高效晶体硅太阳能电池介绍

高效晶体硅太阳电池简介（1）

PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究

的高效电池。它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％[26]。由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。为了尽可能降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。另外，在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。

为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。这种想法早已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。后来在实验过程中发现采用液态源BBr3进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小，并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。1990年在PERC结构和工艺的基础上，J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示[27]。定域掺硼的温度为900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，2 h）。经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 μm，大大减少了横

向电阻。如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。

1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。这种PERL电池取得高效的原因是[28]：（1）正面采光面为倒金字塔结构，结合背电极反射器，形成了优异的光陷阱结构；（2）在正面上蒸镀了MgF2/ZnS双层减反射膜，进一步降低了表面反射；（3）正面与背面的氧化层均采用TCA工艺（三氯乙烯工艺）生长高质量的氧化层，降低了表面复合；（4）为了和双层减反射膜很好配合，正面氧化硅层要求很薄，但是随着氧化层的减薄，电池的开路电压和短路电流又会降低。为了解决这个矛盾，相对于以前的研究，增加了“alneal”工艺，即在正面的氧化层上蒸镀铝膜，然后在370 ℃的合成气氛中退火30 min，最后用磷酸腐蚀掉这层铝膜。经过“alneal”工艺后，载流子寿命和开路电压都得到较大提高，而与正面氧化层的厚度关系不大。这种工艺的原理是，在一定温度下，铝和氧化物中OH-离子发生反应产生了原子氢，在Si/SiO2的界面处对一些悬挂键进行钝化。（5）电池的背电场通过定域掺杂形成，掺杂的温度和时间至关重要，对实现定域掺杂的接触孔的设计也非常重要，因为这关系到能否在整个背面形成背电场以及体串联电阻的大小。在这个电池中浓硼扩散区面积为30 μm×30 μm，接触孔的面积为10 μm ×10 μm，孔间距为250 μm，浓硼扩散区的面积仅占背面积的1.44%。定域扩散

提供了良好的背面场，同时减少了背面金属接触面积，使金属与半导体界面的高复合速率区域大大减少。并且由于背面浓掺杂区域的大面积减少，也大大降低了背面的表面复合。综合以上技术，该电池电学性能很好，在1.0 Ωcm左右的p型Fz硅片上制作的4 cm2的PERL

电池开路电压达到706 mV，短路电流为42.2 mA/cm2，填充因子为82.8％，效率达24.7％。

在其它类型的硅片上采用PERL结构也可实现高效，例如采用MCZ 硅片制作的4 cm2的PERL电池效率达到23.5％[29]。但是利用CZ（B）硅片上制作的4 cm2的PERL电池效率较低，只有18.7％，这是因为CZ硅里含有大量的氧，在光照的情况下会与硼发生反应导致效率大幅降低。利用FZ硅制作大面积的PERL电池效率也很高，1997年制作的21.6 cm2的电池效率达到23.7％[30]。对于多晶硅来说，它的载流子寿命较短，并且一般在高于950 ℃下进行处理时载流子寿命将会大幅降低。但是在利用其制作PERL电池过程中，即使有的制备工艺温度在1100 ℃左右，载流子寿命也不会受到很大影响，这充分说明了PERL结构钝化工艺的完美。1997年J.Zhao制备了1 cm2多晶硅PERL电池，考虑到载流子寿命较短，所以背面接触孔间的距离由250μm缩短到180μm，这虽然增加了接触孔的密度，但并不影响开路电压。在正面没有采用倒金字塔陷光结构的情况下，该电池开路电压仍然达到643 mV，短路电流为34.5 mA/cm2，填充因子为82.0％，转换效率达18.2％[31]。

在对PERC电池改进成PERL电池的同时，又将定域掺杂扩大到在整个背面进行全掺杂，制成PERT电池，结构如图2-13c所示。可以看出它和PERL结构非常相似，电极与衬底的接触孔处实行浓硼掺杂，但是在背面的其它区域增加了淡硼掺杂。经过这样处理后，开路电压和填充因子可以得到最优化，更为重要的它可以在很高电阻率的衬底上达到较高的填充因子。2001年在p型MCZ（B）硅片上制作的4 cm2的PERT电池效率达到24.5％，在n型Cz硅片上制作的电池效率也超过了21％[29]

高效晶体硅太阳电池简介（2）

HIT电池是三洋公司开发的大面积高效太阳电池。这种电池具有结特性优秀、温度系数低、生产成本低廉和转换效率高等优点，所以在光伏市场上受到青睐。三洋公司从90年代初就开始了利用n型硅片制作HIT电池的研究，94年取得了突破性的进展，成功制备出转换效率为20％的1 cm2 HIT电池[32]。随后三洋公司展开产业化研究，97年制作的100 cm2 HIT电池效率达到17.3％，实现产业化；2000年三洋公司又利用n型CZ硅材料作为衬底，在100.5 cm2的CZ硅上制备出开路电压为719 mV，效率为20.7％的HIT太阳电池，创造了当时的最高记录[33]。2003年三洋公司又把100 cm2HIT电池片的效率提高为21.2％，继续保持大面积电池的世界最高记录[34]。

HIT电池制作过程大致如下：利用PECVD在表面织构化后的n型CZ-Si片（200 μm，1 Ωcm ）的正面沉积很薄的本征α-Si:H层和p 型α-Si:H，然后在硅片的背面沉积薄的本征α-Si:H层和n型α

-Si:H层；利用溅射技术在电池的两面沉积透明氧化物导电薄膜

（TCO），用丝网印刷的方法在TCO上制作Ag电极[34]。值得注意的是所有的制作过程都是在低于200 ℃的条件下进行，这对保证电池的优异性能和节省能耗具有重要的意义。

HIT电池具有高效的原理是[32,34]：（1）全部制作工艺都是在低温下完成，有效地保护载流子寿命；（2）双面制结，可以充分利用背面光线；（3）表面的非晶硅层对光线有非常好的吸收特性；（4）采用的n型硅片其载流子寿命很大，远大于p型硅，并且由于硅片较薄，有利于载流子扩散穿过衬底被电极收集；（5）织构化的硅片对太阳光的反射降低；（6）利用PECVD在硅片上沉积非晶硅薄膜过程中产生的原子氢对其界面进行钝化，这是该电池取得高效的重要原因。

高效晶体硅太阳电池简介（3）

刻槽埋栅电池也是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最先研制成功的，由于具有高效、低成本和适合大批量生产的特点，很快引起注意。西班牙BP Solar公司购买了其专利，成功地进行了产业化生产。

这个电池结构的主要特点是表面电极通过化学镀埋在硅衬底的沟槽里，电极与沟槽接触部位采用重掺杂，表面的其它地方进行淡磷扩散。它的工艺过程一般为：

清洗、腐蚀制绒面→清洗→淡磷扩散→热氧化钝化→开槽→槽区腐蚀→清洗→槽区浓磷扩散→背面蒸铝→烧

制背场→化学镀埋栅→制作背面电极→蒸镀减反射膜→去边烧结→测

试

硅衬底表面的沟槽一般通过激光或机械切割进行，现在也有人尝试采用化学腐蚀方法。p-n结的制作至关重要，采用淡磷、浓磷分区扩散分别形成p-n+和p-n++结，这既防止形成“死层”，又加大对周围光生载流子的收集。埋栅电极分别通过化学镀镍、镀铜后浸银完成，这种方法比丝网印刷所制的电极其导电性和接触电阻等电学性能都要优越，并且成本更低。

埋栅电池具有高效的原因是[35～36]：（1）绒面、减反射膜和背面反射器的结合使太阳光充分被利用；（2）栅指电极只占电池表面积2～4％，遮光率很小，提高短路电流密度；（3）栅指电极排列紧密减小发射极电阻；（4）淡磷扩散避免形成“死层”，增加对短波的吸收；（5）埋栅电极处实行重掺杂使接触电阻降低，有利于欧姆接触；（6）埋栅电极深入到硅衬底内部增加对基区光生电子的收集；（7）浓磷扩散降低浓磷区电阻功耗和栅指电极与衬底的接触电阻功耗，提高电池的开路电压。

刻槽埋栅电池既保留了高效电池的特点,又省去了高效电池制作中一些复杂工艺，很适合利用低成本、大面积的硅片进行大规模生产。高效晶体硅太阳电池简介（4）

背电极接触硅太阳电池是美国的Sunpower公司独特产品。该电池完全采用背电极接触方式，正负极交叉排列在背面，前表面没有任何遮挡，p-n结位于背面，效率可达20％以上。该电池在研发初期采

用了高质量的n型FZ硅片和多步光刻技术，虽然最高效率可以达到23％，但是成本很高，只是满足一些特殊需要，如太阳能飞机和太阳能汽车等。为了降低成本、扩大市场，在美国塞浦路斯半导体公司帮助下，Sunpower公司做了大量的研究，如尝试采用丝网印刷和激光刻槽技术代替光刻，改进扩散炉、湿化学腐蚀和清洁设备等。2003

