晶硅太陽能電池介紹內容晶硅太陽能電池簡介與分類晶硅太陽能電池發展晶硅太陽能電池工藝新型晶硅太陽能電池硅基太陽能電池發展方向及前景晶硅太陽能電池簡介與分類

太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。也是清潔能源，不產生任何的環境污染。在太陽能的有效利用中；太陽能光電利用是近些年來發展最快，最具活力的研究領域，是其中最受矚目的項目之一。制作太陽能電池主要是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發生內光電效應，將光能轉換為電能。根據所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅基太陽能電池和薄膜電池，目前產業化主要以硅基太陽能電池為主，其中單晶硅太陽能電池受到了廣泛關注與應用晶硅太陽能電池簡介與分類硅基太陽能電池產業化模式晶硅太陽能電池簡介與分類

太陽能電池發電的原理主要是半導體的內光電效應，一般的半導體主要結構如下：當硅晶體中摻入其他的雜質，如硼、磷等，當摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照上圖

同樣，摻入磷原子以后，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非常活躍，形成N型半導體。黃色的為磷原子核，紅色的為多余的電子。如上圖圖中，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。

晶硅太陽能電池簡介與分類當P型和N型半導體材料結合時，P型（N型）材料中的空穴（電子）向N型（P型）材料這邊擴散，擴散的結果使得結合區形成一個勢壘，由此而產生的內電場將阻止擴散運動的繼續進行，當兩者達到平衡時，在PN結兩側形成一個耗盡區（即PN結）。當晶片受光后，PN結中，N型半導體的空穴往P型區移動，而P型區中的電子往N型區移動，從而形成從N型區到P型區的電流。然后在PN結中形成電勢差，這就形成了電源。晶硅太陽能電池簡介與分類硅基太陽能電池是指以硅為基本原料制造的太陽電池，其中包括:1.單晶硅太陽能電池2.多晶硅太陽能電池3.冶晶硅太陽電池4.非晶硅薄膜太陽能電池5.非晶/微晶硅疊層太陽能電池6.多晶硅薄膜太陽能電池2013-2020年全球光伏市場規模走勢圖晶硅太陽能電池發展1839年，法國科學家貝克雷爾發現液體的光生伏特效應1917年，波蘭科學家切克勞斯基發明CZ技術，后經改良發展成為太陽能用單晶硅的主要制備方法。???1941年，奧爾在硅材料上發現了光伏效應。1954年，美國科學家恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽能電池。???1955-1975年，由于單晶電池成本較高，產業界不斷致力于降低晶體制造成本，并提出鑄錠單晶工藝1976年，鑄錠單晶技術失敗，德國瓦克公司率先將鑄錠多晶用于太陽能電池生產，犧牲晶體品質以降低發電成本。??2005-2010年，多晶電池技術基于相對便宜的成本快速擴大份額。2013年，松下HIT單晶電池轉換效率達到25.6%，突破了光伏產業界最高理論效率極限，人們再次評估各種技術的性能和成本區間2013-2015年，采用單晶組件與采用多晶組件的電站單位投資成本持平。晶硅太陽能電池工藝

