晶硅電池在過(guò)去20年里有了很大發(fā)展,許多新技術(shù)的采用和引入使太陽(yáng)電池效率有了很大提高。在早期的硅電池研究中,人們探索各種各樣的電池結(jié)構(gòu)和技術(shù)來(lái)改進(jìn)電池性能,如背表面場(chǎng),淺結(jié),絨面,氧化膜鈍化,Ti/Pd金屬化電極和減反射膜等。后來(lái)的高效電池是在這些早期實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)上的發(fā)展起來(lái)的。
單晶硅高效電池
單晶硅高效電池的典型代表是斯但福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池(PCC),新南威爾士大學(xué)(UNSW)的鈍化發(fā)射區(qū)電池(PESC,PERC,PERL以及德國(guó)Fraumhofer太陽(yáng)能研究所的局域化背表面場(chǎng)(LBSF)電池等。
我國(guó)在“八五”和“九五”期間也進(jìn)行了高效電池研究,并取得了可喜結(jié)果。近年來(lái)硅電池的一個(gè)重要進(jìn)展來(lái)自于表面鈍化技術(shù)的提高。從鈍化發(fā)射區(qū)太陽(yáng)電池(PESC)的薄氧化層(<10nm)發(fā)展到PCC/PERC/PER1。電池的厚氧化層(110nm)。此外,表面V型槽和倒金字塔技術(shù),雙層減反射膜技術(shù)的提高和陷光理論的完善也進(jìn)一步減小了電池表面的反射和對(duì)紅外光的吸收。低成本高效硅電池也得到了飛速發(fā)展。
。1)新南威爾士大學(xué)高效電池
。ˋ)鈍化發(fā)射區(qū)電池(PESC):PESC電池1985年問(wèn)世,1986年V型槽技術(shù)又被應(yīng)用到該電池上,效率突破20%。V型槽對(duì)電池的貢獻(xiàn)是:減少電池表面反射;垂直光線(xiàn)在V型槽表面折射后以41”角進(jìn)入硅片,使光生載流子更接近發(fā)射結(jié),提高了收集效率,對(duì)低壽命襯底尤為重要;V型槽可使發(fā)射極橫向電阻降低3倍。由于PESC電池的最佳發(fā)射極方塊電阻在150 Ω/口以上,降低發(fā)射極電阻可提高電池填充因子。
在發(fā)射結(jié)磷擴(kuò)散后,Al層沉積在電池背面,再熱生長(zhǎng)10nm表面鈍化氧化層,并使背面Al和硅形成合金,正面氧化層可大大降低表面復(fù)合速度,背面Al合金可吸除體內(nèi)雜質(zhì)和缺陷,因此開(kāi)路電壓得到提高。早期PESC電池采用淺結(jié),然而后來(lái)的研究證明,淺結(jié)只是對(duì)沒(méi)有表面鈍化的電池有效,對(duì)有良好表面鈍化的電池是不必要的,而氧化層鈍化的性能和鋁吸除的作用能在較高溫度下增強(qiáng),因此最佳PEsC電池的發(fā)射結(jié)深增加到1µm左右。值得注意的是,目前所有效率超過(guò)20%的電池都采用深結(jié)而不是淺結(jié)。淺結(jié)電池已成為歷史。
PEsC電池的金屬化由剝離方法形成Ti-pd接觸,然后電鍍Ag構(gòu)成。這種金屬化有相當(dāng)大的厚/寬比和很小的接觸面積,因此這種電池可以做到大子83%的填充因子和20.8%(AM1.5)的效率。
。˙)鈍化發(fā)射區(qū)和背表面電池(PERC):鋁背面吸雜是PEsC電池的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。然而由于背表面的高復(fù)合和低反射,它成了限制PESC電池技術(shù)進(jìn)一步提高的主要因素。PERC和PERL電池成功地解決了這個(gè)問(wèn)題。它用背面點(diǎn)接觸來(lái)代替PEsC電池的整個(gè)背面鋁合金接觸,并用TCA(氯乙烷)生長(zhǎng)的110nm厚的氧化層來(lái)鈍化電池的正表面和背表面。TCA氧化產(chǎn)生極低的界面態(tài)密度,同時(shí)還能排除金屬雜質(zhì)和減少表面層錯(cuò),從而能保持襯底原有的少子壽命。由于襯底的高少子壽命和背面金屬接觸點(diǎn)處的高復(fù)合,背面接觸點(diǎn)設(shè)計(jì)成2mm的大間距和2001Lm的接觸孔徑。接觸點(diǎn)間距需大于少子擴(kuò)散長(zhǎng)度以減小復(fù)合。這種電池達(dá)到了大約700mV的開(kāi)路電壓和22.3%的效率。然而,由于接觸點(diǎn)間距太大,串聯(lián)電阻高,因此填充因子較低。
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