年Sunpower公司终于推出最新的低成本高效太阳电池A-300，它的面积是148.8 cm2，开路电压为0.665 V，短路电流为5.75 A，功率为3.0 W，效率为20.0％以上[37]。随后在菲律宾马尼拉市进行大规模投产，2004年产能为25 MW，2005年预计产能达到50 MW，并准备继续扩大生产线，使其年生产能力达到100 MW。

A-300电池是采用n型硅片做衬底，载流子的寿命在1 ms以上；电池的前表面采用优良的金字塔结构和减反射膜，并且由于没有任何电极的遮挡，从而使太阳光能尽量被太阳电池所吸收，提高电流密度；电池的前后表面都采用了热氧钝化技术，这对减少载流子的表面复合和增加长波响应非常有利，从而使开路电压得以提高；在前表面的钝化层下又进行了浅磷扩散，既形成了前表面场，提高短波响应，又避免了像在传统电池中进行重掺杂形成死层现象；电极和硅片是采用定点接触，减少了金属电极与硅片的接触面积，从而使载流子在电极表面复合的几率大为减少，进一步提高了开路电压[37]。

对于背电极接触电池，由于p-n结靠近于背面，因此光照在表面处产生的载流子必须穿过衬底到达背电极才能发挥作用。如果载流子的寿命较短，则大部分的少数载流子就不能到达背面，电池的效率将

会大幅度降低。对于利用低成本技术制作的背电极接触的电池，这种对载流子寿命的要求将会更加严格。而n型硅材料最大的优点是载流子寿命长，并且远大于p型硅材料，所以更适合用于制作背电极接触电池。Keith R.Mclntosh进一步研究了不同质量的硅材料，他认为载流子寿命必须达到1 ms以上，厚度在160～280 μm之间，电阻率在2～10 Ωcm的硅片才能满足要求[38]。对载流子的严格要求限制了衬底材料只能选用FZ硅、PV-FZ硅和n型Cz硅，但是硅片厚度和电阻率的宽范围选择又可以降低硅片成本。

高效晶体硅太阳电池简介（5）

OECO(Obliquely evaporated contact) 太阳电池是德国ISFH研究所从九十年代就开始研制的一种新型单晶硅电池。与当前一些研究机构利用复杂技术制作的高效电池相比，具有结构设计新颖、制作简单、电极原料无损耗、成本低廉和适合大批量生产等优点。

OECO电池结构基于金属－绝缘体－半导体（MIS）接触，利用表面沟槽形貌的遮掩在极薄的氧化隧道层上倾斜蒸镀低成本的Al作为电极，无需光刻、电极烧穿、电极下重掺杂和高温工艺即可形成高质量的接触，并且一次性可蒸镀大批量的电池电极。更为重要的是当这种电池制作面积从4 cm2扩大到100 cm2时，效率也只是从21.1％略微降到20％[39]，仍然属于高效范围，所以这种结构的电池更适宜于工艺生产。

OECO结构示意图如图2-14所示，电池的表面由许多排列整齐的方形沟槽组成（这种沟槽可由划槽工具的不同而有半圆形或三角形等

形状），浅发射极n+位于硅片的上表面，在其上有一极薄的氧化隧道层，Al电极倾斜蒸镀于沟槽的侧面，然后利用PECVD蒸镀氮化硅作为钝化层和减反射膜[39]。

图2-14OECO电池的结构图2-15OECO电池正面电极倾

斜蒸镀原理

电池的制作具体过程是[39-40]：

前表面机械开槽→化学腐蚀→化学清洗→背面掩膜（扩散）→前表面化学制绒→使用液态源POCl3进行磷扩散制作n+发射极→打开背面接触，真空蒸镀Al作为背电极→前表面低温热氧化形成氧化隧道层→前表面无需掩膜直接倾斜蒸镀Al作为面电极→使用导电胶将各个面电极连接起来→采用PECVD法在前表面蒸镀氮化硅作为钝化和减反射层

在制作OECO MIS-n+p电池时，利用低温热氧化形成超薄的（1.5 nm）氧化隧道层形成MIS接触至关重要。目前来说，对于高效电池一般都采用昂贵的金属Ag形成电极，因为Al-n+ Si型接触会导致p-n 结性能的退化。然而，通过引入氧化隧道层后，低廉的Al第一次可作为硅电池的电极，因为金属Al和衬底被氧化隧道层隔开，防止了p-n结性能的退化和接触电阻的增加[40]。因此，p-n结可以制作非常浅，即使是在与电极接触的区域，与其它高效电池相比，也不需要做额外的重掺杂。

在制作OECO电池过程中蒸镀电极是最关键的技术，原理如图2-15所示。将已开槽的硅片倾斜放臵于真空蒸镀室里，利用硅片上各个垄脊的自遮掩效应即可将Al蒸镀在侧面上，无需任何掩膜，而且电极的宽度可以很方便地根据蒸镀角度的变化而进行调整[41]。

为了更好地实现OECO电池适合大批量生产的设计意图，德国ISFH 研究所将蒸镀设备设计成圆形，这样硅片就可以按照真空蒸镀室的形状紧密排列，最大限度地利用空间，一次性可以蒸镀大批量的硅片电极。与常规的垂直蒸镀电极的技术相比，产量可以提高10倍以上。不但如此，由于倾斜蒸镀，电极原料基本上都得到利用，浪费很少，比常规的先掩膜再蒸镀电极然后再去掉掩膜的技术既节省了工艺步骤又节约了大量原料，进一步降低了OECO电池的生产成本。

OECO电池高效特性能够从以下几点得到保证：（1）几乎无遮挡的表面。由于电极是蒸镀在沟槽的侧面，对光线的遮挡率极小，有利于提高短路电流；（2）优异的MIS结构设计。电极与发射极不是直接接触，电池表面完全被钝化，所以载流子复合很小，可以获得很高的开路电压和填充因子；（3）高质量的蒸镀电极接触（丝网印刷电极方式严格限制了电池效率的进一步提高）；（4）不受接触特性限制的可以被最优化的浅发射极；（5）高质量的低温表面钝化。

OECO电池低具有成本特性是因为：（1）采用特殊的磨具可以使开槽工艺成本大为降低；（2）使用便宜的金属Al代替昂贵的Ag作前表面电极；（3）制作前表面电极无需掩膜并且蒸镀金属几乎无损

失；（4）无需光刻和其它高温工艺；（5）利用倾斜方式可以一次性蒸镀大批量电池；（6）适合于大面积和薄的硅片制作电池。

高效太阳能电池制作工艺2007-05-08 13:53

(1) 光陷阱

光面的太阳电池表面对太阳光的反射率在35％以上，如果不做处理，则太阳电池的短路电流势必很低，无法达到高效性能。为了降低反射，采用光陷阱结构非常必要。目前，对于高效单晶硅电池，可采用光刻倒臵金字塔结构和化学腐蚀制绒面。倒臵金字塔结构虽然对光线有更好的作用，但是光刻法成本较高，不适合在生产上使用。由于单晶硅材料在碱性腐蚀液里进行腐蚀时，（100）面的腐蚀速度快于（111）面，如果将单晶硅片（100）面作为电池的表面，经过腐蚀后就会出现以四个（111）面形成的金字塔结构。由于化学腐蚀法容易控制、成本低廉、便于大规模生产，所以目前高效硅太阳电池工业化生产都是采用这种方法制绒面。采用这种金字塔结构的电池，其表面反射率会降至10％以下。

(2) 减反射膜

为了进一步减少入射光损失，可在电池的表面上蒸镀减反射膜。它的基本原理是位于介质和电池表面具有一定折射率的膜，可以使入射光产生的各级反射相互间进行干涉从而完全抵消。减反射膜本身的折射率和厚度对其减反射效果具有决定性作用，它们要满足以下关系[42]：

单层减反射膜:

式中n0为进入减反射膜前介质的折射率，n1为单层减反射膜的折射率，n2为硅的折射率，t为减反射膜的厚度。

双层减反射膜：

式中n0为进入减反射膜前介质的折射率，n1、n2为双层减反射膜的折射率，n3为硅的折射率，t1、t2为双层减反射膜的厚度。

对于单晶硅电池来说，一般可以采用TiO2、SiO2、SnO2、ZnS、MgF2单层或双层减反射膜。在制好绒面的电池表面上蒸镀减反射膜后可以使反射率降至2％左右。减反射膜不但能减少光反射，提高电流密度，还可以保护电池不被污染，防止电极变色，提高电池的稳定性。

(3) 钝化层

钝化工艺是制造高效太阳电池的一个非常重要的步骤，在一定程度上说，它是衡量高效电池的重要标志。对于没有进行钝化的太阳电池，光生载流子运动到一些高复合区域后，如表面和电极接触处，很快就被复合掉，从而严重影响电池的性能。采取一些措施对这些区域进行钝化后可以有效地减弱这些复合，提高电池效率。一般来说，高效太阳电池可采用热氧钝化、原子氢钝化，或利用磷、硼、铝表面扩散进行钝化。

