你了解商业化高效晶硅光伏电池技术吗？

发表于：2016-02-01

2.2、PERL电池

PERL（Passivated Emitter，Rear Locally-Diffused）电池是钝化发射极、背面定域扩散太阳能电池的简称。设计是在PERC电池的基础上，在电池背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行定域掺杂。1990年，新南威尔士大学的J.Zhao在PERC电池结构和工艺基础上，在电池背面的接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，结构如图4所示。这种电池背面接触孔处的薄层电阻可降到20Ω/□以下。孔间距离也由2mm缩短为250μm，大大减少了横向电阻。如此，在0.5Ωcm和2Ωcm的p型硅片上制作的4cm2的PERL电池，效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。1993年该课题组又对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。

　　图4PERL电池基本结构

PERL电池具有高效率的原因在于：

（1）双面钝化：电池正面和背面都覆盖着热生长的SiO2层。发射极的表面钝化，一方面降低了表面态，另一方面减少了前表面的少子复合。而背面钝化的增加，使反向饱和电流密度Jo下降，同时光谱响应也得到较大的改善。

（2）淡磷、浓磷分区扩散：在金属栅指电极下进行浓磷扩散，可以满足栅指电极接触电阻小的要求；而在栅指之间大面积的受光区域内，进行淡磷扩散，只要调整好淡磷扩散的表面浓度及结深，就能同时满足横向电阻功耗小，且短波响应好两方面的要求。

（3）背面进行定域、小面积的硼扩散：如图4所示，背面电极采用了小面积的定域硼扩散p+区，显然，这将减少背电极的接触电阻，又给PERL电池增加了硼背面场，蒸铝的背电极本身又是一个很好的背反射器，从而进一步提高了电池的光电转换效率。

（4）电池正面采用“倒金字塔”结构：这种“倒金字塔”结构受光效果优于绒面结构及微槽结构，具有很低的反射率，从而提高了电池的Jsc。

目前这种电池技术是制造实验室高效太阳能电池的主要技术之一。但是，这种电池的制造过程相当烦琐，其中涉及到好几道光刻工艺，所以不是一个低成本的生产工艺，很难将且应用于大规模工业生产。

PERL电池的工艺流程为：

硅片→正面倒金字塔结构的光刻法制作→背面局域硼扩散→栅指电极接触区的浓磷扩散→正面淡磷扩散→SiO2减反射层的氧化→光刻背电极接触孔→光刻正面栅指电极引线孔→正面蒸发钛钯薄栅指电极→背面蒸发铝电极→正面镀银加厚栅指电极→退火→测试

2.3、HIT电池

1997年，日本三洋公司（Sanyo）推出了一种商业化的高效太阳能电池设计和制造方法，如图5所示。该电池以n-型晶体硅材料为基底材料，并在两侧沉淀本征层i-和p-及n-型非晶硅薄膜，形成n-型硅和非晶硅异质结结构（HIT）太阳电池。非晶硅（a-Si：H）材料的带宽在1.7eV左右，远大于晶体硅1.1eV的带宽，因此此种HIT电池结构对于电池表面有很好的钝化作用。

由于非晶硅几乎没有横向导电性能，因此必须在硅表面淀积一层大面积的透明导电膜（TCO）以有效地收集电池的电流。2003年时，这种电池的量产销率达到了19.5%。2009年5月，据宣称其单元转换效率已经达到23%。

一般制造这种电池的工艺温度不超过300℃。如果温度高于400℃，氢原子很容易从非晶硅材料内逸出，从而降低非晶硅材料的质量，影响电池的转换效率。另外，由于TCO层和非晶硅发射层的本征吸收，还可能影响电池的蓝光响应。此外，由于涉及到复杂的真空系统，制造工艺也相对复杂。