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光伏发电论文：光伏发电方法的进展探析
本文作者：吴福保、王湘艳 单位：国网电科院清洁能源发电争论所
硅基太阳电池技术
硅基太阳电池是目前商业化最成熟的太阳电池。依据硅的晶体结构,硅基太阳电池可以分为晶体硅和非晶硅电图1)目前保持着单晶硅电池效率的最高纪录。PERL电池接受背面点接触来代替PESC电池的整个背面铝合金接触,并在背面接触点下增加了一个浓硼集中层,可以减小金属接触电阻,与PERC电池相比由于硼集中层减小了有效表面复合,接触点间距可以从2mm减小到250μm,接触孔径从200μm减小到10μm而不增加背表面的复合,从而大大减小了电池的串联电阻。,转换效率达到25%[1]。PERL电池的另一个特点是具有极好的陷光效应:PERL电池具有一种倒金字塔和背反射器(铝层掩盖的背SiO2层)组合而成的陷光结构,光在电池内部来回多次大大增加了传输路径,尤其对于弱吸取光有利。2009年无锡尚德的PERL电池已经实现了量产,开发的PlutoTM(冥王星)太阳电池片效率突破性地提高到了19%,HiPerforma单晶组件转换效率超过16%[16]。PCC电池和LBSF电池结构与PERL电池类似,也接受TCA氧化层钝化和倒金字塔结构,不过5μm接触孔径的金属电极成点状设计在电池的背面,基区也做成同样的形状,这样减小了背面复合,%的转换效率。LBSF电池接受局部铝集中来制作表面接触,2cm×%。
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在高效多晶硅太阳电池的争论中,一般认为材料中的各种缺陷,如晶界、位错、微缺陷,和材料中的杂质碳和氧,以及工艺过程中玷污的过渡族金属是电池转换效率较低的关键缘由,因此争论铸造多晶硅中缺陷和杂质规律,以及接受合适的吸杂、钝化工艺是进一步提高多晶硅电池效率的关键,另外查找合适的铸造多晶硅表面织构化方法也是目前低成本制备高效率电池的重要工艺。在这些方面,弗朗霍夫争论所、乔治亚理工学院、新南威尔士高校以及Kysera公司的工作具有确定的代表性。%[3]。(Ωcm),厚度280μm多晶硅片制作电池,n+放射区的形成和磷吸杂结合,并加双层减反射膜,%。新南威尔士高校接受类似PERL电池的工艺,但是前表面织构化不是倒金字塔,而是用光刻和腐蚀工艺制备的蜂窝结构,%。日本Kysera公司接受体钝化和表面钝化技术,PECVD/SiN膜既作减反射膜,又作为体钝化措施,表面织构化接受反应性粒子刻边技术,15cm×%,目前日本正方案实现这种电池的产业化。
2薄膜硅太阳电池
薄膜硅太阳电池的特征是相对薄(厚度小于100μm)的活性层沉积或附在无活性的支持衬底上,与传统的300μm厚硅片或硅带构成的硅太阳电池相比,薄膜硅太阳电池制作的能耗低成本低,也是很有进展前景的太阳电池之一。多晶硅薄膜太阳电池的制备工艺可分为高温技术路线和低温技术路线。其中高温技术路线以快速热化学气相沉积(RTCVD)、常压化学气相沉积(APCVD)为代表,制备过程中温度高于600℃,衬底材料要求高,但制备工艺简洁;弗朗霍夫争论所使用SiO2和SiN包覆陶瓷或SiC包覆石墨为衬底,用RTCVD技术沉积多晶硅薄膜,硅膜经过区熔再结晶后制备电池,%和11%。低温技术路线以PECVD为代表,整个加工工艺温度低于600℃,可用廉价玻璃作衬底因此适合大面积制作,但制备工艺较简洁;日本Kaneka公司接受PECVD技术在550℃以下和玻璃衬底上制备出具有PIN结构的多晶硅薄膜电池,效率达到10%。
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非晶硅薄膜太阳电池在弱光照射条件下,如早晨、傍晚或者阳光受到一些遮挡,也能有确定的稳定电力输出,而且温度系数小,受温度的影响比晶体硅太阳电池要小得多。典型的非晶硅电池接受PIN和NIP异质结结构,市场上的非晶硅电池大部分是转换效率比较高的多结电池。在最近几十年中,非晶硅太阳电池的技术进步主要表现在材料性能和新制备技术的改进上,例如为了提高非晶硅太阳电池的初始效率和光照条件下的稳定性,新工艺如化学退火法、脉冲氖灯光照法、氢稀释法、交替淀积与氢处理法、掺***、本征层掺痕量硼法等在材料性能的改进中发挥了很重要作用。非晶硅薄膜电池制备需要沉积的a-Si,早期都接受射频PECVD,但是优质的a-Si合金可用甚高频PECVD技术和微波PECVD技术沉积,在a-Si:H的最佳分解条件下大面积低温沉积的商业生产技术争论受