制造太陽電池片，首先要對經過清洗的硅片，在高溫石英管擴散爐對硅片表面作擴散摻雜，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。目的是在硅片上形成P/N結。然后采用絲網印刷法，用精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經過燒結，同時制成背電極，并在有柵線的面涂覆減反射膜，單晶硅太陽電池的單體片就制成了。單體片經過檢測，即可按所需要的規格組裝成太陽電池組件（太陽電池板），用串聯和并聯的方法構成一定的輸出電壓和電流。最后用框架和裝材料進行封裝，組成各種大小不同太陽電池陣列。目前大規模生產的單晶硅太陽電池的光電轉換效率為20％左右，實驗室成果也有24％以上的。晶硅太陽能電池工藝-制絨制絨的目的1.去除硅片表面的機械損傷層2.清除表面油污和金屬雜質3.形成起伏不平的絨面，增加硅片對太陽光的吸收。單晶制絨原理：單晶硅片在一定濃度范圍的堿溶液中被腐蝕時是各向異性的，不同晶向上的腐蝕速率不一樣。利用這一原理，將特定晶向的單晶硅片放入堿溶液中腐蝕，即可在硅片表面產生出許多細小的金字塔狀外觀，這一過程稱為單晶堿制絨。晶硅太陽能電池工藝-制絨晶硅太陽能電池工藝-擴散擴散的目的：形成P-N結采用攜帶法將POCl3液態源代入擴散爐內，在高溫加熱的情況下實現擴散：5POCl33PCl5+P2O5(>600℃）2P2O5+SiO25SiO2+4P氧氣（O2）：對三氯氧磷進行氧化大氮（N2）：保護氣體，防止硅片氧化，維持擴散爐管內的氣體均勻流動小氮（N2）：將三氯氧磷吹進石英管，控制P源濃度三氯氧磷（POCl3）：擴散P源，溫度控制在20℃單晶硅太陽能電池的工藝-擴散插片進舟回溫氧化預沉積升溫推井降溫出舟外觀檢查卸片注意事項：1.卸片時要注意是否有隱裂片和偏磷酸片，要及時測試硅片方阻2.一旦發現三氯氧磷泄露，操作人員迅速脫離現場，由專業人員對現場進行處理。單晶硅太陽能電池的工藝-擴散單晶硅太陽能的工藝-刻蝕刻蝕的作用：去除擴散后硅片四周的N型硅，磷硅玻璃（目前采用濕法刻蝕）濕法刻蝕原理：HNO3氧化生成SiO2，HF再去除SiO2，水在張力的作用下吸附在硅片表面：4HNO3+3Si3SiO2+4NO+2H2OSiO2+4HFSiF4+2H2OSiF4+2HFH2SiF6上片操作方向，帶速1.34m/min單晶硅太陽能電池的工藝-刻蝕單晶硅太陽能電池的工藝-PECVD采用PECVD（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition）技術沉積SiNx薄膜可以顯著減少光的反射，且對硅片表面和體內進行鈍化。優點：（1）折射率大（2）掩蔽作用好（3）沉積溫度低（4）增強鈍化效果；原理：利用輝光放電產生低溫等離子體，在低氣壓下將硅片置于輝光放電的陰極上，借助輝光放電加熱硅片，使硅片達到預定溫度，然后通入適量的反應氣體，氣體經過一系列反應，在硅片表面形成固體薄膜。PECVD：2NH32NH22-+NH-+3H+3SiH43SiH3-+SiH22-+6H+SiH4+NH3SixNyHz+H2等離子體，350℃-450℃PECVD可分為直接式和間接式兩種，直接式PECVD裝置一般為微波激發，激發頻率為2.45GHZ，間接式PECVD裝置一般為射頻激發，車間所用該裝置頻率為40KHz單晶硅太陽能電池工藝-PECVD空氣或玻璃n0=1or1.5SiN減反膜的最佳折射率n1為1.9或2.3硅n2=3.87在左圖中示出了四分之一波長減反射膜的原理。從第二個界面返回到第一個界面的反射光與從第一個界面的反射光相位相差180度，所以前者在一定程度上抵消了后者。即n1d1=λ/4單晶硅太陽能電池發展單晶硅太陽能電池工藝-絲網印刷上料背電極印刷烘干背電場印刷烘干正電極印刷烘干燒結質檢測試分選注意事項：（1）監控濕重，注意柵線的寬度（2）保證印刷臺面平整度和清潔（3）合理設置印刷參數（4）漿料粘度合適，網版清潔晶硅太陽能電池工藝-絲網印刷Al背電場：由于光生載流子受到背電場加速，增加了載流子的有效擴散長度，同時還能驅使少數載流子離開表面，降低復合率，其結果既增加了短路電流，又降低了暗電流，同時還減小了接觸電阻Ag電極：能與硅形成歐姆接觸，接觸性好，導電率高，接觸牢固和化學穩定性好漿料燒結原理：當電極漿料里的金屬材料和半導體硅材料加熱到共晶溫度以上時，晶體硅原子以一定比例溶入熔融的電極合金材料中。合晶溫度升高到一定值后，溫度開始降低，溶入電極金屬材料中的硅原子重新再結晶，在金屬和晶體的接觸面上生長一層外延層，當外延層內含有足夠的與基質硅材料導電類型相同的雜質量時，雜質濃度將高于基質硅材料的雜質濃度，則可以形成PP+或NN+濃度結，外延層與金屬接觸處形成歐姆接觸。新型晶硅太陽能電池黑硅電池黑硅電池，就是顏色比常規的藍色晶硅電池要深很多，呈黑色的太陽電池，其核心是通過刻蝕技術在常規硅片表面制絨的基礎上，形成類似錐狀結構的納米級小絨面，表面形貌見下圖，從而加大陷光的效果，降低反射率，這也是電池呈現黑色的原因。

