（必威体育精装版）太阳能电池片技术发展的现状和趋势.docVIP

太阳能电池片生产技术的发展和趋势 LED光伏电子项目部 2009/2/22 1 太阳能电池片的生产工艺 1.1 太阳能电池的工作原理 典型的太阳电池本质上是一个大面积半导体二极管，它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时,其中能量大于禁带宽度Eg的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成自由电子,价带中留下带正电的自由空穴，即电子- 空穴对，通常称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到pn 结的空间电荷区,被该区的内建电场分离电子被扫到电池的n型一侧，空穴被扫到电池的p型一侧，从而在电池上下两面(两极) 分别形成了正负电荷积累，产生“光生电压”,即“光伏效应”（photovoltaic effect）若在电池两侧引出电极并接上负载,负载中就有“光生电流”通过，得到可利用的电能,这就是太阳电池的工作原理，如图1 所示。 图1 太阳电池的工作原理 光伏效应是1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到的。1876年在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。硅光电池的报道出现于1941年1954年，贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6 %的单晶硅光电池，为太阳能光伏发电奠定了技术基础，成为现代太阳电池时代的划时代标志。作为能源,硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10。多年里,硅太阳电池在空间应用中不断扩大，工艺不断改进,电池设计逐步定型。70年代初，许多新技术引入电池制造工艺,转换效率有了很大提高。与此同时,硅太阳电池开始引入地面应用，70年代末，地面太阳电池产量已经超过了空间电池产量,促使成本不断降低。80年代初，硅太阳电池发展进入快速发展时期，技术进步和研究开发使太阳电池效率进一步提高，商业化生产成本持续降低，应用不断扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后开发出各种不同结构的电池，如肖特基(MS) 电池、MIS 电池、MINP 电池、异质结电池等，其中同质p2n 结电池自始至终占着主导地位，其他结构电池对太阳电池的发展也产生了重要影响。在材料方面,有晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、砷化镓薄膜电池等，由于薄膜电池被认为是未来大幅度降低成本的根本出路,因此成为太阳电池研发的重点方向和主流，在技术上得到快速发展,并逐步向商业化生产过渡，多晶硅薄膜电池和Gratzel电池在90年代中后期开始成为薄膜电池的研发热点,技术发展比较迅速。 1.2 太阳能电池的生产工艺 太阳能电池的生产流程大致可分为五个步骤： a、硅料的提纯 b、硅锭的制造 c、硅锭的切片 d、电池的制作 e、电池的封装。 下图为太阳能电池的生产工艺流程图： 硅片清洗 硅片清洗 烘干 P-N结 沉积防 反射层 印刷 电极 划片 串、并 联焊接 层压 装配件 产品出厂 2 晶硅电池的技术发展 2.1 地面应用推动各种新型电池的出现和发展 单晶硅电池在70年代初引入地面应用，在石油危机和降低成本的推动下,太阳电池开始了一个蓬勃发展时期，这个时期不但出现了许多新型电池，而且引入了许多新技术。例如： (1) 背表面场(BSF) 电池———在电池背面接触区引入同型重掺杂区，使电池的开路电压、短路电流和填充因子得到改进，提高了电池效率。 (2) 紫光电池———这种电池最早是为通讯卫星开发的,因其浅结、密栅、减反射而获得高效率。 (3) 表面织构化电池———也称绒面电池，最早也是为通信卫星开发的,电池效率η≥18 %。这种技术后来被高效电池和工业化电池普遍采用。 (4) 异质结太阳电池———即不同半导体材料形成的太阳电池，如SnO2/Si，In203/Si，ITO(In203+SnO2)/Si电池等。由于SnO2、In203、ITO等带隙宽、透光性好、制作工艺简单，曾引起许多研究者的兴趣， 目前这类电池因其效率不高等问题研究得不多，但SnO2 、In203 、ITO是许多薄膜电池的重要构成部分，用作收集电流和窗口材料。 (5) MIS电池———是肖特基(MS) 电池的改型，即：在金属(M)和半导体(S)之间加入15—30A绝缘层，使MS电池由多数载流子支配暗电流变成少数载流子隧穿支配暗电流,其中I 层起到减少表面复合的用，这种电池的优点是工艺简单,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MIS电池和p2n 结的结合，其中氧化层对表面和晶界复合起到抑制作用，这种电池后来过渡到高效电池。 (7) 聚光电池———聚光电池的特点一是电池面积小,二是因开路电压在高光强下升高而使电池效率有所提高,因此有降低成本的潜力,美国斯坦福大学的点接触聚光电池是这类电池的典型，聚光比为140