单晶硅多晶硅非晶硅薄膜太阳能电池的工作原理及区别硅太阳能.PDF

单晶硅、 多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池 的工作原理及区别 硅太阳能电池的外形及基本结构如图 1。其中基本材料为 P 型单晶硅，厚度 为 0.3 —0.5mm左右。上表面为 N+型区，构成一个 PN＋结。顶区表面有栅状金属电 极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与 N＋区和 P 区形成欧姆接触，整个上 表面还均匀覆盖着减反射膜。 当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽 度的光子在 N+区，PN＋结空间电荷区和 P 区中激发出光生电子——空穴对。 各区中 的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于 N＋区，光生空穴留于 P 区，在 PN＋结的两侧形成正负电荷的积累， 产生光生电压， 此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从 P 区经负载流至 N＋ 区，负载中就有功率输出。 太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。靠近顶区湿产生阳光电流对 短波长的紫光 （或紫外光）敏感，约占总光源电流的 5－10％ （随N＋区厚度而变）， PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占 5 ％左右。电池基体域 产生的光电流对红外光敏感，占 80－90 ％，是光生电流的主要组成部分。 2. 单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工 艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳能电池以高纯的单晶硅 棒为原料， 纯度要求 99.999 ％。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等 采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工 的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。将单晶硅 棒切成片，一般片厚约 0.3 毫米。硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工 的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量 的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就在硅片上形成 PN结。然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时 制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反 射掉，至此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按 所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成 一定的输出电压和电流，最后用框架和封装材料进行封装。用户根据系统设计，可 将太阳能电池组件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。目 前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为 15％左右，实验室成果也有 20％以上的。 用于宇宙空间站的还有高达 50%以上的太阳能电池板。 另外硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，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热的加工处理工艺基 础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟， 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。 并在表面把一 13nm。厚的氧 化物钝化层与两层减反射涂层相结合． 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%，是大值可达 23．3 ％。Kyocera 公司制备的大面积（ 225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为