太阳能电池发光效率的提高

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太阳能电池发光效率的提高

一、摘要

随着化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度不断提高,寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。太阳能作为一种可再生清洁能源,并可持续利用,因此有着广阔的应用前景,光伏发电技术也越来越受到人们的关注。为了能使光伏产品得到普及,进一步提高效率、降低成本是光电池的发展趋势。提高太阳能电池转换效率,降低成本,关键是提高太阳能的利用率,而聚光太阳能电池能有效提高电池转换效率和降低成本。本文在介绍了多种提高太阳能电池的方法。具体内容如下:（1）从新型激光器激光器方面提高发光效率[1][2]（2）从背面接触及参杂方面提高发光效率[3]（3）从激光加工技术发面提高发光技术。[4][5]

二、绪论

光伏（PV）产业正面临着许多挑战，其中一个主要任务是降低太阳能电池或组件的成本，另一个挑战就是如何提高太阳能电池组件的效率。薄膜技术由于能够实现最低的每瓦价格，似乎在降低成本方面占据优势；而硅晶（基于晶片）太阳能电池则在提高效率方面略胜一筹。目前，商用单晶硅电池的效率能达到12％～19％，当然距离35％的理论目标值依然相差甚远。太阳能电池的损耗主要是由光反射、载流子复合、欧姆损耗、正面接触造成的阴影效应等原因造成的。新型太阳能电池采用了一些降低上述损耗的解决方案。

三、正文

3.1 太阳能电池加工工艺革新——萨克斯的发明

一般工业晶体硅太阳能电池的光电转换效率为14%~16%, 而采用新的激光加工技术能提高太阳能电池的光电转换效率。德国某研究所的研究人员已经研制出一种制造太阳能电池的加工工艺, 即背交叉单次蒸发( RISE) 工艺。辅以激光加工技术, 用该工艺制造的背接触式硅太阳能电池的光电转换效率达到22%。激光加工技术是RISE 加工程序中最关键的技术。目前, 很多厂家都利用激光加工技术生产硅太阳能

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精选文档电池。如采用激光刻槽埋栅极技术

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, 也就是说利用激光技术在硅表面上刻槽, 然后填入金属, 以起到前表面电接触栅极的作用。与标准的前表面镀敷金属层相比,这种技术的优点能减少屏蔽损耗。另外一种被称之为发射区围壁导通( emitter wrapthrough) 技术。用激光在硅晶片上钻通孔, 高掺杂壁将发射区前表面的电流传导到背表面的金属接触层, 因而能进一步降低屏蔽损耗, 提高光电转换效率。

据美国“技术评论”网站报道，麻省理工学院（MIT）科学家萨克斯等，发明了一项技术，可以制备很细的银丝——其直径只有太阳能电池通常使用的银丝的五分之一，而且提高了导电率。银丝越细，制造成本就越低。同普通银丝相比，细银丝可以更紧密地排列，彼此的间隔更小，这使得银丝采集电流的效率更高。再通过一套宽平的金属条来汇集细银丝传来的电流。通常，这些金属条会阻碍光线进入太阳能电池，从而使电池效率下降。但萨克斯通过蚀刻金属条表面，使其变得像多面镜一样，从而获得了与在硅板表面增加纹理一样的效果。虽然这道工艺步骤会使生产成本增加，但银的用量减少了，两者可以抵消。

同时发明这项技术的萨克斯还发明了另外还发明了两项技术：首先，在太阳能电池表面增加纹理，使硅板能吸收更多的光。当光线进入电池时，粗糙的表面使得光线发生弯曲，当光线到达电池的背面时，它不会被直接反射出去，而是被小角度反弹回，从而驻留在硅太阳能板里。光线在硅板里停留的时间越长，它被吸收而转换成电能的几率就越大。这项技术曾在单晶硅太阳能电池上使用，但此前在多晶硅电池上还很难实现。其次另一项发明是使用一套宽平的金属条来汇集通过细银丝传来的电流。通常，这些金属条会阻碍光线进入太阳能电池，从而使电池效率下降。但萨克斯通过蚀刻金属条表面，使其变得像多面镜一样，从而获得了与在硅板表面增加纹理一样的效果。

