提高晶体硅太阳电池光电转换效率的方法
以减少各种损失为改善思路,提高晶硅太阳能电池转换效率主要有如下方法:
1、制作光陷阱结构。 硅表面的光反射损失在损失比例中占了相当大的比重。为了降低光反射损失,通常会采用化学腐蚀法在电池表面制作绒面结构,可将电池表面的反射率降低到10%以下。目前较为先进的制绒技术是反应等离子蚀刻技术(RIE)。另外,也可通过光刻的手段制作倒置金字塔陷光结构,虽然此方法能更有效的地降低光反射率,但成本比化学腐蚀制绒法高,因此不适合在生产上大规模使用。
倒置金字塔陷光结构
2、制作减反射膜。 在晶体硅表面制作一层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甚至完全抵消。减反射膜不但可进一步减少光反射损失,还能提高电池的电流密度并起到保护电池、提高电池稳定性的作用。目前,一般采用TiO2、SiO2、SnO2、ZnS、MgF2等材料在晶体硅太阳电池表面制作单层或双层减反射膜。
3、制作钝化层。 通过制作钝化层,可阻止载流子在一些高复合区域(如电池表面、电池表面与金属电极的接触处)的复合行为,从而提高电池的转换效率。一般会采用热氧钝化、原子氢钝化,或利用磷、硼或铝在电池的表面进行扩散钝化。热氧钝化是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;原子氢钝化是因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。
4、增加背场。 可通过蒸铝烧结、浓硼或浓磷扩散的工艺在晶体硅电池上制作背场。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,在P+/P的界面就产生了一个由P区指向P+的内建电场,不但可建立一个与光生电压极性相同的内建电场,提高电池的开路电压,还能增加光生载流子的扩散长度,提高电池的短路电流,同时可降低电池背表面的复合率,提高电池的转换效率。
5、改善衬底材料。 使用高纯的硅材料,可降低因晶体结构中缺陷所导致的光生载流子复合。比如,使用载流子寿命长、制结后硼氧反应小、电导率好、饱和电流低的n型硅材料制作高效电池。
当前高效晶硅电池生产技术
基于以上几种提高晶体硅太阳电池转换效率的工艺,目前在业界内应用较为广泛的高效晶体硅太阳电池技术主要有:PERC电池技术、N型电池技术、IBC电池技术、MWT电池技术、HIT电池技术等。
“高效电池生产技术”主要技术内容:开发电池效率达到22%以上的高效电池生产技术,包括重点背场钝化(PERC)电池、金属穿孔卷绕(MWT)电池、N型电池、异质结电池(HIT)、背接触电池(IBC)电池、叠层电池、双面电池等,并实现产业化生产。