太阳能发电系统的结构和工作原理(13)
发布时间:2021-06-06
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接触孔径减小到10µm而不增加背表面的复合,从而大大减小了电他的串联电阻。PERL电池达到了702mV的开路电压和23.5%的效率。PERC和PER1。电池的另一个特点是其极好的陷光效应。由于硅是间接带隙半导体,对红外的吸收系数很低,一部分红外光可以穿透电池而不被吸收。理想情况下入射光可以在衬底材料内往返穿过4n2次,n为硅的折射率。PER1。电池的背面,由铝在SiO2上形成一个很好反射面,入射光在背表面上反射回正表面,由于正表面的倒金字塔结构,这些反射光的一大部分又被反射回衬底,如此往返多次。Sandia国家实验室的P。Basore博士发明了一种红外分析的方法来测量陷光性能,测得PERL电池背面的反射率大于95%,陷光系数大于往返25次。因此PREL电他的红外响应极高,也特别适应于对单色红外光的吸收。在1.02µm波长的单色光下,PER1。电他的转换效率达到45.1%。这种电池AM0下效率也达到了20.8%。 (D)埋栅电池:UNSW开发的激光刻槽埋栅电池,在发射结扩散后,用激光在前面刻出20µm宽、40µm深的沟槽,将槽清洗后进行浓磷扩散。然后在槽内镀出金属电极。电极位于电池内部,减少了栅线的遮蔽面积。电池背面与PESC相同,由于刻槽会引进损伤,其性能略低于PESC电池。电他效率达到19.6%。 (2)斯但福大学的背面点接触电池(PCC) 点接触电他的结构与PER1。电池一样,用TCA生长氧化层钝化电池正反面。为了减少金属条的遮光效应,金属电极设计在电池的背面。电池正面采用由光刻制成的金字塔(绒面)结构。位于背面的发射区被设计成点状,50µm间距,10µm扩散区,5µm接触孔径,基区也作成同样的形状,这样可减小背面复合。衬底采用n型低阻材料(取其表面及体内复合均低的优势),衬底减薄到约100µm,以进一步减小体内复合。这种电他的转换效率在AM1.5下为22.3%。 (3)德国Fraunhofer太阳能研究所的深结局部背场电池(LBSF) LBSF的结构与PERL电池类似,也采用TCA氧化层钝化和倒金字塔正面结构。由于背面硼扩散一般造成高表面复合,局部铝扩散被用来制作电池的表面接触,2cmX2cm电池电池效率达到23.3%
(Voc=700mV,Isc-~41.3mA,FF一0.806)。 (4)日本sHARP的C一Si/µc-Si异质pp+结高效电池 SHARP公司能源转换实验室的高效电池,前面采用绒面织构化,在SiO2钝化层上沉积SiN为A只乙后面用RF-PECVD掺硼的µc一Si薄膜作为背场,用SiN薄膜作为后表面的钝化层,Al层通过SiN上的孔与µcSi薄膜接触。5cmX5cm电他在AM1.5条件下效率达到21.4%(Voc=669mV,Isc=40.5mA,FF=0.79)。 (5)我国单晶硅高效电池 天津电源研究所在国家科委“八五”计划支持下开展高效电池研究,其电池结构类似UNSw的V型槽PEsC电池,电池效率达到20.4%。北京市太阳能研究所“九五”期间在北京市政府支持下开展了高效电池研究,电池前面有倒金字塔织构化结构,2cmX2cm电池效率达到了19.8%,大面(5cmX5cm)激光刻槽埋栅电池效率达到了18.6%。 1.3多晶硅高效电池 多晶硅太阳电他的出现主要是为了降低成本,其优点是能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方型硅锭,设备比较简单,制造过程简单、省电、节约硅材料,对材质要求也较低。晶界及杂质影响可通过电他工艺改善;由于材质和晶界影响,电池效率较低。电池工艺主要采用吸杂、钝化、背场等技术。 近年来吸杂工艺再度受到重视,包括三氯氧磷吸杂及铝吸杂工艺。吸杂工艺也在微电子器件工艺中得到应用,可见其对纯度达到一定水平的单晶硅硅片也有作用,但其所用的条件未必适用于太阳电他,因而要研究适合太阳电池专用的吸杂工艺。研究证明,在多晶硅太阳电池上,不同材料的吸杂作用是不同的,特别是对碳含量高的材料就显不出磷吸杂的作用。有学者提出了磷吸杂模型,即吸杂的速率受控干两个步骤:①金属杂质的释放/扩散决定了吸杂温度的下限;②分凝模型控制了吸杂的最佳温度。另有学者提出,在磷扩散时硅的自间隙电流的产生是吸杂机制的基本因素。 常规铝吸杂工艺是在电池的背面蒸镀铝膜后经过烧结形成,也可同时形成电他的背场。近几年在吸杂上的工作证明,它对高效单晶硅太阳电池及多晶硅太阳电池都会产生一定的作用。 钝化是提高多晶硅质量的有效方法。一种方法是采用氢钝化,钝化硅体内的悬挂键等缺陷。在晶
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