【文章內(nèi)容簡介】 、硅的直接氫化法等,其主要優(yōu)點在于硅烷易于提純,熱分解溫度低等。雖然該法獲得的多晶硅純度高,但綜合生產(chǎn)成本較高,而且硅烷易燃易爆,生產(chǎn)操作時危險性大。 物理提純法 長期以來,從冶金級硅提純制備出低成本太陽能級多晶硅已引起業(yè)內(nèi)人士的極大興趣,有關(guān)人員也進(jìn)行了大量的研究工作,即采用簡單廉價的冶金級硅提純過程以取代復(fù)雜昂貴的傳統(tǒng)西門子法。為達(dá)到此目的,常采用低成本高產(chǎn)率的物理提純 法(亦稱冶金法),具體方法是采用不同提純工藝的優(yōu)化組合對冶金級硅進(jìn)行提煉進(jìn)而達(dá)到太陽能級硅的純度要求。其中每一種工藝都可以將冶金級硅中的雜質(zhì)含量降低1個數(shù)量級。晶硅太陽電池向高效化和薄膜化方向發(fā)展晶硅電池在過去20年里有了很大發(fā)展，許多新技術(shù)的采用和引入使太陽電池效率有了很大提高。在早期的硅電池研究中，人們探索各種各樣的電池結(jié)構(gòu)和技術(shù)來改進(jìn)電池性能，如背表面場，淺結(jié)，絨面，氧化膜鈍化，Ti／Pd金屬化電極和減反射膜等。后來的高效電池是在這些早期實驗和理論基礎(chǔ)上的發(fā)展起來的。單晶硅高效電池單晶硅高效電池的典型代表是斯但福大學(xué)的背面點接觸電池（PCC），新南威爾士大學(xué)（UNSW）的鈍化發(fā)射區(qū)電池（PESC，PERC，PERL以及德國Fraumhofer太陽能研究所的局域化背表面場（LBSF）電池等。我國在“八五”和“九五”期間也進(jìn)行了高效電池研究，并取得了可喜結(jié)果。近年來硅電他的一個重要進(jìn)展來自于表面鈍化技術(shù)的提高。從鈍化發(fā)射區(qū)太陽電池（PESC）的薄氧化層（＜10nm）發(fā)展到PCC／PERC／PER1。電池的厚氧化層（110nm）。熱氧化鈍化表面技術(shù)已使表面態(tài)密度降到10卜cm2以下，表面復(fù)合速度降到100cm／s以下。此外，表面V型槽和倒金字塔技術(shù)，雙層減反射膜技術(shù)的提高和陷光理論的完善也進(jìn)一步減小了電池表面的反射和對紅外光的吸收。低成本高效硅電池也得到了飛速發(fā)展。（1）新南威爾士大學(xué)高效電池（A）鈍化發(fā)射區(qū)電池（PESC）：PESC電池1985年問世，1986年V型槽技術(shù)又被應(yīng)用到該電池上，效率突破20％。V型槽對電他的貢獻(xiàn)是：減少電池表面反射；垂直光線在V型槽表面折射后以41”角進(jìn)入硅片，使光生載流子更接近發(fā)射結(jié)，提高了收集效率，對低壽命襯底尤為重要；V型槽可使發(fā)射極橫向電阻降低3倍。由于PESC電他的最佳發(fā)射極方塊電阻在150 Ω／口以上，降低發(fā)射極電阻可提高電池填充因子。在發(fā)射結(jié)磷擴散后，?m厚的Al層沉積在電他背面，再熱生長10nm表面鈍化氧化層，并使背面Al和硅形成合金，正面氧化層可大大降低表面復(fù)合速度，背面Al合金可吸除體內(nèi)雜質(zhì)和缺陷，因此開路電壓得到提高。早期PESC電池采用淺結(jié)，然而后來的研究證明，淺結(jié)只是對沒有表面鈍化的電他有效，對有良好表面鈍化的電池是不必要的，而氧化層鈍化的性能和鋁吸除的作用能在較高溫度下增強，因此最佳PEsC電他的發(fā)射結(jié)深增加到1181。m左右。值得注意的是，目前所有效率超過20％的電池都采用深結(jié)而不是淺結(jié)。淺結(jié)電池已成為歷史。PEsC電池的金屬化由剝離方法形成Tipd接觸，然后電鍍Ag構(gòu)成。這種金屬化有相當(dāng)大的厚／寬比和很小的接觸面積，因此這種電池可以做到大子83％的填充因子和20．