3.2 聚光技术

使用聚光光学元件形成聚光光伏电池，极大提高光电转换效率、减小电池使用面积，同时由于小尺寸电池可以利用现有集成电路制作工艺来加工，从而使太阳能

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光伏发电总体成本大幅度降低。聚光是降低光伏电池利用总成本的一种措施。通过聚光器使较大面积的阳光聚在一个较小的范围内形成

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“焦斑”或“焦带”，并将光伏电池置于“焦斑”或“焦带”上，以增加光强，克服太阳辐射能密度低的缺陷，获得更多的电能输出。未来的发电模式应该是“价廉物美的聚光光学元件+高转化效率光伏电池”。进入90 年代后，聚光光伏发电系统开始慢慢被商业应用，并形成了一些有影响力的公司。美国某公司研发的集成高效率聚光硅光伏电池发电系统(IHCPV)，已经应用到很多场所。该系统的核心技术是：10 mm点接触绒面硅光伏电池的光电转换效率高达25％~27％；所使用的聚光式菲涅耳透镜由普通丙烯酸塑料模压制成，制造简单，价格便宜。因此，集成高聚光光伏技术是现有实用的各种光伏技术中发电成本最低的一种。

德国某公司于2008 年进行聚光光伏系统模型试验，其聚光系统采用的是FLATCON 聚光模块，实质上就是由玻璃注塑成型的菲涅尔透镜，聚光比为500，采用了电路板工艺和绝缘玻璃技术，使成本效益相对合算并且多年内系统仍可保持性能稳定可靠，示范模型的效率高于27％。

3.3新型激光器提高硅太阳能电池的效率与生产能力

3.3.1背面接触

以典型的太阳能电池为例，正面前接触布线占去多达10％的总面积，在光活性区形成阴影，导致电池输出降低。如果在太阳能电池背面布线，就可以减小这种阴影效应，而“金属穿孔卷绕”（MWT）技术和“发射极穿透”（EWT）技术能够实现这一点。这两种技术都需要在160～200μm 厚的硅片上钻出50～100μm 大小的通孔。背接触可从背面和正面双面集电（见图1）。这不但有利于电池的电气连接，而且由于背面接触不再受阴影效应的限制，从而降低了电阻（欧姆）损耗。

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图1：MWT （金属穿孔卷绕）电池将发射极从正面“卷绕”至背面。完全背面布线是一个技术优点，卷绕的正面接触能占用更大面积。

MWT 技术通常需要在1 ～2 秒钟内钻出约100 个孔；而对于EWT 技术，孔的尺寸要小些，但是要以同样的速度钻出约1 万个孔。目前的激光技术能够满足这两种技术的要求，但是市面上能够看到的MWT 太阳能电池的数量还很少。商用MWT 电池的效率比传统电池的效率大约高1％。要获得较高的生产能力，一个关键因素是要在全部激光参数和聚焦条件，以及激光触发与光束偏转的同步之间确定最佳组合。众所周知，脉宽约100ns 时，激光在硅中能够达到最佳烧蚀速度（从而具有最快的钻孔速度）。[1]应用工程师强烈渴望在工艺中有这样一个激光源，能够独立于重复频率和脉冲能量之外来调节脉宽。面对这种需求，Jenoptik 公司推出了一款名为JenLas disk IR50 的激光器。Jenoptik 公司系统地研究了IR50 激光器在MWT 钻孔方面的性能。在大约1500ns 的最佳脉宽下，只需要5～7 发激光脉冲就可以完全钻通厚度为180μm 的硅片（见图2）。如果进一步提高激光功率，所需的激光脉冲可以减少到3～4 发。

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图2：IR50 激光器的硅片钻孔性能，图中显示了钻通厚度为160～300μm 的硅片时所需要的激光脉冲数

钻孔后，接下来的步骤是受损刻蚀和镀氮化硅（SiN ）膜层，SiN 膜被广泛用作增透膜和钝化层。由于SiN 是电绝缘的，因此在必须再次将其去除，才能对电 …… 此处隐藏：2377字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……