热氧钝化是最普遍最有效的一种方式，在电池的正面和背面形成氧化硅膜，可以有效地阻止载流子在表面处的复合。除此之外，氧化硅层还可以起到减反射膜、化学镀的掩膜、防止硅片污染等作用。目前，采用TCA（三氯乙烯）工艺生长的氧化硅层钝化效果较高。

利用原子氢对电池也有很好的钝化，一般认为，硅的表面有大量的悬挂键，这些悬挂键是载流子的有效复合中心，而原子氢可以中和悬挂键，所以减弱了复合。利用PECVD和“alneal”工艺可以在硅片的界面处产生原子氢，因为PECVD法发展较成熟，这里不做介绍。“alneal”工艺是指在正面的氧化层上蒸镀铝膜，然后在370 ℃的合成气氛（4％H2+96％N2）中退火30 min，最后用磷酸腐蚀掉这层铝膜。经过“alneal”工艺后，载流子寿命和开路电压都得到较大提高。这种工艺的原理是，在一定温度下，铝和氧化物中OH-离子发生反应产生了原子氢，从而对Si/SiO2的界面的一些悬挂键进行钝化。

利用磷、硼或铝在电池的表面进行扩散，形成背场，迫使少数载流子远离表面，减少复合几率，这也是一种钝化。

(4) 背场

增加背电场是提高电池效率的有效途径。如在p型材料的电池中，背面增加一层p+浓掺杂层，形成p+-p的结构，那么在p+-p的界面就产生了一个由p区指向p+的内建电场。假设p+区杂质强电离，那么这个内建电场的电压为，式中NA+和NA分别为p+区和p区的电离杂质浓度。由于这个内建电场所分离出的光生载流子的积累，形成一个以p+端为正，p端为负的光生电压，这个光生电压与电池结构本身的pn结两端的光生电压极性相同，从而提高了开路电压Voc。另外，由于背电场的存在，使光生载流子受到加速，这也可以看作是增加了载流子的有效扩散长度，因而增加了这部分少子的收集几率，短路电流Jsc也就得到提高。另外，背电场的存在迫使少数载流子远离表面，

复合率降低，使暗电流减少。

制作背面场的方法较多，如蒸铝烧结、浓硼或浓磷扩散等。其中，在电池背面采用定域扩散制背场具有较好的优越性，既产生了内建电场，同时又减少了电极与基体接触面积，使金属与半导体界面的高复合速率区域大大减少。并且相对于背面全扩散浓掺杂结构，定域掺杂由于大大减少了浓掺杂面积（一般只占全背面积的1～2％），所以也大大降低了背面的表面复合，因而更好地提高了太阳电池的性能。(5) 改善衬底材料

制备高效太阳电池首要就是选择高质量的硅片作衬底，如一些实验室制作的高效电池都是采用FZ硅。但是这种硅片成本很高，不宜于大规模生产。高效太阳电池的发展方向之一就是要将低硅片的成本。直拉单晶硅材料虽然成本较低，但是用硼掺杂的p型硅片制作的电池效率却较低，并且在光照甚至在黑暗中储藏时性能也会不断降低。产生性能退化的最根本原因是该材料中氧含量较高，在光照的情况下会和掺杂的硼发生反应。因此解决性能退化的有效办法是避免大量的氧原子和硼原子同时在硅片里存在[43]。现在有两种重要的途径：一是利用磁聚焦直拉法生产单晶硅，在这种MCZ（B）硅材料中氧含量较低；另一种方法是采用其它掺杂源替代硼在硅材料中进行掺杂，如镓。用这两种硅材料制作的电池性能比CZ(B)都有较大的改善。n型硅材料也是一种很好的选择，具有一些特定的优点，如载流子寿命长、制结后硼氧反应小、电导率好、饱和电流低等。国外一些厂家已经用n 型硅生产出高效太阳电池。在太阳电池迅速发展和p型单晶硅材料日

益紧张的情况下，相信这种材料会很快得到广泛应用。

随着传统能源的日益枯竭和石油价格的不断上升，以及人们对自身生存环境要求的不断提高，作为无污染的清洁能源，太阳电池必将会得到更加迅猛的发展。而作为现今占据太阳电池绝大部分市场的晶硅太阳电池，其制备技术一直代表着整个太阳电池工业的制备技术水平。

尤其是在最近几年里，无论是在降低生产成本方面，还是在提升电池转换效率方面，硅太阳电池制备工艺都取得了飞速的进步。本文以晶体硅太阳电池生产流程为基础，主要从降低生产成本和提高电池转换效率方面出发，介绍了太阳电池制备工艺的最新进展，并对各种制备工艺作出了评价和展望。太阳电池结构和生产流程早期的硅太阳电池的主体结构，它主要包括：单结的ｐｎ结、指形电极、减反射膜和完全用金属覆盖的背电极。虽然太阳电池发展迅速，它的主要结构仍然保持不变，只不过每一个部分的制备工艺水平都较早期的有了质的飞跃。工业上生产太阳电池流程可以简化成：制备硅片→扩散制结→沉积减反射膜和钝化膜→制成电极→封装。通过对以上生产流程的分析，可以清晰地知道近几年硅太阳电池工艺的进展情况。

硅片制备

１．单晶硅和多晶硅无论是第一块硅太阳电池，还是现今转换效率最高的ＰＥＲＬ太阳电池，所使用的硅片材料都是悬浮区熔硅。这种材料的纯度很高，具有完整的晶体结构，几乎不存在复合中心，但是昂贵的价格却限制了它在太阳电池领域的应用。直拉单晶硅价格虽然有所降低，但是对于大规模地面应用来说还是太昂贵。多晶硅虽然质量不如单晶硅，但由于无需耗时耗能的拉单晶过程，其生产成本只有单晶硅的１/２０，而且工业中应用吸杂等技术可以维持较高的少子寿命，目前实验室多晶硅太阳电池的效率已达到２０．３％，工业上生产的多晶硅太阳电池的效率也可以达到１３％～１６％，因此，现在太阳电池市场上多晶硅电池的份额已经超过了单晶硅电池。

２．硅带当太阳电池成本降到１美元/Ｗ的时候具有和常规能源竞争的优势，但是无论是用单晶硅还是多晶硅，都存在严重的切割损耗问题，因此很难将单晶硅或多晶硅电池的成本降低到２美元/Ｗ以下。硅带技术最大的优点在于它完全避免了切割过程，从而大大降低基体的生产成本。现在硅带工艺较多，主要有颗粒硅带工艺、ＥＦＧ工艺等。颗粒硅带工艺就是在保护气氛中将硅粉直接加热、融化、退火冷却得到硅带，现在这种技术已经可以拉制出１０ｃｍ宽、４ｍ长的硅带，且其拉制速度可以达到３０ｍｍ/ｍｉｎ，并且可以调节。在试验室研究阶段，颗粒硅带制备的太阳电池效率最高已经达到８．２５％，成本已经降到０．８美元/W。EFG是唯一投入大规模生产的硅带工艺，它直接从熔融的硅液中拉制出薄的硅带。但是一般的硅带都存在缺陷多，表面平整度不高的问题，给后续工艺和电池效率带来了负面影响，因此如何提高硅带质量是硅带工艺面临的最大挑战。

３．层剥离技术在降低成本的同时又取得较高的效率是发展太阳电池制备工艺的最终目标，层剥离技术在这方面有了很大的发展。层剥离工艺概述如下：在悬浮区熔硅的表面用电化学方法腐蚀出一薄层多孔硅，接着在多孔硅上面生长一层高质的外延层，然后用机械剥离或其他方法将外延层和基体分开，利用剥离下来的外延层制备太阳电池，基体又可以重复利用。利用这种方法已经制备出１２μｍ厚、效率为１２．５％的太阳电池。如果能够克服剥离时外延层破碎以及提高剥离速率的难题，层剥离技术应该能得到大规模应用。

腐蚀和表面织构

１．表面腐蚀切割后的硅片表面有一层１０～２０μｍ厚的切割损坏层，在电池制备前必须去除，常用的腐蚀剂为加热到８０～９０℃的２０％～３０％的ＮａＯＨ或ＫＯＨ溶液。由于碱液腐蚀的各向异性，多晶硅的腐蚀不能采用碱性溶液腐蚀，因为如果腐蚀速度过快或腐蚀时间过长，在晶界处会形成台阶，为以后电极的制备带来麻烦。利用各向同性的硝酸、乙酸和氢氟酸混合溶液可以避免这一问题，但是酸液腐蚀速度过快而难于控制，且这种酸液的废液也难以处理。

