多晶硅太陽能電池優(yōu)缺點

重心已由單晶向多晶方向發(fā)展，主要原因為;[1]可供應(yīng)太陽電池的頭尾料愈來愈少;[2] 對太陽電池來講，方形基片更合算，通過澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料;[3]多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷取得進(jìn)展，全自動澆鑄爐每生產(chǎn)周期(50小時)可生產(chǎn)200公斤以上的硅錠，晶粒的尺寸達(dá)到厘米級;[4]由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展很快，其中工藝也被應(yīng)用于多晶硅電池的生產(chǎn)，例如選擇腐蝕發(fā)射結(jié)、背表面場、腐蝕絨面、表面和體鈍化、細(xì)金屬柵電極，采 用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可使柵電極的寬度降低到50微米，高度達(dá)到15微米以上，快速熱退火技術(shù)用于多晶硅的生產(chǎn)可大大縮短工藝時間，單片熱工序時間可在一分鐘之內(nèi)完成，采用該工藝在100平方厘米的多晶硅片上作出的電池轉(zhuǎn)換效率超過14%。據(jù)報道，在50~60微米多晶硅襯底上制作的電池效率超過16%。利用機(jī)械刻槽、絲網(wǎng)印刷技術(shù)在100平方厘米多晶上效率超過17%，無機(jī)械刻槽在同樣面積上效率達(dá)到16%，采用埋柵結(jié)構(gòu)，機(jī)械刻槽在130平方厘米的多晶上電池效率達(dá)到15.8%。

關(guān)于光的吸收

對于光吸收主要是:

(1)降低表面反射;

(2)改變光在電池體內(nèi)的路徑;

(3)采用背面反射。

對于單晶硅，應(yīng)用各向異性化學(xué)腐蝕的方法可在(100)表面制作金字塔狀的絨面結(jié)構(gòu)，降低表面光反射。但多晶硅晶向偏離(100)面，采用上面的方法無法作出均勻的絨面，目前采用下 列方法:

[1]激光刻槽

用激光刻槽的方法可在多晶硅表面制作倒金字塔結(jié)構(gòu)，在500~900nm光譜范圍內(nèi)，反射率為4~6%，與表面制作雙層減反射膜相當(dāng)。而在(100)面單晶硅化學(xué)制作絨面的反射率為11%。用激光制作絨面比在光滑面鍍雙層減反射膜層(ZnS/MgF2)電池的短路電流要提高4%左右，這主要是長波光(波長大于800nm)斜射進(jìn)入電池的原因。激光制作絨面存在的問題是在刻蝕中，表面造成損傷同時引入一些雜質(zhì)，要通過化學(xué)處理去除表面損傷層。該方法所作的太陽電池通常短路電流較高，但開路電壓不太高，主要原因是電池表面積增加，引起復(fù)合電流提高。

[2]化學(xué)刻槽

應(yīng)用掩膜(Si3N4或SiO2)各向同性腐蝕，腐蝕液可為酸性腐蝕液，也可為濃度較高的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，該方法無法形成各向異性腐蝕所形成的那種尖錐狀結(jié)構(gòu)。據(jù)報道，該方法所形成的絨面對700~1030微米光譜范圍有明顯的減反射作用。但掩膜層一般要在較高的溫度下形成，引起多晶硅材料性能下降，特別對質(zhì)量較低的多晶材料，少子壽命縮短。應(yīng)用該工藝在225cm2的多晶硅上所作電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16.4%。掩膜層也可用絲網(wǎng)印刷的方法形成。

[3]反應(yīng)離子腐蝕(RIE)

該方法為一種無掩膜腐蝕工藝，所形成的絨面反射率特別低，在450~1000微米光譜范 圍的反射率可小于2%。僅從光學(xué)的角度來看，是一種理想的方法，但存在的問題是硅表面損傷嚴(yán)重，電池的開路電壓和填充因子出現(xiàn)下降。

[4]制作減反射膜層

對于高效太陽電池，最常用和最有效的方法是蒸鍍ZnS/MgF2雙層減反射膜，其最佳厚度取決于下面氧化層的厚度和電池表面的特征，例如，表面是光滑面還是絨面，減反射工藝也有蒸鍍Ta2O5, PECVD沉積 Si3N3等。ZnO導(dǎo)電膜也可作為減反材料。

