晶硅太陽能電池介紹內(nèi)容晶硅太陽能電池簡介與分類晶硅太陽能電池發(fā)展晶硅太陽能電池工藝新型晶硅太陽能電池硅基太陽能電池發(fā)展方向及前景晶硅太陽能電池簡介與分類

太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。在太陽能的有效利用中；太陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，是其中最受矚目的項(xiàng)目之一。制作太陽能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生內(nèi)光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅基太陽能電池和薄膜電池，目前產(chǎn)業(yè)化主要以硅基太陽能電池為主，其中單晶硅太陽能電池受到了廣泛關(guān)注與應(yīng)用晶硅太陽能電池簡介與分類硅基太陽能電池產(chǎn)業(yè)化模式晶硅太陽能電池簡介與分類

太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)如下：當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時(shí)，硅晶體中就會存在著一個(gè)空穴，它的形成可以參照上圖

同樣，摻入磷原子以后，因?yàn)榱自佑形鍌€(gè)電子，所以就會有一個(gè)電子變得非?；钴S，形成N型半導(dǎo)體。黃色的為磷原子核，紅色的為多余的電子。如上圖圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。

晶硅太陽能電池簡介與分類當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體材料結(jié)合時(shí)，P型（N型）材料中的空穴（電子）向N型（P型）材料這邊擴(kuò)散，擴(kuò)散的結(jié)果使得結(jié)合區(qū)形成一個(gè)勢壘，由此而產(chǎn)生的內(nèi)電場將阻止擴(kuò)散運(yùn)動的繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)兩者達(dá)到平衡時(shí)，在PN結(jié)兩側(cè)形成一個(gè)耗盡區(qū)（即PN結(jié)）。當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢差，這就形成了電源。晶硅太陽能電池簡介與分類硅基太陽能電池是指以硅為基本原料制造的太陽電池，其中包括:1.單晶硅太陽能電池2.多晶硅太陽能電池3.冶晶硅太陽電池4.非晶硅薄膜太陽能電池5.非晶/微晶硅疊層太陽能電池6.多晶硅薄膜太陽能電池2013-2020年全球光伏市場規(guī)模走勢圖晶硅太陽能電池發(fā)展1839年，法國科學(xué)家貝克雷爾發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應(yīng)1917年，波蘭科學(xué)家切克勞斯基發(fā)明CZ技術(shù)，后經(jīng)改良發(fā)展成為太陽能用單晶硅的主要制備方法。???1941年，奧爾在硅材料上發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)。1954年，美國科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了實(shí)用的單晶硅太陽能電池。???1955-1975年，由于單晶電池成本較高，產(chǎn)業(yè)界不斷致力于降低晶體制造成本，并提出鑄錠單晶工藝1976年，鑄錠單晶技術(shù)失敗，德國瓦克公司率先將鑄錠多晶用于太陽能電池生產(chǎn)，犧牲晶體品質(zhì)以降低發(fā)電成本。??2005-2010年，多晶電池技術(shù)基于相對便宜的成本快速擴(kuò)大份額。2013年，松下HIT單晶電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到25.6%，突破了光伏產(chǎn)業(yè)界最高理論效率極限，人們再次評估各種技術(shù)的性能和成本區(qū)間2013-2015年，采用單晶組件與采用多晶組件的電站單位投資成本持平。晶硅太陽能電池工藝