２．表面织构为了有效地降低硅表面的发射，除了沉积减反层外，表面织构也是一个可行的工艺。理想的表面织构（绒面）为倒金字塔形。常用的织构制备方法为机械刻槽法和化学腐蚀法。机械刻槽利用Ｖ形刀在硅表面摩擦以形成规则的Ｖ形槽，从而形成规则的、反射率低的表面织构。研究表明尖角为３５°的Ｖ形槽反射率最低。现在的问题是，如果用单刀抓槽，虽然能得到优质的表面织构，但是成形速度太低，采用多刀同时抓槽又容易破坏硅片。化学腐蚀法可以在硅表面形成不规则的倒金字塔形织构，但是由于多晶硅的各向异性，使得化学腐蚀方法难以应用到多晶硅电池表面织构的制备。

反应离子刻蚀技术也可以作为形成织构的方法，它首先在硅表面沉积一层镍铬层，然后用光刻技术在镍铬层上印出织构模型，接着就用反应离子刻蚀方法制备出表面织构。用这种方法可以在硅表面制备出圆柱状和锥状织构，其表面发射率最低可以降低到０．４％，而且不论是单晶硅还是多晶硅都适用，只是这种方法费用较高。

扩散制结工业中典型的结制备分为两步，第一步用氮气通过液态的ＰＯＣ１３，将所需的杂质用载流气体输运至高温半导体表面，杂质扩散深度约几百个纳米。第二步是高温处理，使预沉积在表面的杂质原子继续向基体深处扩散。这样就形成了一个ｎ＋/ｎ层，这样的结构有利于后续电极的制备，因为在平面印刷银技术中，ｎ＋层不仅可以和金属电极形成欧姆接触，而且可以防止电极制备过程中金属原子扩散进入基体内部。但是有研究指出，好的发射区应当位于基体表面附近，并且只需要一定的掺杂浓度即可。综合后续工艺，理想的ｐｎ结应当具有如下结构：在基体表面附近，除了在指形电极下有一个重掺杂的ｎ＋区外，其余的部位都是一般浓度的掺杂。这是因为指形电极下的重掺杂区不仅可以降低接触电阻，以获得好的填充系数，也可以降低电极带来的表面复合损失，而指形电极之间的低电极带来的表面复合损失。而指形电极之间的低掺杂发射区具有较低的界面态，可以得到较好的光谱响应和较高的开路电压。这种发射区结构可以通过改进的两步扩散方法形成，也可以用一步扩散法制得，但是需要增加一个腐蚀过程。用快热方法制结可以大大简化上述过程，但是这种工艺还处于初期研究阶段，对于实际应用还需要大量的研究。

ＭＩＳ太阳电池采用一种完全不同的制结方法，它通过在ｐ型基体中引入一个ｎ＋的反型层。这个反型层是通过基体表面的硅氮减反层中的正电荷诱导产生的，应用这个工工艺可以完全避免扩散制结过程。

沉积减反层和钝化层抛光的硅表面的反射率为３５％，为了减少表面反射，提高电池的转换效率，需要沉积一层减反层，减反层有很多种，可以是ＳｉＯ２、ＺｎＳ、ＳｉＮｘ或是它们的组合。实验室中常采用热氧化法制备ＳｉＯ２减反层，这种方法可以生成一层高质量

的ＳｉＯ２减反层。ＳｉＯ２减反层不仅能够减少反射率，而县城还能显著降低Ｓｉ－ＳｉＯ２界面的少子复合速率。但是由于这种方法耗费太高，无法在工业中实现大规模应用。

用氨和硅烷反应，可以在硅表面形成一层无定形的氮化硅（ＳｉＯｘ）层。氮化硅减反层具有良好的绝缘性、致密性和稳定性，并且它还能阻止杂质原子，特别是Ｎａ原子的渗透进入电池基体。理论研究表明，理想的减反层应该是氮化硅减反层和ＳｉＯ２减反层的组合，这种组合既具有优良的光学性能，又具有稳定钝化性能和良好的阻止杂质原子渗透性能。

为了提高电池效率，背表面也需要降低反射率和钝化。工业中背表面钝化是利用丝网印刷技术将Ａ１覆盖在硅片上以合金化。铝和硅在５７７℃时可以生成共晶组织。根据Ａ１－Ｓｉ二元相图，在加热过程中，会有一种液态的Ａ１－Ｓｉ相产生，杂质会在融化的区域中偏析，于是液相就相当于一个杂质的湮灭区。当温度降低时，硅会发生再结晶，根据溶解度曲线可知，硅中会溶有一定的铝，形成一个Ｐ＋的背表面场层。为了能够形成铝硅液态相，铝层需要有足够的厚度（２０μｍ） 但是这种背表面场的制备过程会使晶片产生很大的弯曲变形，硅片越薄弯曲越明显。另外，一种行之有效的方法是局部背表面场技术。在这种工艺中，不是整个背表面都被电极覆盖，而是只有１％～４％的背表面被局部的背电极覆盖，然后在背表面沉积一层氧化物作为减反层和钝化层，ＰＥＲＬ电池就采用了这种工艺。制备电极电极的制备是太阳电池制备过程中一个至关重要的步骤，它不仅决定了发射区的结构，而且也决定了电池的串联电阻和电池表面被金属覆盖的面积。传统的电极是采用平面丝网刷镀银粉然后烧结而成，但是这种方法制备的电极具有高的串联电阻和大的表面覆盖率，对电池的效率影响很大。

１．激光刻槽埋栅理想的电极应具有低的串联电阻和小的表面覆盖率，为了得到这样的电极，有研究者提出了激光刻槽埋栅电极工艺。这种方法是在表面受到保护的轻掺杂基体上，用激光或者机械的方法刻划出电极槽，经过清洗之后对电极槽，经过清洗之后对电极槽区域进行重掺杂，最后将不同合金按照不同顺序浇注到电极槽内形成电极。用这种方法制备的电极宽度很窄（２０～２５μｍ），具有很低的表面覆盖率，而且还具有高的纵深比，能够更好地吸收载流子。目前这种工艺已经在高效大面积的太阳电池上得到了大规模的应用。这种方法的主要缺点是合金中包含的Ｎｉ和Ｃｕ对环境具有破坏作用，需要额外费用来清除工业废物。

２．丝网印刷由于传统的丝网印刷制备电极技术已经成熟并经大面积应用，完全取代它需要花费大量金钱，而且它没有化学废物需要处理，因此如何改进现有的平面印刷技术，使得它的电极宽度（１５０～２００μｍ）减小到可以和埋覆电极相媲美是一个更切实际的课题。

３．透明电极无论是采用丝网印刷技术还是埋覆电极工艺，电池总是有一部分被金属电极覆盖。研究指出，不同于非晶硅电池，多晶硅电池表面如果有１０％的面积被遮盖，它的输出功率要降低５０％，而非晶硅电池的输出功率与照射面积成正比，因此，透明电极受到了人们的关注。这种电极一般是用ＺｎＯｘ制成，可以避免表面被遮盖，但是由于硅电池的后续工艺都需要高温，透明电析的导电性能和透光性能在后续工艺中都会下降。

４．整体背电极另外一种可以避免表面金属覆盖的工艺是整体背电极工艺。这种工艺完全不用表面电极，而是在电池的背表面形成相间的ｐｎ区，这样就形成了一系列的ｐｎ结，然后用电极将载流子引出。后来又将这种工艺发展成点接触背电极工艺，首先在电池背表面形

成许多ｐ型和ｎ型小区域，然后用电极引出载流子。这种避免前电极的工艺特别适用于聚光型太阳电池。

总结近几年，太阳电池制备工艺无论是在降低生产成本方面还在提高转换效率方面都取得了可喜的成绩，线切割技术、硅带技术、背表面场工艺、表面织构等技术的应用，使得光伏组件不仅成本较过去下降了两个数量级，而且２４．７％的电池最高转化效率也已经接近理论值。即便如此，现今的太阳电池还无法与常规能源竞争。只有在保持较高转换效率的情况下使电池组件的成本低于１美元/Ｗ，太阳电池才具有和常规能源竞争的优势，为了实现这一目标，太阳电池需要在薄膜化和规模化方面有更大的发展。

什么是电池？

化学电源俗称为电池，是一种利用物质的化学反应所释放出来的能量直接转化为电能的装置（下文均讨论该范围的内容）。顾名思义，电池是装电的池子，尤如水池，电池的电压及容量类似于水池的水位高低和蓄水量。电池电压的高低说明电池可能对外释放电能的多少，电池容量则说明电池所贮存电量的多少。

电池由哪几部分组成？

任何电池都由四个部分组成，即由电极、电解质、隔离物及外壳组成。

什么是电池的电极？

电极是电池的核心部分，一般由活性物质和导电骨架组成，活性物质是能够通过化学变化释放出电能的物质，导电骨架主要起传导电子和支撑活性物质的作用。电池内的电极又分为正（电）极和负（电）极。在电池标识标出“+”的一端为正极，标出“-”的一端为负极。

电池的工作原理是什么？

电池使用过程电池放电过程，电池放电时在负极上进行氧化反应，向外提供电子，在正极上进行还原反应，从外电路接受电子，电流经外电路而从正极流向负极，电解质是离子导体，离子在电池内部的正负极之间的定向移动而导电，阳离子流向正极，阴离子流向负极。电池放电的负极为阳极，放电的正极为阴极，在阳极两类导体界面上发生氧化反应，在阴极的两类导体界面上发生还原反应。整个电池形成了一个由外电路的电子体系和电解质液的离子体系构成的完整放电体系，从而产生电能供电。

