列數(shù)各類(lèi)高效晶硅太陽(yáng)能電池

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

（A）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1micro;m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。（B）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。

（C）鈍化發(fā)射區(qū)和背面局部擴(kuò)散電池（PERL）：在背面接觸點(diǎn)下增加一個(gè)濃硼擴(kuò)散層，以減小金屬接觸電阻。由于硼擴(kuò)散層減小了有效表面復(fù)合，接觸點(diǎn)問(wèn)距可以減小到250μm、接觸孔徑減小到10μm而不增加背表面的復(fù)合，從而大大減小了電池的串聯(lián)電阻。PERL電池達(dá)到了702mV的開(kāi)路電壓和23．5％的效率。PERC和PER1。電池的另一個(gè)特點(diǎn)是其極好的陷光效應(yīng)。由于硅是間接帶隙半導(dǎo)體，對(duì)紅外的吸收系數(shù)很低，一部分紅外光可以穿透電池而不被吸收。理想情況下入射光可以在襯底材料內(nèi)往返穿過(guò)4n2次，n為硅的折射率。PER1。電池的背面，由鋁在SiO2上形成一個(gè)很好反射面，入射光在背表面上反射回正表面，由于正表面的倒金字塔結(jié)構(gòu)，這些反射光的一大部分又被反射回襯底，如此往返多次。Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的P。Basore博士發(fā)明了一種紅外分析的方法來(lái)測(cè)量陷光性能，測(cè)得PERL電池背面的反射率大于95％，陷光系數(shù)大于往返25次。因此PREL電池的紅外響應(yīng)極高，也特別適應(yīng)于對(duì)單色紅外光的吸收。在1．02μm波長(zhǎng)的單色光下，PER1。電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到45．1％。這種電池AM0下效率也達(dá)到了20.8％。

（D）埋柵電池：UNSW開(kāi)發(fā)的激光刻槽埋柵電池，在發(fā)射結(jié)擴(kuò)散后，用激光在前面刻出20μm寬、40μm深的溝槽，將槽清洗后進(jìn)行濃磷擴(kuò)散。然后在槽內(nèi)鍍出金屬電極。電極位于電池內(nèi)部，減少了柵線(xiàn)的遮蔽面積。電池背面與PESC相同，由于刻槽會(huì)引進(jìn)損傷，其性能略低于PESC電池。電池效率達(dá)到19.6％。

（2）斯但福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池（PCC）

點(diǎn)接觸電池的結(jié)構(gòu)與PER1。電池一樣，用TCA生長(zhǎng)氧化層鈍化電池正反面。為了減少金屬條的遮光效應(yīng)，金屬電極設(shè)計(jì)在電池的背面。電池正面采用由光刻制成的金字塔（絨面）結(jié)構(gòu)。位于背面的發(fā)射區(qū)被設(shè)計(jì)成點(diǎn)狀，50μm間距，10μm擴(kuò)散區(qū)，5μm接觸孔徑，基區(qū)也作成同樣的形狀，這樣可減小背面復(fù)合。襯底采用n型低阻材料（取其表面及體內(nèi)復(fù)合均低的優(yōu)勢(shì)），襯底減薄到約100μm，以進(jìn)一步減小體內(nèi)復(fù)合。這種電池的轉(zhuǎn)換效率在A(yíng)M1．5下為22.3％。（3）德國(guó)Fraunhofer太陽(yáng)能研究所的深結(jié)局部背場(chǎng)電池（LBSF）

LBSF的結(jié)構(gòu)與PERL電池類(lèi)似，也采用TCA氧化層鈍化和倒金字塔正面結(jié)構(gòu)。由于背面硼擴(kuò)散一般造成高表面復(fù)合，局部鋁擴(kuò)散被用來(lái)制作電池的表面接觸，2cm*2cm電池電池效率達(dá)到23.3％（Voc=700mV，Isc－～41.3mA，F(xiàn)F一0.806）。

（4）日本sHARP的C一Si／μc-Si異質(zhì)pp+結(jié)高效電池

SHARP公司能源轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)室的高效電池，前面采用絨面織構(gòu)化，在SiO2鈍化層上沉積SiN為A只乙后面用RF-PECVD摻硼的μc一Si薄