8％（AM1．5）的效率。（B）鈍化發(fā)射區(qū)和背表面電池（PERC）：鋁背面吸雜是PEsC電池的一個關(guān)鍵技術(shù)。然而由于背表面的高復(fù)合和低反射，它成了限制PESC電池技術(shù)進(jìn)一步提高的主要因素。PERC和PERL電池成功地解決了這個問題。它用背面點接觸來代替PEsC電他的整個背面鋁合金接觸，并用TCA（氯乙烷）生長的110nm厚的氧化層來鈍化電他的正表面和背表面。TCA氧化產(chǎn)生極低的界面態(tài)密度，同時還能排除金屬雜質(zhì)和減少表面層錯，從而能保持襯底原有的少子壽命。由于襯底的高少子壽命和背面金屬接觸點處的高復(fù)合，背面接觸點設(shè)計成2mm的大間距和2001Lm的接觸孔徑。接觸點間距需大于少子擴散長度以減小復(fù)合。這種電池達(dá)到了大約700mV的開路電壓和22．3％的效率。然而，由于接觸點間距太大，串聯(lián)電阻高，因此填充因子較低。（C）鈍化發(fā)射區(qū)和背面局部擴散電池（PERL）：在背面接觸點下增加一個濃硼擴散層，以減小金屬接觸電阻。由于硼擴散層減小了有效表面復(fù)合，接觸點問距可以減小到250181。m、接觸孔徑減小到10181。m而不增加背表面的復(fù)合，從而大大減小了電他的串聯(lián)電阻。PERL電池達(dá)到了702mV的開路電壓和23．5％的效率。PERC和PER1。電池的另一個特點是其極好的陷光效應(yīng)。由于硅是間接帶隙半導(dǎo)體，對紅外的吸收系數(shù)很低，一部分紅外光可以穿透2電池而不被吸收。理想情況下入射光可以在襯底材料內(nèi)往返穿過4n次，n為硅的折射率。PER1。電池的背面，由鋁在SiO2上形成一個很好反射面，入射光在背表面上反射回正表面，由于正表面的倒金字塔結(jié)構(gòu)，這些反射光的一大部分又被反射回襯底，如此往返多次。Sandia國家實驗室的P。Basore博士發(fā)明了一種紅外分析的方法來測量陷光性能，測得PERL電池背面的反射率大于95％，陷光系數(shù)大于往返25次。因此PREL電他的紅外響應(yīng)極高，也特別適應(yīng)于對單色紅外光的吸收。在1．02181。m波長的單色光下，PER1。電他的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到45．1％。這種電池AM0下效率也達(dá)到了20．8％。（D）埋柵電池：UNSW開發(fā)的激光刻槽埋柵電池，在發(fā)射結(jié)擴散后，用激光在前面刻出20181。m寬、40181。m深的溝槽，將槽清洗后進(jìn)行濃磷擴散。然后在槽內(nèi)鍍出金屬電極。電極位于電池內(nèi)部，減少了柵線的遮蔽面積。電池背面與PESC相同，由于刻槽會引進(jìn)損傷，其性能略低于PESC電池。電他效率達(dá)到19．6％。（2）斯但福大學(xué)的背面點接觸電池（PCC）點接觸電他的結(jié)構(gòu)與PER1。電池一樣，用TCA生長氧化層鈍化電池正反面。為了減少金屬條的遮光效應(yīng)，金屬電極設(shè)計在電池的背面。電池正面采用由光刻制成的金字塔（絨面）結(jié)構(gòu)。位于背面的發(fā)射區(qū)被設(shè)計成點狀，50181。m間距，10181。m擴散區(qū)，5181。m接觸孔徑，基區(qū)也作成同樣的形狀，這樣可減小背面復(fù)合。襯底采用n型低阻材料（取其表面及體內(nèi)復(fù)合均低的優(yōu)勢），襯底減薄到約100181。m，以進(jìn)一步減小體內(nèi)復(fù)合。這種電他的轉(zhuǎn)換效率在AM1．5下為22．3％。