常規多晶制絨后表面形貌黑硅電池的刻蝕技術分為兩類，干法刻蝕和濕法刻蝕，干法刻蝕主要包括RIE(反應離子刻蝕）、激光刻蝕；濕法主要包括MCCE(金屬離子輔助刻蝕）、電子化學刻蝕。目前黑硅電池使用的主要是RIE法和MCCE法，可將電池效率提高0.5%-0.8%。新型晶硅太陽能電池PERC電池與傳統電池相比較，在電池背面增加了Al2O3/SiNx絕緣鈍化層，然后利用激光在鈍化層上形成接觸圖形，實現與背面電極的接觸。PERC電池PERC電池結構圖Al2O3與SiO2等鈍化膜層不同的是，它具有大量固定負電荷，對于p型層來說，除了具有良好的化學鈍化外，還有顯著的場鈍化作用。因此這種結構可以極大的減小背面復合速率，有效提高電池的開路電壓和短路電流。使最終轉換效率有明顯提升。新型晶硅太陽能電池PERT/PERL電池

在電池的背面和正面進行相反類型的全擴散，形成鈍化發射極背面全擴散的PERT電池，在電池的背面定域摻雜，即在電極與襯底的接觸處進行濃摻雜，不接觸區域不摻雜。得到鈍化發射極背面定域擴散電池，也就是PERL電池。背面全擴散局部定域擴散新型晶硅太陽能電池

IBC電池也就是叉指形背接觸電池，是一種背結背接觸的電池。

它是在電池背面分別進行磷和硼的局部摻雜，形成叉指形交叉排列的p+發射極和n+背表面場。同時發射區電極和基區電極也呈交叉排列在背面。

IBC電池制作的難點和核心是如何在電池背面制備出質量好、呈叉指狀間隔排列的p區和n區IBC電池新型晶硅太陽能電池

HIT電池是日本三洋公司推出的一種結構對稱，工藝設備和步驟較少的電池。主要工藝包括硅片的正面沉積很薄的本征α-Si:H層和p型α-Si:H，然后在硅片的背面沉積薄的本征α-Si:H層和n型α-Si:H層；利用濺射技術在電池的兩面沉積透明氧化物導電薄膜（TCO）。HIT電池HIT電池結構圖雖然HIT電池的工藝流程較簡單，但是由于采用了薄膜沉積的技術，需要用到高要求的真空設備，投資較高。另外，要獲得優良低界面態的非晶硅/晶體硅界面，對工藝環境和操作要求也較高。新型晶硅太陽能電池

TOPcon電池由Fraunhofer研究所研制成功，它主要是在n型硅片的背表面生長一層1.4nm左右的隧道SiOx層，然后沉積摻雜磷的非晶硅或者多晶硅薄層，退火后，兩者共同形成鈍化接觸結構。TOPCon電池TOPCon電池結構圖硅基太陽能電池發展方向及前景光伏在過往的幾年取得了巨大的發展，而且在未來十年必將有更大的發展，會有現在10倍的規模。現在不同的技術，在市面上有不