金屬化技術(shù)

在高效電池的制作中，金屬化電極必須與電池的設(shè)計參數(shù)，如表面摻雜濃度、PN結(jié)深，金屬材料相匹配。實驗室電池一般面積比較小(面積小于4cm2)，所以需要細(xì)金屬柵線(小于10微米)，一般采用的方法為光刻、電子束蒸發(fā)、電子鍍。工業(yè)化大生產(chǎn)中也使用電鍍工藝，但蒸發(fā)和光刻結(jié)合使用時，不屬于低成本工藝技術(shù)。

[1]電子束蒸發(fā)和電鍍

通常，應(yīng)用正膠剝離工藝，蒸鍍Ti/Pa/Ag多層金屬電極，要減小金屬電極所引起的串聯(lián)電阻，往往需要金屬層比較厚(8~10微米)。缺點是電子束蒸發(fā)造成硅表面/鈍化層介面損傷，使表面復(fù)合提高，因此，工藝中，采用短時蒸發(fā)Ti/Pa層，在蒸發(fā)銀層的工藝。另一個問題是金屬與硅接觸面較大時，必將導(dǎo)致少子復(fù)合速度提高。工藝中，采用了隧道結(jié)接觸的方法，在硅和金屬成間形成一個較薄的氧化層(一般厚度為20微米左右)應(yīng)用功函數(shù)較低的金屬(如鈦等)可在硅表面感應(yīng)一個穩(wěn)定的電子積累層(也可引入固定正電荷加深反型)。另外一種方法是在鈍化層上開出小窗口(小于2微米)，再淀積較寬的金屬柵線(通常為10微米)，形成mushroom-like狀電極，用該方法在4cm2 Mc-Si上電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到17.3%。此外，在機(jī)械刻槽表面也運(yùn)用了Shallow angle (oblique)技術(shù)。

形成方法

[1]發(fā)射區(qū)形成和磷吸雜

對于高效太陽能電池，發(fā)射區(qū)的形成一般采用選擇擴(kuò)散，在金屬電極下方形成重雜質(zhì)區(qū)域而在電極間實現(xiàn)淺濃度擴(kuò)散，發(fā)射區(qū)的淺濃度擴(kuò)散即增強(qiáng)了電池對藍(lán)光的響應(yīng)，又使硅表面易于鈍化。擴(kuò)散的方法有兩步擴(kuò)散工藝、擴(kuò)散加腐蝕工藝和掩埋擴(kuò)散工藝。如今采用選擇擴(kuò)散，15×15cm2電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16.4%，n++、n+區(qū)域的表面方塊電阻分別為20Ω和80Ω.

對于Mc-Si材料，擴(kuò)磷吸雜對電池的影響得到廣泛的研究，較長時間的磷吸雜過程(一般3~4小時)，可使一些Mc-Si的少子擴(kuò)散長度提高兩個數(shù)量級。在對襯底濃度對吸雜效應(yīng)的研究中發(fā)現(xiàn)，即便對高濃度的襯第材料，經(jīng)吸雜也能夠獲得較大的少子擴(kuò)散長度(大于200微米)，電池的開路電壓大于638mv, 轉(zhuǎn)換效率超過17%。

[2]背表面場的形成及鋁吸雜技術(shù)在Mc-Si電池中，背p+p結(jié)由均勻擴(kuò)散鋁或硼形成，硼 源一般為BN、BBr、APCVD SiO2:B2O8等，鋁擴(kuò)散為蒸發(fā)或絲網(wǎng)印刷鋁，800度下燒結(jié)所完成，對鋁吸雜的作用也開展了大量的研究，與磷擴(kuò)散吸雜不同，鋁吸雜在相對較低的溫度下進(jìn)行。其中體缺陷也參與了雜質(zhì)的溶解和沉積，而在較高溫度下，沉積的雜質(zhì)易于溶解進(jìn)入硅中，對Mc-Si產(chǎn)生不利的影響。而區(qū)域背場已應(yīng)用于單晶硅電池工藝中，但在多晶硅中，還是應(yīng)用全鋁背表面場結(jié)構(gòu)。