什么是充电电池？

充电电池，又称：蓄电池、二次电池，是可以反复充电使用的电池。常见的有：铅酸蓄电池（用于汽车时，俗称“电瓶”）、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等；

充电电池为什么可以充电？

充电电池一般有一共同的电化学特性，即：其中的化学反应是可逆反应，可以通过外加电源，让电能转化为化学能，使放过电的电池恢复到原来的状态。注意：如果其中的化学反应是不可逆的，电池就不能充电，否则将造成泄漏、爆炸等事情！干电池就是这样。

晶体硅太阳能电池的制造工艺流程

晶体硅太阳能电池的制造 工艺流程 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。 晶体硅太阳能电池的制造工艺流程说明如下： （1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。 （2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。 （3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。 （4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN＋结，结深一般为－。 （5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。 （6）去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。 （7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。 （8）制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。 （9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。 （10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。

由此可见，太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相同，但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。

硅太阳能电池的结构及工作原理

硅太阳能电池的结构及 工作原理 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

一.引言： 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。?? 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。 全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19％，整个市场产值已正式突破100亿美元大关。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。 中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。 目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、

日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。 中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。 太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总 绿色环保节能太阳能 能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。 在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。

晶体硅太阳能电池

晶体硅太阳能电池 专业班级：机械设计制造及其自动化13秋姓名：张正红 学号： 1334001250324 报告时间： 2015年12月

晶体硅太阳能电池 摘要：人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力，能源己经成为越来越值得关注的社会与环境问题。人们开始急切地寻找其他的能源物质，而光能、风能、海洋能以及生物质能这些可再生能源无疑越来越受到人们的关注。光伏技术也便随之形成并快速地发展了起来，因此近年来，光伏市场也得到了快速发展并取得可喜的成就。本文主要就晶体硅太阳能电池发电原理及关键材料进行介绍，并对晶体硅太阳能电池及其关键材料的市场发展方向进行了展望。 关键词：太阳能电池；工作原理；晶体硅；特点；发展趋势 前言 “开发太阳能，造福全人类”人类这一美好的愿景随着硅材料技术、半导体工业装备制造技术以及光伏电池关键制造工艺技术的不断获得突破而离我们的现实生活越来越近！近20年来，光伏科学家与光伏电池制造工艺技术人员的研究成果已经使太阳能光伏发电成本从最初的几美元/KWh减少到低于20美分/KWh。而这一趋势通过研发更新的工艺技术、开发更先进的配套装备、更廉价的光伏电子材料以及新型高效太阳能电池结构，太阳能光伏（PV）发电成本将会进一步降低，到本世纪中叶将降至4美分/KWh，优于传统的发电费用。 大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。通过降低峰瓦电池的硅材料成本，通过提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本，通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本，通过合理的机制建立优秀的技术团队、避免人才的不合理流动、充分保证技术上的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在！ 一、晶体硅太阳能电池工作原理 太阳能电池是一种把光能转换成电能的能量转换器，太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。

硅太阳能电池的结构及工作原理

一.引言： 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。 全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19％，整个市场产值已正式突破100亿美元大关。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。 中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。 目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。 中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。 太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总 绿色环保节能太阳能 能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显

硅基太阳能电池的发展及应用

.. 硅基太阳能电池的发展及应用 摘要：太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条新的出路，本文介绍了硅基太阳能电池的原理，综述了硅基太阳电池的优点与不足，以及硅基太阳能电池和其他太阳能电池的横向比较，硅基太阳能电池在光伏产业中的地位，并展望了发展趋势及应用前景等。 关键词：硅基太阳能电池转换效率 1引言 二十一世纪以来，全球经济增长所引发的能源消耗达到了空前的程度。传统的化石能源是人类赖以生存的保障，可是如今化石能源不仅在满足人类日常生活需要方面捉襟见肘，而且其燃烧所排放的温室气体更是全球变暖的罪魁祸首。随着如今全球人口突破70亿，能源的需求也在过去30年间增加了一倍。特别是电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增长迅速。中国政府己宣布了其在哥本哈根协议下得承诺，至2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40% --45%，非化石能源占一次能源消费的比重提高至少15%左右【6】。 目前太阳能电池主要有以下几种：硅太阳能电池，聚光太阳能电池，无机化合物薄膜太阳能电池，有机化合物薄膜太阳能电池，纳米晶薄膜太阳能电池，叠层薄膜太阳能电池等，其材料主要包括产生光伏效应的半导体材料，薄膜衬底材料，减反射膜材料等【5】。

（图1：太阳能电池的种类） 太阳电池的基本工作原理是：在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子左穴对，也称光生载流子。这样形成的光生载流子由于热运动，向各个方向迁移。光生载流子在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。因此，在p-n结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分要抵消内建电场以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏特效应(简称光伏)。

硅太阳能电池的主要性能参数

硅太阳能电池的主要性能参数 本信息来源于太阳能人才网|https://www.sodocs.net/doc/3312326186.html, 原文链接： 硅太阳能电池的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。 ①短路电流(isc)：当将太阳能电池的正负极短路、使u=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是安培(a)，短路电流随着光强的变化而变化。 ②开路电压(uoc)：当将太阳能电池的正负极不接负载、使i=0时，此时太阳能电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是伏特(v)。单片太阳能电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～0.7v。 ③峰值电流(im)：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是安培(a)。 ④峰值电压(um)：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是v。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.45～0.5v，典型值为0.48v。 ⑤峰值功率(pm)：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳能电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：pm===im ×um。峰值功率的单位是w(瓦)。太阳能电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳能电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是：辐照度lkw／㎡、光谱aml.5、测试温度25℃。 ⑥填充因子(ff)：填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池的最大输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值。计算公式为ff=pm/(isc×uoc)。填充因子是评价太阳能电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳能电池输出特性越趋于矩形，电池的光电转换效率越高。 串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.5～0.8之间，也可以用百分数表示。 ⑦转换效率(η)：转换效率是指太阳能电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即： η=pm(电池片的峰值效率)/a（电池片的面积）×pin（单位面积的入射光功率），其中pin=lkw ／㎡=100mw／cm2。 电池组件的板型设计 在生产电池组件之前，就要对电池组件的外型尺寸、输出功率以及电池片的排列布局等进行设计，这种设计在业内就叫太阳能电池组件的板型设计。电池组件板型设计的过程是一个对电池组件的外型尺寸、输出功率、电池片排列布局等因素综合考虑的过程。设计者既要了解电池片的性能参数，还要了解电池组件的生产工艺过程和用户的使用需求，做到电池组件尺寸合理，电池片排布紧凑美观。 组件的板形设计一般从两个方向入手。一是根据现有电池片的功率和尺寸确定组件的功率和尺寸大小；二是根据组件尺寸和功率要求选择电池片的尺寸和功率。 电池组件不论功率大小，一般都是由36片、72片、54片和60片等几种串联形式组成。常见的排布方法有4片×9片、6片×6片、6片×12片、6片×9片和6片×10片等。下面就以36片串联形式的电池组件为例介绍电池组件的板型设计方法。

几种商业化的高效晶体硅太阳能电池技术

高效晶体硅太阳能电池技术 摘要：晶体硅太阳能电池是目前应用技术最成熟、市场占有率最高的太阳能电池。本文在解释常规太阳能电池能量损失机理的基础上，介绍了可应用于商业化生产的高效晶体硅太阳能电池技术及其工艺流程，并对每种电池技术的优、缺点及工艺难度进行了评价。 关键词：晶体硅电池；高效电池；商业化 1 引言 能源是一个国家经济和社会发展的基础. 目前广泛使用的石油、天然气、煤炭等化石能源面临着严峻的挑战. 2005年2 月我国通过了《中华人民共和国可再生能源法》,从立法角度推进可再生能源的开发和利用,这是解决我国能源与环境、实现可持续发展的重要战略决策。 不论从资源的数量、分布的普遍性,还是从清洁性、技术的可靠成熟性来说,太阳能在可再生能源中都具有更大的优越性,光伏发电已成为可再生能源利用的首要方式。而晶硅太阳电池一直占据着光伏市场的最大份额. 与其它的可再生能源一样,目前要使之从补充能源过渡到替代能源,太阳电池光伏发电推广的最大制约因素仍然是发电成本。围绕着降低生产成本的目标,以高效电池获取更多的能量来代替低效电池一直是科学研究的的热门[1]. 近年来 高效单晶硅太阳能电池研究已取得巨大成就，在美国、德国和日本,高效太阳能电池研究正如火如荼，特别是美国，商品化高效电池的转换效率已超过20%。 . 2 硅太阳能电池能量损失机理 目前研究成果表面，影响晶体硅太阳能电池转换效率的原因主要来自两个方面：①光学损失. 包括电池前表面反射损失、接触栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失,其中反射和阴影损失是可以通过技术措施减小的,而长波非吸收损失与半导体性质有关；②电学损失. 它包括半导体表面及体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻以及金属-半导体接触（欧姆接触）电阻损失. 相对而言,欧姆损失在技术上比较容易降低,其中最关键的是降低光生载流子的复合,它直接影响太阳电池的开路电压。而提高电池效率的关键之一就是提高开路电压V oc。光生载流子的复合主要是由于高浓度的扩散层在前表面引入了大量的复合中心。此外,当少数载流子的扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片厚度时,背表面的复合速度S b 对太阳电池特性的影响也很明显。而从商业太阳电池来看,为了降低太阳电池的成本和提高效率,现在生产厂家也在不断地减小硅片的厚度,以降低原材料的价格.因此必须有减少前、背两个表面的光生载流子复合的结构和措施. 3 高效晶体硅太阳能电池技术 3.1 背接触电池IBC/MWT/EWT （1）IBC电池（PCC电池） 背接触电池是由Sunpower公司开发的高效电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背面，量产效率可达19%～20%。 这种把正面金属栅线去掉的电池结构有很多优点[2]：（1）减少正面遮光损失，相当于增加了有效半导体面积，有利于增加电池效率；（2）有可能大大降低组件装配成本，因为全部外部接触均在单一表面上；（3）从建造结构的观点看来提供了增值，因为汇流条和焊线串接存在引起的视觉不适被组件背面所替代。

