《晶体硅太阳电池》PPT课件

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1、1晶体硅多晶硅太阳电池目前的商业化太阳电池中，晶体硅占九成以上。随着其它不同材料的太阳电池应用，晶体硅的使用比例会略减，但它在未来仍然会是太阳电池的主流。原因之一是随着半导体工业的发展，晶体硅的技术成熟度高，间接地降低了生产成本。2最早的晶体硅太阳电池是使用P型的CZ硅单晶做基板，随着价格较低的多晶硅片出现，多晶硅太阳电池已成为占有率最高的主流技术。但多晶硅太阳电池的效率低于单晶硅太阳电池，所以，从单位成本的发电效率（Wattperdollar）来看，两者实际上非常接近。本章介绍晶体硅太阳电池的基本结构、制作太阳电池的基本流程及模组化技术3晶体硅太阳电池一、基本结构二、制作

2、太阳电池的基本流程三、模组化技术四、薄膜型微晶硅太阳电池4一、太阳电池基本结构太阳能之应用系统的最基本单位是太阳电池（cell）。一般来说，一个单一的晶体硅电池输出电压在0.5V左右，而其最大输出功率则与太阳电池效率和表面积有关。如，一个接受光面积约为100cm2，效率为15%的太阳电池的最大输出功率仅为1.5W左右。5为达到一般应用要求，必须将许多太阳电池串联及并联在一起，形成所谓的模组（module）。并联的目的是为了增加输出功率，串联的目的在于提高输出电压，进一步的串联或并联则可形成阵列安排（array）。6电池（cell）；模组（module）；阵列（array）7在

3、一把的太阳电池应用系统上，还包括蓄电池（storagebattery）、功率调节器（powerconditioner）和安装固定结构（mountingstructures）等周边设施，统称为平衡系统（balanceofsystem）。随材料和制造技术不同，太阳电池的架构会有不同变化，但最基本的结构可分为基板、PN二极管、抗反射层、表面粗糙结构化和金属电极等五个主要部分。8基本的晶体硅太阳电池结构9为达到最佳的转换效率，主要考虑的因素有：减低太阳光的表面反射；减低任何形式的载流子再结合(carrierrecombination)；金属电极接触最优化。101基板在晶体硅太阳电池中

4、，以单晶硅能达到的能量转换效率最高。要达到最优的能量转换效率，所使用的基板的品质最为关键，这里的品质指基板应具有很好的结晶完美性、最低的杂质污染等。就品质的完美性而言，所有的结晶硅中以FZ硅片（FloatZoneSilicon）最佳，而CZ硅片次之。在低成本的要求下，多晶硅片（multicrystalline）甚至比单晶硅更为广泛使用。多晶硅片中的内部缺陷，例如晶界（grainboundaries）及差排（dislocation），使得能量转换效率不如CZ单晶硅片。11少数载流子的寿命是影响能量转换效率的重要因素之一。而晶体硅中少数载流子的寿命主要受金属杂质的影响，金属杂质越

5、高，寿命越短，能量转换效率越低。除了起始基板本身的金属杂质外，太阳电池的高温制备过程中也会引入杂质。除了严格控制制备过程以去除杂质污染外，另一重要技术是引入去疵技术（Getteringtechnology），去降低金属杂质对少数载流子寿命的影响。此外，利用氢气钝化处理（passivation），也是提高能量转换效率的有效方法。12最常用的晶体硅基板，是P型掺杂，即添加硼(Boron)。当然，N型晶体硅也可以被用来当作基板，只不过现有的太阳电池技术大多采用P型硅而设计。使用电阻率较低的晶体硅基板，会降低太阳电池的串联电阻（seriesresistance）而导致的能量损耗，目前

6、工业界常用的晶体硅基板的电阻率为0.5~30ohm·cm。晶体硅基板的厚度也会影响太阳电池的效率。13晶体硅基板的厚度与太阳电池效率的关系（Ld为扩散长度）142表面结构粗糙化（Texturing）由于硅具有很高的反射系数（reflectionindex），它对太阳光的反射程度在长波区域（~1100nm）可达到54%，在短波长区域（~400nm），可达到34%。因此将晶体硅基板表面做粗糙化处理的目的，在于降低太阳光自表面反射损失的几率，进而提高电池的效率。所谓的粗糙化，是将电池的表面，蚀刻成金字塔（pyramid）或角锥状的形状，这使得太阳入射光至少要经过两次以上的表面反射，

7、因此降低了来自表面反射损失的太阳光比例。15利用表面的粗糙结构可以降低光线的反射程度原理图16逆金字塔(倒金字塔）状的凹槽，一般是利用NaOH或KOH碱性液对硅晶体表面进行蚀刻。蚀刻反应的速度与晶面方向有关（antisotropical），以硅而言，（111）面的反应速度最慢，所以会被蚀刻出逆金字塔状的凹槽。此形状的凹槽具有最佳的光封存效果，被广泛使用在太阳电池的制造流程上，成为基本的制造步骤之一。17利用NaOH或KOH的碱性蚀刻液，产生出的逆金字塔状凹槽183P-N二极体PN二极体是光伏效应的来源，