制造太陽電池片，首先要對經(jīng)過清洗的硅片，在高溫石英管擴(kuò)散爐對硅片表面作擴(kuò)散摻雜，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。目的是在硅片上形成P/N結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷法，用精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂覆減反射膜，單晶硅太陽電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過檢測，即可按所需要的規(guī)格組裝成太陽電池組件（太陽電池板），用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。最后用框架和裝材料進(jìn)行封裝，組成各種大小不同太陽電池陣列。目前大規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為20％左右，實(shí)驗(yàn)室成果也有24％以上的。晶硅太陽能電池工藝-制絨制絨的目的1.去除硅片表面的機(jī)械損傷層2.清除表面油污和金屬雜質(zhì)3.形成起伏不平的絨面，增加硅片對太陽光的吸收。單晶制絨原理：單晶硅片在一定濃度范圍的堿溶液中被腐蝕時(shí)是各向異性的，不同晶向上的腐蝕速率不一樣。利用這一原理，將特定晶向的單晶硅片放入堿溶液中腐蝕，即可在硅片表面產(chǎn)生出許多細(xì)小的金字塔狀外觀，這一過程稱為單晶堿制絨。晶硅太陽能電池工藝-制絨晶硅太陽能電池工藝-擴(kuò)散擴(kuò)散的目的：形成P-N結(jié)采用攜帶法將POCl3液態(tài)源代入擴(kuò)散爐內(nèi)，在高溫加熱的情況下實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散：5POCl33PCl5+P2O5(>600℃）2P2O5+SiO25SiO2+4P氧氣（O2）：對三氯氧磷進(jìn)行氧化大氮（N2）：保護(hù)氣體，防止硅片氧化，維持?jǐn)U散爐管內(nèi)的氣體均勻流動小氮（N2）：將三氯氧磷吹進(jìn)石英管，控制P源濃度三氯氧磷（POCl3）：擴(kuò)散P源，溫度控制在20℃單晶硅太陽能電池的工藝-擴(kuò)散插片進(jìn)舟回溫氧化預(yù)沉積升溫推井降溫出舟外觀檢查卸片注意事項(xiàng)：1.卸片時(shí)要注意是否有隱裂片和偏磷酸片，要及時(shí)測試硅片方阻2.一旦發(fā)現(xiàn)三氯氧磷泄露，操作人員迅速脫離現(xiàn)場，由專業(yè)人員對現(xiàn)場進(jìn)行處理。單晶硅太陽能電池的工藝-擴(kuò)散單晶硅太陽能的工藝-刻蝕刻蝕的作用：去除擴(kuò)散后硅片四周的N型硅，磷硅玻璃（目前采用濕法刻蝕）濕法刻蝕原理：HNO3氧化生成SiO2，HF再去除SiO2，水在張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，帶速1.34m/min單晶硅太陽能電池的工藝-刻蝕單晶硅太陽能電池的工藝-PECVD采用PECVD（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition）技術(shù)沉積SiNx薄膜可以顯著減少光的反射，且對硅片表面和體內(nèi)進(jìn)行鈍化。優(yōu)點(diǎn)：（1）折射率大（2）掩蔽作用好（3）沉積溫度低（4）增強(qiáng)鈍化效果；原理：利用輝光放電產(chǎn)生低溫等離子體，在低氣壓下將硅片置于輝光放電的陰極上，借助輝光放電加熱硅片，使硅片達(dá)到預(yù)定溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體，氣體經(jīng)過一系列反應(yīng)，在硅片表面形成固體薄膜。PECVD：2NH32NH22-+NH-+3H+3SiH43SiH3-+SiH22-+6H+SiH4+NH3SixNyHz+H2等離子體，350℃-450℃PECVD可分為直接式和間接式兩種，直接式PECVD裝置一般為微波激發(fā)，激發(fā)頻率為2.45GHZ，間接式PECVD裝置一般為射頻激發(fā)，車間所用該裝置頻率為40KHz單晶硅太陽能電池工藝-PECVD空氣或玻璃n0=1or1.5SiN減反膜的最佳折射率n1為1.9或2.3硅n2=3.87在左圖中示出了四分之一波長減反射膜的原理。從第二個(gè)界面返回到第一個(gè)界面的反射光與從第一個(gè)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單晶硅太陽能電池發(fā)展單晶硅太陽能電池工藝-絲網(wǎng)印刷上料背電極印刷烘干背電場印刷烘干正電極印刷烘干燒結(jié)質(zhì)檢測試分選注意事項(xiàng)：（1）監(jiān)控濕重，注意柵線的寬度（2）保證印刷臺面平整度和清潔（3）合理設(shè)置印刷參數(shù)（4）漿料粘度合適，網(wǎng)版清潔晶硅太陽能電池工藝-絲網(wǎng)印刷Al背電場：由于光生載流子受到背電場加速，增加了載流子的有效擴(kuò)散長度，同時(shí)還能驅(qū)使少數(shù)載流子離開表面，降低復(fù)合率，其結(jié)果既增加了短路電流，又降低了暗電流，同時(shí)還減小了接觸電阻Ag電極：能與硅形成歐姆接觸，接觸性好，導(dǎo)電率高，接觸牢固和化學(xué)穩(wěn)定性好漿料燒結(jié)原理：當(dāng)電極漿料里的金屬材料和半導(dǎo)體硅材料加熱到共晶溫度以上時(shí)，晶體硅原子以一定比例溶入熔融的電極合金材料中。合晶溫度升高到一定值后，溫度開始降低，溶入電極金屬材料中的硅原子重新再結(jié)晶，在金屬和晶體的接觸面上生長一層外延層，當(dāng)外延層內(nèi)含有足夠的與基質(zhì)硅材料導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)量時(shí)，雜質(zhì)濃度將高于基質(zhì)硅材料的雜質(zhì)濃度，則可以形成PP+或NN+濃度結(jié)，外延層與金屬接觸處形成歐姆接觸。新型晶硅太陽能電池黑硅電池黑硅電池，就是顏色比常規(guī)的藍(lán)色晶硅電池要深很多，呈黑色的太陽電池，其核心是通過刻蝕技術(shù)在常規(guī)硅片表面制絨的基礎(chǔ)上，形成類似錐狀結(jié)構(gòu)的納米級小絨面，表面形貌見下圖，從而加大陷光的效果，降低反射率，這也是電池呈現(xiàn)黑色的原因。