晶硅太阳能电池的特点和种类

晶体硅太阳能电池的种类及特点 太阳能电池已经有30多年的发展历史。目前世界各国研制的硅太阳能电池种类繁多，；主要系列有单晶、多晶、非晶硅几种。其中单晶硅太阳能电池占50％，多晶硅电池占20％、非晶占30％。我国光伏发电发展需解决的关键问题。太阳能光伏发电发展的瓶颈 是成本高。为此，需加大研发力度，集中在降低成本和提高效率的关键技术上有所突破，主要包括：a)晶体硅电池技术。降低太阳硅材料的制备成本：开发专门用于晶体硅太阳 能电池的硅材料，是生产高效和低成本太阳电池的基本条件；同时实现硅材料国产化和 提高性能，从产业链的源头，抓好降低成本工作。提高电池／组件转换效率：高效钝化 技术，高效陷光技术，选择性发射区，背表面场，细栅或者单面技术，封装材料的最佳 折射率等高效封装技术等。光伏技术的发展以薄膜电池为方向，高效率、高稳定性、低 成本是光伏电池发展的基本原则。 单晶硅在太阳能的有效利用当中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，也是最具 活力的研究领域。而硅材料太阳能电池无疑是市场的主体，硅基(多晶硅、单晶硅)太阳 能电池占80％以上，每年全世界需消费硅材料3000t左右。生产太阳能电池用单晶硅， 虽然利润比较低，但是市场需求量大，供不应求，如果进行规模化生产，其利润仍然很 可观。目前，中国拟建和在建的太阳能电池生产线每年将需要680多吨的太阳能电池用 多晶硅和单晶硅材料，其中单晶硅400多吨，而且，需求量还以每年15％～20％的增长 率快速增长。硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池在实验室里最高的转换效率为23％，而规模生产的单晶硅太阳能电池，其效率为15％，技术也最为成熟。高性能单晶 硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成熟的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅 的电池工艺已近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂 等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率 主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳 能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制 成倒金字塔结构。通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得 的电池转化效率超过23％。单晶硅具有完整的金刚石结构。通过掺杂得到n，P型单晶硅，进而制备出p／n结、二极管及晶体管，从而使硅材料有了真正的用途。单晶硅太阳能电 池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶 硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度 降低其成本是非常困难的。 多晶硅众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但 目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光 电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标，从目前国际太阳电池的发展过 程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料(包括微晶硅基薄膜、化合 1

高效晶体硅太阳能电池介绍

高效晶体硅太阳电池简介（1） PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究 的高效电池。它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％[26]。由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。为了尽可能降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。另外，在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。 为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。这种想法早已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。后来在实验过程中发现采用液态源BBr3进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小，并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。1990年在PERC结构和工艺的基础上，J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示[27]。定域掺硼的温度为900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，2 h）。经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 μm，大大减少了横

向电阻。如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。 1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。这种PERL电池取得高效的原因是[28]：（1）正面采光面为倒金字塔结构，结合背电极反射器，形成了优异的光陷阱结构；（2）在正面上蒸镀了MgF2/ZnS双层减反射膜，进一步降低了表面反射；（3）正面与背面的氧化层均采用TCA工艺（三氯乙烯工艺）生长高质量的氧化层，降低了表面复合；（4）为了和双层减反射膜很好配合，正面氧化硅层要求很薄，但是随着氧化层的减薄，电池的开路电压和短路电流又会降低。为了解决这个矛盾，相对于以前的研究，增加了“alneal”工艺，即在正面的氧化层上蒸镀铝膜，然后在370 ℃的合成气氛中退火30 min，最后用磷酸腐蚀掉这层铝膜。经过“alneal”工艺后，载流子寿命和开路电压都得到较大提高，而与正面氧化层的厚度关系不大。这种工艺的原理是，在一定温度下，铝和氧化物中OH-离子发生反应产生了原子氢，在Si/SiO2的界面处对一些悬挂键进行钝化。（5）电池的背电场通过定域掺杂形成，掺杂的温度和时间至关重要，对实现定域掺杂的接触孔的设计也非常重要，因为这关系到能否在整个背面形成背电场以及体串联电阻的大小。在这个电池中浓硼扩散区面积为30 μm×30 μm，接触孔的面积为10 μm ×10 μm，孔间距为250 μm，浓硼扩散区的面积仅占背面积的1.44%。定域扩散

晶体硅太阳能电池依然是主流

未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜太阳能电池的发展等原因而下降，但其主导地位仍不会根本改变；而薄膜电池如果能够解决转换效率不高，制备薄膜电池所用设备价格昂贵等问题，会有巨大的发展空间。 目前太阳能电池主要包括晶体硅电池和薄膜电池两种，它们各自的特点决定了它们在不同应用中拥有不可替代的地位。但是，专家认为，未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜太阳能电池的发展等原因而下降，但其主导地位仍不会根本改变；而薄膜电池如果能够解决转换效率不高、制备薄膜电池所用设备价格昂贵等问题，会有巨大的发展空间。晶体硅太阳能电池依然是主力 在太阳能光伏领域，晶体硅太阳能电池的转换效率较高，原材料来源简单，因此虽然薄膜太阳能电池迅速崛起，但晶体硅太阳能电池目前仍是太阳能电池行业的主力。在2007年全球前十大太阳能电池生产商中，有9家是以生产晶体硅太阳能电池为主的。 据应用材料公司提供的PV（光伏）产业预测，尽管多晶硅太阳能电池技术相对市场占有率有下降趋势(即2007年45%，2010年40%，2015年37%)，但总体上多晶硅太阳能电池年增长率在以40%—50%的速度发展，未来市场相当可观。 硅是自然界存量最多的元素之一，硅材料来源广泛、价格低廉且容易获得，大生产制造技术成熟，电池制造成本持续下降，业内专家预计，未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜电池的发展等原因而下降，但主导地位仍不会根本改变。而随着太阳能电池尺寸的加大，多晶硅太阳能电池制造技术的成熟，其转换效率和单晶硅电池的差距越来越小，制造成本优势逐渐显现，所占份额也会不断提高。以高纯多晶硅为原料而制备的晶硅电池占据现有太阳能电池80%以上的市场，由于其原料易于制备，电池制备工艺最为成熟，在硅系太阳能电池中转换效率最高，无论其原料还是产品都对人类无毒无害等优点而获得了广泛的开发和应用。预计在未来的20年～30年里还不可能有其他材料和技术能取代晶硅电池位居第一的地位。 多晶硅产能扩大成本降低 多晶硅太阳能电池之所以占据主流，除取决于此类电池的优异性能外，还在于其充足、廉价、无毒、无污染的硅原料来源，而近年来多晶硅成本的降低更将使多晶硅太阳能电池大行其道。 随着硅太阳能商业化电池效率不断提高、商业化电池硅片厚度持续降低和规模效应等影响，硅太阳能成本仍在降低，规模每扩大1倍，成本降低约20%。

