晶體硅太陽電池ppt課件(已修改)
2025-01-29 17:25 本頁面
【正文】 1 晶體硅 \多晶硅太陽電池 ? 目前的商業(yè)化太陽電池中，晶體硅占九成以上。隨著其它不同材料的太陽電池應(yīng)用，晶體硅的使用比例會略減，但它在未來仍然會是太陽電池的主流。 ? 原因之一是隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，晶體硅的技術(shù)成熟度高，間接地降低了生產(chǎn)成本。 2 ? 最早的晶體硅太陽電池是使用 P型的 CZ硅單晶做基板，隨著價格較低的多晶硅片出現(xiàn)，多晶硅太陽電池已成為占有率最高的主流技術(shù)。但多晶硅太陽電池的效率低于單晶硅太陽電池，所以，從單位成本的發(fā)電效率（ Watt per dollar）來看，兩者實際上非常接近。 ? 本章介紹晶體硅太陽電池的基本結(jié)構(gòu)、制作太陽電池的基本流程及模組化技術(shù) 3 晶體硅太陽電池 一、 基本結(jié)構(gòu) 二、 制作太陽電池的基本流程 三、模組化技術(shù) 四、薄膜型微晶硅太陽電池 4 一、太陽電池基本結(jié)構(gòu) ? 太陽能之應(yīng)用系統(tǒng)的最基本單位是太陽電池（ cell）。 ? 一般來說，一個單一的晶體硅電池輸出電壓在 右，而其最大輸出功率則與太陽電池效率和表面積有關(guān)。 ? 如，一個接受光面積約為 100cm2 ，效率為 15%的太陽電池的最大輸出功率僅為 。 5 ? 為達(dá)到一般應(yīng)用要求，必須將許多太陽電池串聯(lián)及并聯(lián)在一起，形成所謂的模組（ module）。 ? 并聯(lián)的目的是為了增加輸出功率，串聯(lián)的目的在于提高輸出電壓，進(jìn)一步的串聯(lián)或并聯(lián)則可形成陣列安排（ array）。 6 電池（ cell）；模組（ module）；陣列（ array） 7 ? 在一把的太陽電池應(yīng)用系統(tǒng)上，還包括蓄電池（ storage battery）、功率調(diào)節(jié)器（ power conditioner）和安裝固定結(jié)構(gòu)（ mounting structures）等周邊設(shè)施，統(tǒng)稱為平衡系統(tǒng)（ balance of system）。 ? 隨材料和制造技術(shù)不同，太陽電池的架構(gòu)會有不同變化，但最基本的結(jié)構(gòu)可分為基板、 PN二極管、抗反射層、表面粗糙結(jié)構(gòu)化和金屬電極等五個主要部分。 8 基本的晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu) 9 為達(dá)到最佳的轉(zhuǎn)換效率，主要考慮的因素有： ? 減低太陽光的表面反射； ? 減低任何形式的載流子再結(jié)合 (carrier rebination)； ? 金屬電極接觸最優(yōu)化。 10 1 基板 ? 在晶體硅太陽電池中，以單晶硅能達(dá)到的能量轉(zhuǎn)換效率最高。要達(dá)到最優(yōu)的能量轉(zhuǎn)換效率，所使用的基板的品質(zhì)最為關(guān)鍵，這里的品質(zhì)指基板應(yīng)具有很好的結(jié)晶完美性、最低的雜質(zhì)污染等。 ? 就品質(zhì)的完美性而言，所有的結(jié)晶硅中以 FZ硅片（ Float Zone Silicon）最佳，而 CZ硅片次之。在低成本的要求下，多晶硅片（ multicrystalline）甚至比單晶硅更為廣泛使用。多晶硅片中的內(nèi)部缺陷，例如晶界（ grain boundaries）及差排（ dislocation），使得能量轉(zhuǎn)換效率不如 CZ單晶硅片。 11 ? 少數(shù)載流子的壽命是影響能量轉(zhuǎn)換效率的重要因素之一。而晶體硅中少數(shù)載流子的壽命主要受金屬雜質(zhì)的影響，金屬雜質(zhì)越高，壽命越短，能量轉(zhuǎn)換效率越低。除了起始基板本身的金屬雜質(zhì)外，太陽電池的高溫制備過程中也會引入雜質(zhì)。 ? 除了嚴(yán)格控制制備過程以去除雜質(zhì)污染外，另一重要技術(shù)是引入去疵技術(shù)（ Gettering technology），去降低金屬雜質(zhì)對少數(shù)載流子壽命的影響。 ? 此外，利用氫氣鈍化處理（ passivation），也是提高能量轉(zhuǎn)換效率的有效方法。 12 ? 最常用的晶體硅基板，是 P型摻雜，即添加硼 (Boron)。當(dāng)然， N型晶體硅也可以被用來當(dāng)作基板，只不過現(xiàn)有的太陽電池技術(shù)大多采用 P型硅而設(shè)計。 ? 使用電阻率較低的晶體硅基板，會降低太陽電池的串聯(lián)電阻（ series resistance）而導(dǎo)致的能量損耗，目前工業(yè)界常用的晶體硅基板的電阻率為 ~30ohmcm。 ? 晶體硅基板的厚度也會影響太陽電池的效率。 13 晶體硅基板的厚度與太陽電池效率的關(guān)系 （ Ld為擴(kuò)散長度） 14 2 表面結(jié)構(gòu)粗糙化（ Texturing） ? 由于硅具有很高的反射系數(shù)（ reflection index），它對太陽光的反射程度在長波區(qū)域（ ~1100nm）可達(dá)到54%，在短波長區(qū)域（ ~400nm），可達(dá)到 34%。因此將晶體硅基板表面做粗糙化處理的目的，在于降低太陽光自表面反射損失的幾率，進(jìn)而提高電池的效率。 ? 所謂的粗糙化，是將電池的表面，蝕刻成金字塔（ pyramid）或角錐狀的形狀，這使得太陽入射光至少要經(jīng)過兩次以上的表面反射，因此降低了來自表面反射損失的太陽光比例。 15 利用表面的粗糙結(jié)構(gòu)可以降低光線的反射程度原理圖 16 ? 逆金字塔 (倒金字塔）狀的凹槽，一般是利用 NaOH或KOH堿性液對硅晶體表面進(jìn)行蝕刻。 ? 蝕刻反應(yīng)的速度與晶面方向有關(guān)（ antisotropical），以硅而言，（ 111）面的反應(yīng)速度最慢，所以會被蝕刻出逆金字塔狀的凹槽。 ? 此形狀的凹槽具有最佳的光封存效果，被廣泛使用在太陽電池的制造流程上，成為 基本的制造步驟之一 。 17 利用 NaOH或 KOH的堿性蝕刻液，產(chǎn)生出的逆金字塔狀凹槽 18 3 PN二極體 ? PN二極體是光伏效應(yīng)的來源，由高溫擴(kuò)散產(chǎn)生。在 P型晶體硅基板上做 N型擴(kuò)散，或是在 N型基板上做 P型擴(kuò)散而產(chǎn)生的。 ? 一般的 N型擴(kuò)散只有約 ，而且是在基板做完
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