晶体硅太阳电池工艺技术.ppt

一、晶体硅太阳电池工艺原则高效化低成本大批量第2页,共20页，星期六，2024年，5月二、表现方式2.1大片化，薄片化，高效化大片化多晶硅片210*210（mm）面积441cm2单晶硅片156*156（mm）面积239.9cm2第3页,共20页，星期六，2024年，5月

2.2薄片化≥220μ薄片化是把双刃剑，薄片化可以降低成本。但是，碎片率会增加。国际上晶片供应商都是朝220μ方向看齐，薄片化会对第三世界太阳电池生产商而言会形成一道强大技术壁垒。第4页,共20页，星期六，2024年，5月中国有可能在未来156×156（mm）单晶硅片生产上，占有让国际光伏圈内不可小视的一席之地。中国有批量生产8吋单晶炉设备的厂家；各地已有不少厂家在上8吋单晶炉，150×150（mm）晶片已问世。高邮江苏顺大半导体发展有限公司拉的8吋单晶，镇江环太硅科技公司切片；无锡尚德太阳能电力有限公司刚之竣工一条年产25MW，生产单晶硅和多晶硅156×156（mm）、150×150（mm）太阳电池生产线。第5页,共20页，星期六，2024年，5月三、光伏技术的发展晶体硅太阳电池是光伏行业的主导产品，占市场份额的90%，尤其是多晶硅太阳电池的市场份额已远超过单晶硅电池的市场份额，自从六十年代太阳能电池作为能源应用于宇航技术以来，太阳能电池的技术得到非常迅速的发展，单晶硅太阳能电池的转换效率已接近25%，多晶硅太阳能电池的转换效率已接近20%。图1显示了单晶硅太阳能电池转换效率的发展过程，1980年以后的转换效率的世界纪录主要由澳大利亚新南威尔斯大学保持。第6页,共20页，星期六，2024年，5月图1单晶硅太阳能电池转换效率的发展过程第7页,共20页，星期六，2024年，5月3.1实验室高效太阳能电池的研究

太阳能电池是一种少数载流子工作器件，当光照射到一个P－型半导体的表面上，光在材料内的吸收产生电子与空穴对。在这种情况下，电子是少数载流子，它的寿命定义为从其产生到其与空穴复合之间所生存的时间。少数载流子在电池内的寿命决定了电池的转换效率。因此要提高电池的转换效率，就必须设法减少少数载流子在电池内的复合，从而增加少数载流子的寿命。影响少数载流子寿命的因素有:1）体内复合；2）表面复合；3）电极区复合。第8页,共20页，星期六，2024年，5月

1）体内复合减少晶体硅体内的复合，首先要选用适当的掺杂浓度的衬底材料。一般太阳能电池制造所用的硅片的电阻率在0.5到1?cm左右。提高晶体的质量，减少缺陷和杂质，是提高少数载流子寿命的重要手段。吸杂(gettering)工艺能有效的提高材料的质量。钝化(passivation)工艺能有效地减少晶体缺陷对少数载流子寿命的影响。第9页,共20页，星期六，2024年，5月

2）表面复合减少表面复合通常采用在硅表面生成一层介质膜如二氧化硅(SiO2)和氮化硅(SiN)。这种介质膜完善了晶体表面的悬挂键，从而达到表面钝化的目的。如果这种介质膜生成在n－型硅的表面，由于在这些介质膜内固有的存在作一些正离子，这些正离子排斥了少数载流子空穴向表面移动。另外一种表面钝化的方法是在电池表面形成高－低结(high-lowjunction)。这种结在表面产生一个电场,从而排斥了少数载流子空穴向表面移动。第10页,共20页，星期六，2024年，5月

3）电极区复合减少电极区的复合可采用将电极区的掺杂浓度提高，从而降低少数载流子在电极区的浓度。减少载流子在此区域的复合。第11页,共20页，星期六，2024年，5月基于以上提高电池转换效率的途径，派生了多种高效晶体硅太阳能电池的设计和制造工艺。其中包括PESC电池（发射结钝化太阳电池）和表面刻槽绒面PESC电池；背面点接触电池（前后表面钝化电池）；PERL电池（发射结钝化和背面点接触电池）。由这些电池设计和工艺制造出的电池的转换效率均高于20%，其中保持世界记录（24.7%）的单晶硅和多晶硅电池（19.8%）的转换效率均是由PERL电池实现的。第12页,共20页，星期六，2024年，5月图5显示了由澳大利亚新南威尔斯大学设计和制造的高效晶体硅太阳能电池（PERL）示意图。图5：实验室高效太阳能电池结构示意图第13页,共20页，星期六，2024年，5月实验室高效太阳能电池的结构具有以下特点：1)表面采用了倒金字塔结构进一步减小光在前表面的反射并更有效地将进入硅片的光