几种商业化的高效晶体硅太阳能电池技术

几种商业化的高效晶体硅太阳能电池技术 摘要：晶体硅太阳能电池是目前应用技术最成熟、市场占有率最高的太阳能电池。本文在解释常规太阳能电池能量损失机理的基础上，介绍了可应用于商业化生产的高效晶体硅太阳能电池技术及其工艺流程，并对每种电池技术的优、缺点及工艺难度进行了评价。 关键词：晶体硅电池；高效电池；商业化 1 引言 能源是一个国家经济和社会发展的基础. 目前广泛使用的石油、天然气、煤炭等化石能源面临着严峻的挑战. 2005年2 月我国通过了《中华人民共和国可再生能源法》,从立法角度推进可再生能源的开发和利用,这是解决我国能源与环境、实现可持续发展的重要战略决策。 不论从资源的数量、分布的普遍性,还是从清洁性、技术的可靠成熟性来说,太阳能在可再生能源中都具有更大的优越性,光伏发电已成为可再生能源利用的首要方式。而晶硅太阳电池一直占据着光伏市场的最大份额. 与其它的可再生能源一样,目前要使之从补充能源过渡到替代能源,太阳电池光伏发电推广的最大制约因素仍然是发电成本。围绕着降低生产成本的目标,以高效电池获取更多的能量来代替低效电池一直是科学研究的的热门[1]. 近年来 高效单晶硅太阳能电池研究已取得巨大成就，在美国、德国和日本,高效太阳能电池研究正如火如荼，特别是美国，商品化高效电池的转换效率已超过20%。 . 2 硅太阳能电池能量损失机理 目前研究成果表面，影响晶体硅太阳能电池转换效率的原因主要来自两个方面：①光学损失. 包括电池前表面反射损失、接触栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失,其中反射和阴影损失是可以通过技术措施减小的,而长波非吸收损失与半导体性质有关；②电学损失. 它包括半导体表面及体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻以及金属-半导体接触（欧姆接触）电阻损失. 相对而言,欧姆损失在技术上比较容易降低,其中最关键的是降低光生载流子的复合,它直接影响太阳电池的开路电压。而提高电池效率的关键之一就是提高开路电压V oc。光生载流子的复合主要是由于高浓度的扩散层在前表面引入了大量的复合中心。此外,当少数载流子的扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片厚度时,背表面的复合速度S b 对太阳电池特性的影响也很明显。而从商业太阳电池来看,为了降低太阳电池的成本和提高效率,现在生产厂家也在不断地减小硅片的厚度,以降低原材料的价格.因此必须有减少前、背两个表面的光生载流子复合的结构和措施. 3 高效晶体硅太阳能电池技术 3.1 背接触电池IBC/MWT/EWT （1）IBC电池（PCC电池） 背接触电池是由Sunpower公司开发的高效电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背面，量产效率可达19%～20%。 这种把正面金属栅线去掉的电池结构有很多优点[2]：（1）减少正面遮光损失，相当于增加了有效半导体面积，有利于增加电池效率；（2）有可能大大降低组件装配成本，因为全部外部接触均在单一表面上；（3）从建造结构的观点看来提供了增值，因为汇流条和焊线串接存在引起的视觉不适被组件背面所替代。

太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率

太阳能电池板 太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率. 1.效率越大,相同面积的太阳能电池板输出功率也就越大, 用高效率的太阳能电池板可以节省安装面积, 但是价格更贵. 2.太阳能电池的功率, 在太阳能电池板的背面标牌中, 有关于太阳能电池板的输出参数, 如VOC开路电压,ISC短路电流,VMP工作电压,IMP工作电流, 等. 但我们只需要用工作电压和工作电流就可以了, 这两个相乘就可以得这块太阳能电池板的输出功率. 太阳能电池板介绍：采用高质量单晶/多晶硅材料,经精密设备树脂封装生产出来的太阳能板,有良好的光电转换效果,外形美观,使用寿命长。 太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一。 太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在相 同光照条件下的输出功率也越大。 2.太阳能电池板的种类 (1)单晶硅太阳能电池 目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。 (2)多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。 ：

薄膜晶体硅太阳能电池分析比较

薄膜晶体硅太阳能电池分析比较 《中国组件行业投资前景及策略咨询报告》分析：目前在工业上，硅的成本大约占硅太阳能电池生产成本的一半。为减少硅的消耗量，光伏(PV)产业正期待着一些处于研究开发中的选择方案。其中最显然的一种就是转向更薄的硅衬底。现在，用于太阳能电池生产的硅衬底厚度略大于200mm，而衬底厚度略小于100mm的技术正在开发中。为使硅有源层薄至5-20 mm，可以在成本较低的硅衬底上淀积硅有源层，这样制得的电池被称为薄膜。为使其具有工业可行性，主要的挑战是在适于大规模生产的工艺中，怎样找到提高效率和降低成本之间的理想平衡。已经存在几种制造硅有源层的技术1，本文将讨论其中的三种。 薄膜PV基础 第一种技术是制作外延(epitaxial)(图1)，从高掺杂的晶体硅片(例如优级冶金硅或废料)开始，然后利用化学气相淀积(CVD)方法来淀积外延层。除成本和可用性等优势以外，这种方法还可以使硅太阳能电池从基于硅片的技术逐渐过渡到薄膜技术。由于具有与传统体硅工艺类似的工艺过程，与其它的薄膜技术相比，这种技术更容易在现有工艺线上实现。 第二种是基于层转移(layer transfer)的技术，它在多孔硅薄膜上外延淀积单晶硅层，从而可以在工艺中的某一点将单晶硅层从衬底上分离下来。这种技术的思路是多次重复利用母衬底，从而使每个太阳能电池的最终硅片成本很低。正在研究中的一种有趣的选择方案是在外延之前就分离出多孔硅薄膜，并尝试无支撑薄膜工艺的可能性。 最后一种是薄膜多晶硅太阳能电池，即将一层厚度只有几微米的晶体硅淀积在便宜的异质衬底上，比如陶瓷(图2)或高温玻璃等。晶粒尺寸在1-100mm之间的多晶硅薄膜是一种很好的选择。我们已经证实，利用非晶硅的铝诱导晶化可以获得高质量的多晶硅太阳能电池。这种工艺可以获得平均晶粒尺寸约为5 mm 的很薄的多晶硅层。接着利用生长速率超过1 mm/min的高温CVD技术，将种子层外延生长成几微米厚的吸收层，衬底为陶瓷氧化铝或玻璃陶瓷。选择热CVD是因为它的生长速率高，而且可以获得高质量的晶体。然而这样的选择却限定了只能使用陶瓷等耐热衬底材料。这项技术还不像其它薄膜技术那样成熟，但已经表现出使成本降低的巨大潜力。

晶硅太阳能电池片的制作过程

晶硅太阳能电池板的制作过程 1、表面制绒单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方锥体也即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。大多使用廉价的浓度约为1%的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀温度为70-85℃。为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量添加醇类如乙醇和异丙醇等作为络合剂，以加快硅的腐蚀。制备绒面前，硅片须先进行初步表面腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约20～25μm，在腐蚀绒面后，进行一般的化学清洗。经过表面准备的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结。 2、扩散制结太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光能到电能的转换，而扩散炉即为制造太阳能电池PN结的专用设备。管式扩散炉主要由石英舟的上下载部分、废气室、炉体部分和气柜部分等四大部分组成。扩散一般用三氯氧磷液态源作为扩散源。把P型硅片放在管式扩散炉的石英容器内，在850---900摄氏度高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过三氯氧磷和硅片进行反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，也就是PN结。这种方法制出的PN结均匀性好,方块电阻的不均匀性小于百分之十,少子寿命可大于10ms。制造PN结是太阳电池生产最基本也是最关键的工序。因为正是PN结的形成，才使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样就形成了电流，用导线将电流引出，就是直流电。

高效晶体硅太阳能电池钝化技术 《光伏制造杂志》

您的位置：首页专业媒体 光伏制造 高效晶体硅太阳能电池 作者：S.W.Glunz，Fraunhofer Institute of Solar Energy System 如今的晶体硅光伏组件的成本分布主要是材料成本，特别是硅片成本。因此，采用更薄的硅片以及增加电池的转换效率引起了光伏业界的广泛兴趣。表面钝化 电介质钝化与背表面场 所有转换效率大于20%的电池结构都具有电介质层的钝化表面。然而，目前业界的晶体硅太阳能电池的表面结构多采用的是丝网印刷和热场Al背表面场（Al-BSF）。它有两个主要的限制：由烧结工艺带来的硅片弯曲；更低的电学和光学特性。特别是，Sback、背表面再复合速率是关键的参数，但是在文献中却有着大量的数值。这使得衡量Al-BSF的潜力与电介质钝化变得很困难。 我们对不同的背表面结构并结合高效前表面结构进行了实验。这将有可能准确的确定表面的再复合速率、Sback以及内部反射率Rback。 图1表示了不同背表面结构的内部量子效率，从低质量的欧姆Al接触开始一直到PERL/LBSF背表面。有效的Sback和Rback已经从IQE和反射率测量中去除。

采用这些参数就有可能确定不同背表面结构对太阳能电池性能的影响（图2）。电介质钝化甚至比高质量的发射极和更薄的硅片带来的

好处更多。 电介质层的钝化机理 良好的表面钝化有两种不同的机理：交界面状态Dit的降低；场效应钝化，即钝化层中一种载子类型与固定电荷Qf结合时的显著降低。尽管这些机理或两种机理的结合会导致较低的表面再复合速率，Seff(Δn)曲线显示了不同的特性（图3）。热生长的SiO2层更容易获得交界面状态的降低，而对于PECVD沉积的薄膜，如SiNx，场效应钝化和中等程度的Dit降低则更为常见。SiO2的Dit=1010cm2eV-1，Qf=1010cm2。而SiNx的Dit=1011cm2eV-1，Qf=1011cm2。

