晶體硅太陽電池制作流程
太陽電池基本結(jié)構(gòu):
一個(gè)單一的晶體硅電池輸出電壓在0.5V左右,而其最大輸出功率則與太陽電池效率和表面積有關(guān)。如,一個(gè)接受光面積約為100cm2,效率為15%的太陽電池的最大輸出功率僅為1.5W左右。達(dá)到一般應(yīng)用要求,必須將許多太陽電池串聯(lián)及并聯(lián)在一起,形成所謂的模組(module)。并聯(lián)的目的是為了增加輸出功率,串聯(lián)的目的在于提高輸出電壓,進(jìn)一步的串聯(lián)或并聯(lián)則可形成
陣列安排(array)。
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在一把的太陽電池應(yīng)用系統(tǒng)上,還包括蓄電池(storagebattery)、功率調(diào)節(jié)器(powerconditioner)和安裝固定結(jié)構(gòu)(mountingstructures)等周邊設(shè)施,統(tǒng)稱為平衡系統(tǒng)(balanceofsystem)。隨材料和制造技術(shù)不同,太陽電池的架構(gòu)會有不同變化,但最基本的結(jié)構(gòu)可分為基板、PN二極管、抗反射層、表面粗糙結(jié)構(gòu)化和金屬電極等五個(gè)主要部分。
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為達(dá)到最佳的轉(zhuǎn)換效率,主要考慮的因素有:減低太陽光的表面反射;減低任何形式的載流子再結(jié)合(carrierrecombination);金屬電極接觸最優(yōu)化。
基板:
在晶體硅太陽電池中,以單晶硅能達(dá)到的能量轉(zhuǎn)換效率最高。要達(dá)到最優(yōu)的能量轉(zhuǎn)換效率,所使用的基板的品質(zhì)最為關(guān)鍵,這里的品質(zhì)指基板應(yīng)具有很好的結(jié)晶完美性、最低的雜質(zhì)污染等。就品質(zhì)的完美性而言,所有的結(jié)晶硅中以FZ硅片(FloatZoneSilicon)最佳,而CZ硅片次之。在低成本的要求下,多晶硅片(multicrystalline)甚至比單晶硅更為廣泛使用。多晶硅片中的內(nèi)部缺陷,例如晶界(grainboundaries)及差排(dislocation),使得能量轉(zhuǎn)換效率不如CZ單晶硅片。
少數(shù)載流子的壽命是影響能量轉(zhuǎn)換效率的重要因素之一。而晶體硅中少數(shù)載流子的壽命主要受金屬雜質(zhì)的影響,金屬雜質(zhì)越高,壽命越短,能量轉(zhuǎn)換效率越低。除了起始基板本身的金屬雜質(zhì)外,太陽電池的高溫制備過程中也會引入雜質(zhì)。除了嚴(yán)格控制制備過程以去除雜質(zhì)污染外,另一重要技術(shù)是引入去疵技術(shù)(Getteringtechnology),去降低金屬雜質(zhì)對少數(shù)載流子壽命的影響。此外,利用氫氣鈍化處理(passivation),也是提高能量轉(zhuǎn)換效率的有效方法。
最常用的晶體硅基板,是P型摻雜,即添加硼(Boron)。當(dāng)然,N型晶體硅也可以被用來當(dāng)作基板,只不過現(xiàn)有的太陽電池技術(shù)大多采用P型硅而設(shè)計(jì)。
使用電阻率較低的晶體硅基板,會降低太陽電池的串聯(lián)電阻(seriesresistance)而導(dǎo)致的能量損耗,目前工業(yè)界常用的晶體硅基板的電阻率為0.5~30ohm·cm。晶體硅基板的厚度也會影響太陽電池的效率。
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表面結(jié)構(gòu)粗糙化(Texturing):
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逆金字塔(倒金字塔)狀的凹槽,一般是利用NaOH或KOH堿性液對硅晶體表面進(jìn)行蝕刻。
PN二極體是光伏效應(yīng)的來源,由高溫?cái)U(kuò)散產(chǎn)生。在P型晶體硅基板上做N型擴(kuò)散,或是在N型基板上做P型擴(kuò)散而產(chǎn)生的。一般的N型擴(kuò)散只有約0.5μm左右的厚度,而且是在基板做完粗糙化處理后才進(jìn)行的。
除了將晶體硅表面做粗糙織構(gòu)化之外,在表面涂布抗反射層是降低反射損失的另一有效方式,即在硅晶體表面涂布一層低折射系數(shù)的透明材料。常用TiO2、SiN、SiO、Al2O3、SiO2、CeO2等。折射率為硅折射率的平方根最好,厚度d=nλ/4最好,反射的情況可被降至最低。
在太陽電池中,金屬接觸必須被用來取出產(chǎn)生光電的載流子,而且這種作用必須是選擇性的,即只允許一種形態(tài)的載流子由硅表面流向金屬,但阻止另外一種形態(tài)的載流子流通。
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基本的太陽電池制造流程:1表面結(jié)構(gòu)粗糙化,2磷擴(kuò)散制作,3邊緣絕緣處理,4抗反射層涂布,5正面電極網(wǎng)印,6背面電極網(wǎng)印
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