【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,有關人員也進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雜昂貴的傳統(tǒng)西門子法。為達到此目的,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行提煉進而達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構和技術來改進電池性能，如背表面場，淺結，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的背面點接觸電池（PCC），新南威爾士大學（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”期間也進行了高效電池研究，并取得了可喜結果。近年來硅電他的一個重要進展來自于表面鈍化技術的提高。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已使表面態(tài)密度降到10卜cm2以下，表面復合速度降到100cm／s以下。此外，表面V型槽和倒金字塔技術，雙層減反射膜技術的提高和陷光理論的完善也進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型槽技術又被應用到該電池上，效率突破20％。V型槽對電他的貢獻是：減少電池表面反射；垂直光線在V型槽表面折射后以41”角進入硅片，使光生載流子更接近發(fā)射結，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，然而后來的研究證明，淺結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％的電池都采用深結而不是淺結。淺結電池已成為歷史。PEsC電池的金屬化由剝離方法形成Tipd接觸，然后電鍍Ag構成。這種金屬化有相當大的厚／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電池的一個關鍵技術。然而由于背表面的高復合和低反射，它成了限制PESC電池技術進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合，背面接觸點設計成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合。這種電池達到了大約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合，從而大大減小了電他的串聯(lián)電阻。PERL電池達到了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。由于硅是間接帶隙半導體，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構，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電他的紅外響應極高，也特別適應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)換效率達到45．1％。這種電池AM0下效率也達到了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，由于刻槽會引進損傷，其性能略低于PESC電池。電他效率達到19．6％。（2）斯但福大學的背面點接觸電池（PCC）點接觸電他的結構與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，金屬電極設計在電池的背面。電池正面采用由光刻制成的金字塔（絨面）結構。位于背面的發(fā)射區(qū)被設計成點狀，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，這樣可減小背面復合。襯底采用n型低阻材料（取其表面及體內(nèi)復合均低的優(yōu)勢），襯底減薄到約100181。m，以進一步減小體內(nèi)復合。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局部背場電池（LBSF）LBSF的結構與PERL電池類似，也采用TCA氧化層鈍化和倒金字塔正面結構。由于背面硼擴散一般造成高表面復合，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，其電池結構類似UNSw的V型槽PEsC電池，電池效率達到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化結構，2cmX2cm電池效率達到了19．8％，大面（5cmX5cm）激光刻槽埋柵電池效率達到了18．6％。二十一世紀光伏材料的發(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，可再生能源技術進入了快速發(fā)展的階段。據(jù)專家預測，下世紀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用的最大市場太陽能光伏系統(tǒng)和建筑的完美結合體現(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、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)的支撐結構，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 成本提供了技術基礎。下世紀前半期光伏發(fā)電將超過核電專家預計，下世紀前半期的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年關于PV聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)市場價格下降趨勢預測表明，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PV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水平、提高電池效率等途徑實現(xiàn)。可行性研究指出，500MW／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，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），如果加上技術改進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?？紤]到薄膜電池，未來降低成本的潛力更大，因此在下世紀前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：（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 ，薛鈺芝機械力誘導自蔓延法制CuInSe2光伏材料太陽能學報20081218 李永舫聚合物太陽電池光伏材料化學進展20091