙氧水以及臭氧等具有氧化性的物質(zhì)去除有機(jī)物雜物。光伏電池屬于半導(dǎo)體器件，其需要實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，為了進(jìn)一步提升光電轉(zhuǎn)換效率，需控制電池的光學(xué)損失，硅片接受拋光處理后，反射損失約為34%，所以需要為硅片表面制作絨面，以此使表面能夠多次吸收入射光，通過(guò)多次反射將光程增加，降低表面反射率。選擇濃度較低的堿溶液對(duì)硅片實(shí)施異相腐蝕，從而使單晶硅產(chǎn)生絨面，堿溶液對(duì)晶面的腐蝕速率低于對(duì)硅晶面的腐蝕速率，在濃度達(dá)標(biāo)的堿溶液中放置硅片，發(fā)生腐蝕反應(yīng)后，表面會(huì)形成四方錐體結(jié)構(gòu)，腐蝕劑多選擇氫氧化鉀或氫氧化鈉，將醇類物質(zhì)與硅酸鹽加入其中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液粘稠度以及PH值的調(diào)節(jié)，促使液相濃度更加均勻，達(dá)到硅片絨面更加均勻的目的。濕化學(xué)處理的最后一個(gè)環(huán)節(jié)是清洗與優(yōu)化表面面貌，以此將表面的金屬雜質(zhì)顆粒、氧化層與有機(jī)物有效去除。如果選擇純度高且用量較大的化學(xué)藥品進(jìn)行清洗，可能會(huì)產(chǎn)生安全隱患，同時(shí)對(duì)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生一定的破壞；原本使用的RCA法得到改進(jìn)，按照生產(chǎn)需求，將處理效率提升，降低技術(shù)成本，可運(yùn)用醋酸與臭氧進(jìn)行清洗。2.2沉積制備非晶硅薄膜完成濕化學(xué)處理后，單晶硅表面形成符合潔凈程度要求的金字塔絨面，需繼續(xù)實(shí)施表面的沉積處理工藝，在除去氧化層時(shí)主要使用HF溶液，同時(shí)對(duì)表面上的懸掛鍵進(jìn)行鈍化處理，以此預(yù)防硅片被污染或者產(chǎn)生氧化反應(yīng)，得到裸露的較為純凈的硅基體。非晶硅薄膜的沉積主要選擇熱絲輔助（HWCVD）以及等離子體增強(qiáng)（PECVD）兩種化學(xué)氣相沉積技術(shù)，所用的設(shè)備由電源系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)以及真空反應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)成。除了上述兩種技術(shù)之外，還可選擇熱蒸發(fā)技術(shù)、電子回旋共振技術(shù)或磁控濺射技術(shù)。2.3沉積制備TCO薄膜非晶硅材料具有的電導(dǎo)率不高，光生載流子處于該層時(shí)橫向輸運(yùn)能力偏弱，填充因子將會(huì)受到嚴(yán)重影響；通過(guò)TOC薄膜可以對(duì)載流子進(jìn)行橫向輸運(yùn)使其抵達(dá)電極，同時(shí)與其產(chǎn)生良好接觸；其具有的折射率在硅材料與空氣之間，可作為減反層發(fā)揮作用。TOC薄膜的制備方法有很多種，包括反應(yīng)等離子體、磁控濺射、脈沖激光沉積法與溶膠-凝膠法等技術(shù)；其中磁控濺射技術(shù)的設(shè)備應(yīng)用成本不高，具有穩(wěn)定的鍍膜工藝，形成的薄膜均勻度也能夠達(dá)標(biāo)，可滿足產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用需求，但是會(huì)因粒子轟擊效應(yīng)損傷薄膜，同時(shí)對(duì)于靶材有過(guò)嚴(yán)苛的要求。此過(guò)程對(duì)于靶材的利用率不高，多數(shù)廠家僅能達(dá)到60%甚至更少，所以，如何提升靶材利用率是當(dāng)前光伏行業(yè)內(nèi)降本的關(guān)鍵。2.4制備電極絲網(wǎng)印刷工藝與電鍍工藝是使用率較高的電極制備技術(shù)，前者主要是借助刮刀下壓刮蹭使?jié){料從網(wǎng)孔中擠壓出來(lái)后再轉(zhuǎn)移到電池上，目前行業(yè)主流是以低溫銀漿為主，還有部分企業(yè)在開(kāi)發(fā)銀包銅漿料工藝、有機(jī)銅漿料工藝等；電鍍技術(shù)屬于自我選擇式沉積技術(shù)，需要運(yùn)用鹽溶液，溶液中含有鍍層金屬材料，運(yùn)用高溫加熱方式將銅蒸鍍到硅片表面形成柵線電極。相比較而言，絲網(wǎng)印刷工藝的設(shè)備成本低，高效便捷，但是銀漿材料的造價(jià)較高，經(jīng)由該種工藝制備的電極具有擴(kuò)展性，控制柵線高寬比的難度高；電鍍技術(shù)的原材料為銅，金屬成本較低，柵線高寬比可控性也比較強(qiáng)，但是其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高，且需要更多的設(shè)備成本。結(jié)論硅基異質(zhì)結(jié)光伏電池具有多重技術(shù)優(yōu)勢(shì)，符合能源節(jié)約理念，有利于開(kāi)發(fā)利用新能源。本文對(duì)比普通電池與異質(zhì)結(jié)光伏電池，分析了其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)針對(duì)制備環(huán)節(jié)的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行分析，列舉濕化學(xué)處理工藝、沉積制備工藝與制備電極工藝的應(yīng)用要點(diǎn)；在未來(lái)還需繼續(xù)研究?jī)?yōu)化光伏電池制備工藝，優(yōu)化