[3]雙面Mc-Si電池

Mc-Si雙面電池其正面為常規(guī)結(jié)構(gòu)，背面為N+和P+相互交叉的結(jié)構(gòu)，這樣，正面光照產(chǎn)生的但位于背面附近的光生少子可由背電極有效吸收。背電極作為對正面電極的有效補(bǔ)充，也作為一個獨(dú)立的栽流子收集器對背面光照和散射光產(chǎn)生作用，據(jù)報道，在AM1.5條件下，轉(zhuǎn)換效率超過19%。

對于Mc-Si，因存在較高的晶界、點缺陷(空位、填隙原子、金屬雜質(zhì)、氧、氮及他們的復(fù)合物)對材料表面和體內(nèi)缺陷的鈍化尤為重要，除前面提到的吸雜技術(shù)外，鈍化工藝有多種方法，通過熱氧化使硅懸掛鍵飽和是一種比較常用的方法，可使Si-SiO2界面的復(fù)合速度大大下降，其鈍化效果取決于發(fā)射區(qū)的表面濃度、界面態(tài)密度和電子、空穴的浮獲截面。在氫氣氛中退火可使鈍化效果更加明顯。采用PECVD淀積氮化硅正面十分有效，因為在成膜的過程中具有加氫的效果。該工藝也可應(yīng)用于規(guī)?；a(chǎn)中。應(yīng)用Remote PECVD Si3N4可使表面復(fù)合速度小于20cm/s。

1) 鋼化玻璃 其作用為保護(hù)發(fā)電主體(電池片)，透光其選用是有要求的， 1.透光率必須高(一般91%以上);2.超白鋼化處理

2) EVA 用來粘結(jié)固定鋼化玻璃和發(fā)電主體(電池片)，透明EVA材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發(fā)黃，從而影響組件的透光率，從而影響組件的發(fā)電質(zhì)量除了EVA本身的質(zhì)量外，組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不達(dá)標(biāo)，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強(qiáng)度不夠，都會引起EVA提早老化，影響組件壽命。

3) 電池片 主要作用就是發(fā)電，發(fā)電主體市場上主流的是晶體硅太陽電池片、薄膜太陽能電池片，兩者各有優(yōu)劣晶體硅太陽能電池片,設(shè)備成本相對較低，但消耗及電池片成本很高，但光電轉(zhuǎn)換效率也高，在室外陽光下發(fā)電比較適宜薄膜太陽能電池，相對設(shè)備成本較高，但消耗和電池成本 很低，但光電轉(zhuǎn)化效率相對晶體硅電池片一半多點，但弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也能發(fā)電，如計算器上的太陽能電池。

4) EVA 作用如上，主要粘結(jié)封裝發(fā)電主體和背板

5) 背板 作用，密封、絕緣、防水(一般都用TPT、TPE等材質(zhì)必須耐老化，組件廠家都質(zhì)保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒問題，關(guān)鍵就在與背板和硅膠是否能達(dá)到要求。)

6)鋁合金保護(hù)層壓件，起一定的密封、支撐作用

7) 接線盒 保護(hù)整個發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用，如果組件短路接線盒自動斷開短路電池串，防止燒壞整個系統(tǒng)接線盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內(nèi)電池片的類型不同，對應(yīng)的二極管也不相同。

8) 硅膠 密封作用，用來密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處有些公司使用雙面膠條、泡棉來替代硅膠，國內(nèi)普遍使用硅膠，工藝簡單，方便，易操作，而且成本很低。

多晶硅太陽能電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，但是多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約17-18%左右。從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。

單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)需要消耗大量的高純硅材料，而制造這些材料工藝復(fù)雜，電耗很大，在太陽能電池生產(chǎn)總成本中己超二分之一。加之拉制的單晶硅棒呈圓柱狀，切片制作太陽能電池也是圓片，組成太陽能組件平面利用率低。因此，80年代以來，歐美一些國家投入了多晶硅太陽能電池的研制。

(1)由于太陽能組件的輸出功率取決于太陽輻照度和太陽能電池溫度等因素，因此太陽能電池組件的測量在標(biāo)準(zhǔn)條件下(STC)進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)條件定義為: 大氣質(zhì)量AM1.5， 光照強(qiáng)度1000W/m2，溫度25℃。

(2)在該條件下，太陽能電池組件所輸出的最大功率稱為峰值功率，在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽能模擬儀測定。影響太陽能電池組件輸出性能的主要因素有以下幾點:

1)負(fù)載阻抗

2)日照強(qiáng)度

3)溫度

4)陰影

太陽能電池板廠家提供的數(shù)據(jù)是包用25年。

太陽能交流發(fā)電系統(tǒng)是由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成;太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)則不包括逆變器。為了使太陽能發(fā)電系統(tǒng)能為負(fù)載提供足夠的電源，就要根據(jù)用電器的功率，合理選擇各部件。下面以100W輸出功率，每天使用6個小時為例，介紹一下計算方法:

1.首先應(yīng)計算出每天消耗的瓦時數(shù)(包括逆變器的損耗):若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為90%，則當(dāng)輸出功率為100W時，則實際需要輸出功率應(yīng)為100W/90%=111W;若按每天使用5小時，則耗電量為111W*5小時=555Wh。

2.計算太陽能電池板:按每日有效日照時間為6小時計算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應(yīng)為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。

一、用戶太陽能電源

(1)小型電源10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等;(2)3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng);(3)光伏水泵:解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。

二、交通領(lǐng)域

如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標(biāo)志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。

三、通訊/通信領(lǐng)域

太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng);農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。

四、石油、海洋、氣象領(lǐng)域

石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣象/水文觀測設(shè)備等。

五、家庭燈具電源

如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。

六、光伏電站

10KW-50MW獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光(柴)互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。

七、太陽能建筑

將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。

八、其他領(lǐng)域包括

(1)與汽車配套:太陽能汽車/電動車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等;(2)太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng);(3)海水淡化設(shè)備供電;(4)衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。

多晶硅太陽能電池板構(gòu)成及各部分功能:

(1) 鋼化玻璃:其作用為保護(hù)發(fā)電主體(電池片)，透光選用的要求:

1、透光率必須高(一般91%以上);

2、超白鋼化處理

(2) EVA:目的是用來粘結(jié)固定鋼化玻璃和發(fā)電主體(如電池片)，透明EVA材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發(fā)黃，影響組件的透光率，從而影響組件的發(fā)電質(zhì)量。除了EVA本身的質(zhì)量外，組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不達(dá)標(biāo)，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強(qiáng)度不夠，都會引起EVA提早老化，影響組件壽命。

(3) 電池片:主要作用就是發(fā)電，發(fā)電主體市場上主流的是晶體硅太陽電池片、薄膜太陽能電池片，兩者各有優(yōu)劣晶體硅太陽能電池片,設(shè)備成本相對較低，但消耗及電池片成本很高，而且光電轉(zhuǎn)換效率也高，在室外陽光下發(fā)電比較適宜薄膜太陽能電池，相對設(shè)備成本較高，但消耗和電池成本很低，光電轉(zhuǎn)化效率相對晶體硅電池片一半多點，但弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也能發(fā)電，如計算器上的太陽能電池。

(4) 背板:作用是用來密封、絕緣、防水。一般都用TPT、TPE等材質(zhì)必須耐老化，大部分組件廠家都質(zhì)保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒問題，關(guān)鍵就在與背板和硅膠是否能達(dá)到要求。

(5) 鋁合金:保護(hù)層壓件，起一定的密封、支撐作用。

(6) 接線盒:其作用是保護(hù)整個發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用，如果組件短路接線盒自動斷開短路電池串，防止燒壞整個系統(tǒng)接線盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內(nèi)電池片的類型不同，對應(yīng)的二極管也不相同。

(7) 硅膠:密封作用，用來密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處有些公司使用雙面膠條、泡棉來替代硅膠，國內(nèi)普遍使用硅膠，工藝簡單，方便，易操作，而且成本很低。

1.用戶太陽能電源:(1)小型電源10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等;(2)3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng);(3)光伏水泵:解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。

2. 交通領(lǐng)域:如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標(biāo)志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。

3. 通訊/通信領(lǐng)域:太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng);農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。

4. 石油、海洋、氣象領(lǐng)域:石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣象/水文觀測設(shè)備等。

5.家庭燈具電源:如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。

6.光伏電站:10KW-50MW獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光(柴)互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。

7.太陽能建筑:將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。

8.其他領(lǐng)域包括:(1)與汽車配套:太陽能汽車/電動車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等;(2)太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng);(3)海水淡化設(shè)備供電;(4)衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。