高效晶体硅太阳能电池背场钝化技术

高效晶体硅太阳能电池 作者：S.W. Glunz，Fraunhofer Institute of Solar Energy System 如今的晶体硅光伏组件的成本分布主要是材料成本，特别是硅片成本。因此，采用更薄的硅片以及增加电池的转换效率引起了光伏业界的广泛兴趣。 表面钝化 电介质钝化与背表面场 所有转换效率大于20%的电池结构都具有电介质层的钝化表面。然而，目前业界的晶体硅太阳能电池的表面结构多采用的是丝网印刷和热场Al背表面场（Al-BSF）。它有两个主要的限制：由烧结工艺带来的硅片弯曲；更低的电学和光学特性。特别是，Sback、背表面再复合速率是关键的参数，但是在文献中却有着大量的数值。这使得衡量Al-BSF的潜力与电介质钝化变得很困难。 我们对不同的背表面结构并结合高效前表面结构进行了实验。这将有可能准确的确定表面的再复合速率、Sback以及内部反射率Rback。 图1表示了不同背表面结构的内部量子效率，从低质量的欧姆Al接触开始一直到PERL/LBSF背表面。有效的Sback和Rback已经从IQE和反射率测量中去除。

采用这些参数就有可能确定不同背表面结构对太阳能电池性能的影响（图2）。电介质钝化甚至比高质量的发射极和更薄的硅片带来的好处更多。 电介质层的钝化机理 良好的表面钝化有两种不同的机理：交界面状态Dit的降低；场效应钝化，即钝化层中一种载子类型与固定电荷Qf结合时的显著降低。尽管这些机理或两种机理的结合会导致较低的表面再复合速率，Seff(Δn)曲线显示了不同的特性（图3）。热生长的SiO2层更容易获得交界面状态的降低，而对于PECVD沉积的薄膜，如SiNx，场效应钝化和中等程度的Dit降低则更为常见。SiO2的Dit=1010cm2eV-1，Qf=1010cm2。而SiNx的Dit=1011cm2eV-1，Qf=1011cm2。

IBC电池——高效晶体硅太阳能电池

IBC电池——高效晶体硅太阳能电池 IBC 电池是背电极接触( Interdigitated Back-contact )硅太阳能电池的简称。由Sunpower公司开发的高效电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背后。利用点接触(Point-contact cell，PCC)及丝网印刷技术。 这种把正面金属栅极去掉的电池结构有很多优点： （1）减少正面遮光损失，相当于增加了有效半导体面积； （2）组件装配成本降低； （3）外观好。 由于光生载流子需要穿透整个电池，被电池背表面的PN节所收集，故IBC电池需要载流子寿命较高的硅晶片，一般采用N型FZ单晶硅作为衬底；正面采用二氧化硅或氧化硅/氮化硅复合膜与N+层结合作为前表面电场，并制成绒面结构以抗反射。背面利用扩散法做成P+和N+交错间隔的交叉式接面，并通过氧化硅上开金属接触孔，实现电极与发射区或基区的接触。交叉排布的发射区与基区电极几乎覆盖了背表面的大部分，十分有利于电流的引出, 结构见图。 图 4：Sunpower公司 IBC 电池 h＝22.3% 这种背电极的设计实现了电池正面“零遮挡”，增加了光的吸收和利用。但制作流程也十分复杂，工艺中的难点包括P+扩散、金属电极下重扩散以及激光烧结等。2009年7月SunPower公司上市了转换效率为19.3％的太阳能电池模块。 IBC电池的工艺流程大致如下：

清洗->制绒->扩散N+->丝印刻蚀光阻->刻蚀P扩散区->扩散P+->减反射镀膜->热氧化->丝印电极->烧结->激光烧结。（作者 和海一样的新能源 微博） 原文地址：https://www.sodocs.net/doc/3312326186.html,/news/37175.html

晶体硅太阳能电池制作工艺概述

晶体硅太阳能电池制作工艺 概述 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

晶体硅太阳能电池制作工艺概述 工业化电池工艺 太阳电池从研究室走向工厂，实验研究走向规模化生产是其发展的道路，所以能够达到工业化生产的特征应该是： [1]电池的制作工艺能够满足流水线作业； [2]能够大规模、现代化生产； [3]达到高效、低成本。 当然，其主要目标是降低太阳电池的生产成本。目前多晶硅电池的主要发展方向朝着大面积、薄衬底。例如，市场上可见到125×125mm2、150×150mm2甚至更大规模的单片电池，厚度从原来的300微米减小到目前的250、200及200微米以下。效率得到大幅度的提高。日本京磁（Kyocera）公司150×150的电池小批量生产的光电转换效率达到17.1%，该公司1998年的生产量达到 25.4MW。 （1）丝网印刷及其相关技术 多晶硅电池的规模化生产中广泛使用了丝网印刷工艺，该工艺可用于扩散源的印刷、正面金属电极、背接触电极，减反射膜层等，随着丝网材料的改善和工艺水平的提高，丝网印刷工艺在太阳电池的生产中将会得到更加普遍的应用。 a. 发射区的形成 利用丝网印刷形成PN结，代替常规的管式炉扩散工艺。一般在多晶硅的正面印刷含磷的浆料、在反面印刷含铝的金属浆料。印刷完成后，扩散可在网带炉中完成（通常温度在900度），这样，印刷、烘干、扩散可形成连续性生产。丝网印刷扩散技术所形成的发射区通常表面浓度比较高，则表面光生载流子复合较大，为了克服这一缺点，工艺上采用了下面的选择发射区工艺技术，使电池的转换效率得到进一步的提高。 b. 选择发射区工艺 在多晶硅电池的扩散工艺中，选择发射区技术分为局部腐蚀或两步扩散法。局部腐蚀为用干法（例如反应离子腐蚀）或化学腐蚀的方法，将金属电极之间区域的重扩散层腐蚀掉。最初， Solarex应用反应离子腐蚀的方法在同一台设备中，先用大反应功率腐蚀掉金属电极间的重掺杂层，再用小功率沉积一层氮化

晶体硅太阳能电池生产工艺流程图

晶体硅太阳能电池生产工艺流程图 电池片工艺流程说明： (1)清洗、制绒：首先用化学碱（或酸）腐蚀硅片，以去除硅片表面机械损伤层，并进行硅片表面织构化，形成金字塔结构的绒面从而减少光反射。现在常用的硅片的厚度在180μm 左右。去除硅片表面损伤层是太阳能电池制造的第一道常规工序。 (2)甩干：清洗后的硅片使用离心甩干机进行甩干。 (3)扩散、刻蚀：多数厂家都选用P型硅片来制作太阳能电池，一 般用POCl3液态源作为扩散源。扩散设备可用横向石英管或链式扩散炉,进行磷扩散形成P-N结。扩散的最高温度可达到850-900℃。这种 方法制出的PN结均匀性好，方块电阻的不均匀性小于10％，少子寿命大于10 微秒。扩散过程遵从如下反应式： 4POCl3＋3O2（过量）→ 2P2O5＋2Cl2（气）2P2O5＋5Si → 5SiO2+ 4P 腐蚀磷硅玻璃和等离子刻蚀边缘电流通路，用化学方法除去扩 散生成的副产物。SiO2 与HF生成可溶于水的SiF62-，从而使硅表面的 磷硅玻璃（掺P2O5的SiO2）溶解，化学反应为： SiO2＋6HF → H2（SiF6）＋2H2O (4)减反射膜沉积：采用等离子体增强型化学气相沉积(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 技术在电池表面沉

积一层氮化硅减反射膜，不仅可以减少光的反射，而且由于在制备SiNx 减反射膜过程中有大量的氢原子进入，因此也起到了很好的表面钝化和体钝化的效果。这是因为对于具有大量晶界的多晶硅材料而言，晶界的悬挂键被饱和，降低了复合中心的原因。由于表面钝化和体钝化作用明显，就可以降低对制作太阳能电池材料的要求。由于增强了对光的吸收，氢原子对太阳能电池起到很好的表面和体内钝化作用，从而提高了电池的短路电流和开路电压。 (5)印刷、烧结：为了从电池上获取电流，一般在电池的正、背两面制作电极。正面栅网电极的形式和厚度要求一方面要有高的透过率，另一方面要保证栅网电极有一个尽可能低的接触电阻。背面做成BSF结构，以减小表面电子复合，印刷后要进行高温烧结。 (6)检测分选：为了保证产品质量的一致性，通常要对每个电池片测试，并按电流和功率大小进行分类，也可根据电池效率进行分级。 (7)包装入库：将分选好的电池片一部分可以进行包装，入库，准备外卖；其他的准备进入电池组件生产工序待用。