常規(guī)多晶制絨后表面形貌黑硅電池的刻蝕技術(shù)分為兩類，干法刻蝕和濕法刻蝕，干法刻蝕主要包括RIE(反應(yīng)離子刻蝕）、激光刻蝕；濕法主要包括MCCE(金屬離子輔助刻蝕）、電子化學(xué)刻蝕。目前黑硅電池使用的主要是RIE法和MCCE法，可將電池效率提高0.5%-0.8%。新型晶硅太陽能電池PERC電池與傳統(tǒng)電池相比較，在電池背面增加了Al2O3/SiNx絕緣鈍化層，然后利用激光在鈍化層上形成接觸圖形，實(shí)現(xiàn)與背面電極的接觸。PERC電池PERC電池結(jié)構(gòu)圖Al2O3與SiO2等鈍化膜層不同的是，它具有大量固定負(fù)電荷，對于p型層來說，除了具有良好的化學(xué)鈍化外，還有顯著的場鈍化作用。因此這種結(jié)構(gòu)可以極大的減小背面復(fù)合速率，有效提高電池的開路電壓和短路電流。使最終轉(zhuǎn)換效率有明顯提升。新型晶硅太陽能電池PERT/PERL電池

在電池的背面和正面進(jìn)行相反類型的全擴(kuò)散，形成鈍化發(fā)射極背面全擴(kuò)散的PERT電池，在電池的背面定域摻雜，即在電極與襯底的接觸處進(jìn)行濃摻雜，不接觸區(qū)域不摻雜。得到鈍化發(fā)射極背面定域擴(kuò)散電池，也就是PERL電池。背面全擴(kuò)散局部定域擴(kuò)散新型晶硅太陽能電池

IBC電池也就是叉指形背接觸電池，是一種背結(jié)背接觸的電池。

它是在電池背面分別進(jìn)行磷和硼的局部摻雜，形成叉指形交叉排列的p+發(fā)射極和n+背表面場。同時(shí)發(fā)射區(qū)電極和基區(qū)電極也呈交叉排列在背面。

IBC電池制作的難點(diǎn)和核心是如何在電池背面制備出質(zhì)量好、呈叉指狀間隔排列的p區(qū)和n區(qū)IBC電池新型晶硅太陽能電池

HIT電池是日本三洋公司推出的一種結(jié)構(gòu)對稱，工藝設(shè)備和步驟較少的電池。主要工藝包括硅片的正面沉積很薄的本征α-Si:H層和p型α-Si:H，然后在硅片的背面沉積薄的本征α-Si:H層和n型α-Si:H層；利用濺射技術(shù)在電池的兩面沉積透明氧化物導(dǎo)電薄膜（TCO）。HIT電池HIT電池結(jié)構(gòu)圖雖然HIT電池的工藝流程較簡單，但是由于采用了薄膜沉積的技術(shù)，需要用到高要求的真空設(shè)備，投資較高。另外，要獲得優(yōu)良低界面態(tài)的非晶硅/晶體硅界面，對工藝環(huán)境和操作要求也較高。新型晶硅太陽能電池

TOPcon電池由Fraunhofer研究所研制成功，它主要是在n型硅片的背表面生長一層1.4nm左右的隧道SiOx層，然后沉積摻雜磷的非晶硅或者多晶硅薄層，退火后，兩者共同形成鈍化接觸結(jié)構(gòu)。TOPCon電池TOPCon電池結(jié)構(gòu)圖硅基太陽能電池發(fā)展方向及前景光伏在過往的幾年取得了巨大的發(fā)展，而且在未來十年必將有更大的發(fā)展，會有現(xiàn)在10倍的規(guī)?！，F(xiàn)在不同的技術(shù)，在市面上有不