太阳能发电系统的结构和工作原理(12)
发布时间:2021-06-06
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一侧产生一个n型导电反型层。对效率产生决定性影响的是在介电层中使用了银。该电池优点是工艺简单,但反型层的薄层电阻太高。 (6)MINP电池——可以把这种电池看作是M1S电池和p一n结的结合,其中氧化层对表面和晶界复合起抑制作用。这种电池对后来的高效电池起到过渡作用。 (7)聚光电池——聚光电他的特点是电池面积小,从而可以降低成本,同时在高光强下可以提高电池开路电压,从而提高转换效率,因此聚光电池一直受到重视。比较典型的聚光电池是斯但福大学的点接触聚电池,其结构与非聚光点接触电池结构相同,不同处是采用200 Ωcm高阻n型材料并使电池厚度降低到100一160tLm,使体内复合进一步降低。这种电池在140个太阳下转换效率达到26.5%。 1.2晶硅太阳电池向高效化和薄膜化方向发展 晶硅电池在过去20年里有了很大发展,许多新技术的采用和引入使太阳电池效率有了很大提高。在早期的硅电池研究中,人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能,如背表面场,浅结,绒面,氧化膜钝化,Ti/Pd金属化电极和减反射膜等。后来的高效电池是在这些早期实验和理论基础上的发展起来的。 1.2.1单晶硅高效电池 单晶硅高效电池的典型代表是斯但福大学的背面点接触电池(PCC),新南威尔士大学(UNSW)的钝化发射区电池(PESC,PERC,PERL以及德国Fraumhofer太阳能研究所的局域化背表面场(LBSF)电池等。我国在“八五”和“九五”期间也进行了高效电池研究,并取得了可喜结果。近年来硅电他的一个重要进展来自于表面钝化技术的提高。从钝化发射区太阳电池(PESC)的薄氧化层(<10nm)发展到PCC/PERC/PER1。电池的厚氧化层(110nm)。热氧化钝化表面技术已使表面态密度降到 10卜cm2以下,表面复合速度降到100cm/s以下。此外,表面V型槽和倒金字塔技术,双层减反射膜技术的提高和陷光理论的完善也进一步减小了电池表面的反射和对红外光的吸收。低成本高效硅电池也得到了飞速发展。 (1)新南威尔士大学高效电池 (A)钝化发射区电池(PESC):PESC电池1985年问世,1986年V型槽技术又被应用到该电池上,效率突破20%。V型槽对电他的贡献是:减少电池表面反射;垂直光线在V型槽表面折射后以41”角进入硅片,使光生载流子更接近发射结,提高了收集效率,对低寿命衬底尤为重要;V型槽可使发射极横向电阻降低3倍。由于PESC电他的最佳发射极方块电阻在150 Ω/口以上,降低发射极电阻可提高电池填充因子。 在发射结磷扩散后,…m厚的Al层沉积在电他背面,再热生长10nm表面钝化氧化层,并使背面Al和硅形成合金,正面氧化层可大大降低表面复合速度,背面Al合金可吸除体内杂质和缺陷,因此开路电压得到提高。早期PESC电池采用浅结,然而后来的研究证明,浅结只是对没有表面钝化的电他有效,对有良好表面钝化的电池是不必要的,而氧化层钝化的性能和铝吸除的作用能在较高温度下增强,因此最佳PEsC电他的发射结深增加到1µm左右。值得注意的是,目前所有效率超过20%的电池都采用深结而不是浅结。浅结电池已成为历史。 PEsC电池的金属化由剥离方法形成Ti-pd接触,然后电镀Ag构成。这种金属化有相当大的厚/宽比和很小的接触面积,因此这种电池可以做到大子83%的填充因子和20.8%(AM1.5)的效率。 (B)钝化发射区和背表面电池(PERC):铝背面吸杂是PEsC电池的一个关键技术。然而由于背表面的高复合和低反射,它成了限制PESC电池技术进一步提高的主要因素。PERC和PERL电池成功地解决了这个问题。它用背面点接触来代替PEsC电他的整个背面铝合金接触,并用TCA(氯乙烷)生长的110nm厚的氧化层来钝化电他的正表面和背表面。TCA氧化产生极低的界面态密度,同时还能排除金属杂质和减少表面层错,从而能保持衬底原有的少子寿命。由于衬底的高少子寿命和背面金属接触点处的高复合,背面接触点设计成2mm的大间距和2001Lm的接触孔径。接触点间距需大于少子扩散长度以减小复合。这种电池达到了大约700mV的开路电压和22.3%的效率。然而,由于接触点间距太大,串联电阻高,因此填充因子较低。
(C)钝化发射区和背面局部扩散电池(PERL):在背面接触点下增加一个浓硼扩散层,以减小金属接触电阻。由于硼扩散层减小了有效表面复合,接触点问距可以减小到250µm、
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