（3）德國Fraunhofer太陽能研究所的深結(jié)局部背場電池（LBSF）LBSF的結(jié)構(gòu)與PERL電池類似，也采用TCA氧化層鈍化和倒金字塔正面結(jié)構(gòu)。由于背面硼擴散一般造成高表面復(fù)合，局部鋁擴散被用來制作電池的表面接觸，2cmX2cm電池電池效率達(dá)到23．3％（Voc=700mV，Isc－～41．3mA，F(xiàn)F一0．806）。+（4）日本sHARP的C一Si／181。cSi異質(zhì)pp結(jié)高效電池SHARP公司能源轉(zhuǎn)換實驗室的高效電池，前面采用絨面織構(gòu)化，在SiO2鈍化層上沉積SiN為A只乙后面用RFPECVD摻硼的181。c一Si薄膜作為背場，用SiN薄膜作為后表面的鈍化層，Al層通過SiN上的孔與181。cSi薄膜接觸。5cmX5cm電他在AM1．5條件下效率達(dá)到21．4％（Voc＝669mV，Isc＝，F(xiàn)F=0．79）。（5）我國單晶硅高效電池天津電源研究所在國家科委“八五”計劃支持下開展高效電池研究，其電池結(jié)構(gòu)類似UNSw的V型槽PEsC電池，電池效率達(dá)到20．4％。北京市太陽能研究所“九五”期間在北京市政府支持下開展了高效電池研究，電池前面有倒金字塔織構(gòu)化結(jié)構(gòu)，2cmX2cm電池效率達(dá)到了19．8％，大面（5cmX5cm）激光刻槽埋柵電池效率達(dá)到了18．6％。二十一世紀(jì)光伏材料的發(fā)展趨勢和展望90年代以來，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動下，可再生能源技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。據(jù)專家預(yù)測，下世紀(jì)中葉太陽能和其它可再生能源能夠提供世界能耗的50％。光伏建筑將成為光伏應(yīng)用的最大市場太陽能光伏系統(tǒng)和建筑的完美結(jié)合體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理想范例，國際社會十分重視。國際能源組織（IEA）＋ 1991和1997相繼兩次起動建筑光伏集成計劃，獲得很大成功，建筑光伏集成有許多優(yōu)點：①具有高技術(shù)、無污和自供電的特點，能夠強化建筑物的美感和建筑質(zhì)量；②光伏部件是建筑物總構(gòu)成的一部分，除了發(fā)電功能外，還是建筑物耐候的外部蒙皮，具有多功能和可持續(xù)發(fā)展的特征；③分布型的太陽輻射和分布型的建筑物互相匹配；④建筑物的外殼能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積；⑤不需要額外的昂貴占地面積，省去了光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，省去了輸電費用；③PV陣列可以代替常規(guī)建筑材料，從而節(jié)省安裝和材料費用，例如昂貴的外墻包覆裝修成本有可能等于光伏組件的成本，如果安裝光伏系統(tǒng)被集成到建筑施工過程，安裝成本又可大大降低；①在用電地點發(fā)電，避免傳輸和分電損失（5一10％），降低了電力傳輸和電力分配的投資和維修成本，建筑光伏集成系統(tǒng)既適用于居民住宅，也適用商業(yè)、工業(yè)和公共建筑，高速公路音障等，既可集成到屋頂，也可集成到外墻上；既可集成到新設(shè)計的建筑上，也可集成到現(xiàn)有的建筑上。光伏建筑集成近年來發(fā)展很炔，許多國家相繼制定了本國的光伏屋頂計劃。建筑自身能耗占世界總能耗的1／3，是未來太陽能光伏發(fā)電的最大市場。光伏系統(tǒng)和建筑結(jié)合將根本改變太陽能光伏發(fā)電在世界能源中的從屬地位，前景光明。PV產(chǎn)業(yè)向百兆瓦級規(guī)模和更高技術(shù)水平發(fā)展目前PV組件的生產(chǎn)規(guī)模在5一20Mw／年，下世紀(jì)將向百兆瓦級甚至更大規(guī)模發(fā)展。同時自動化程度、技術(shù)水平也將大大提高，電池效率將由現(xiàn)在的水平（單晶硅13％一15％，多晶硅11％一13％）向更高水平（單晶硅18％一20％，多晶硅16％一18％）發(fā)展，同時薄膜電池在不斷研究開發(fā)，這些都為大幅度降低光伏發(fā)電 成本提供了技術(shù)基礎(chǔ)。下世紀(jì)前半期光伏發(fā)電將超過核電專家預(yù)計，下世紀(jì)前半期的30一50年代，光伏發(fā)電將超過核電。1997年世界發(fā)電總裝機容量約2000GW，其中核電約400GW，約占20％，世界核電目前是收縮或維持，而我國屆時核能將發(fā)展到約100GW，這就意味著世界光伏發(fā)電屆時將達(dá)到500GW左右。1998年世界光伏發(fā)電累計總裝機容量800MW，以2040年計算，這要求光伏發(fā)電年增長率達(dá)16．5％，這是一個很實際的發(fā)展速度，前提是光伏系統(tǒng)安裝成本至少能和核能相比。PV發(fā)電成本下降趨勢美國能源部1996年關(guān)于PV聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)市場價格下降趨勢預(yù)測表明，每年它將以9％速率降低。1996年pv系統(tǒng)的平均安裝成本約7美元／Wp，預(yù)計2005年安裝成本將降到3美元／Wp，PV發(fā)電成本）11美元／kWh；2010年P(guān)V發(fā)電成本降到6美分／kWh，系統(tǒng)安裝成本約1．7美元／Wp。降低成本可通過擴大規(guī)模、提高自動化程度和技術(shù)水平、提高電池效率等途徑實現(xiàn)?？尚行匝芯恐赋觯?00MW／年的規(guī)模，采用現(xiàn)有已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的晶硅技術(shù)，可使PV組件成本降低到：歐元左右（其中多晶硅電池組件成本0．91歐元／Wp），如果加上技術(shù)改進(jìn)和提高電池效率等措施，組件平均成本可降低到1美元／Wp。在這個組件成本水平上，加上系統(tǒng)其它部件成本降低，發(fā)電成本6美分／kWh是能實現(xiàn)的。考慮到薄膜電池，未來降低成本的潛力更大，因此在下世紀(jì)前10一30年把PV系統(tǒng)安裝成本降低到與核電可比或更低是完全可能的。參考文獻(xiàn)：（摘要）作者：信息產(chǎn)業(yè)部電子科技委《太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究》課題組中國集成電路 年6期、已投產(chǎn)、在建的多晶硅項目 梁學(xué)善 20100831 投票新興產(chǎn)業(yè) 能源/環(huán)境 有機太陽能 Progress in Study of Organic Solar...作者：張?zhí)旎?011 中國產(chǎn)業(yè)競爭情報網(wǎng)中國新能源網(wǎng)201082% 2015年將達(dá)169億美元 OFweek太陽能光伏網(wǎng)20110212 中國證券報20101124 年均增速超40% OFweek太陽能光伏網(wǎng)20101124OFweek太陽能光伏網(wǎng)20080530翟圓圓創(chuàng)新科技20114 化工新材料市場缺口下的隱憂化工新型材料201038 ，薛鈺芝機械力誘導(dǎo)自蔓延法制CuInSe2光伏材料太陽能學(xué)報20081218 李永舫聚合物太陽電池光伏材料化學(xué)進(jìn)展20091