高效太阳能电池技术深解..
光伏产业之高效太阳能电池技术深解
光伏产业低迷，腹背受敌。怎样能挺过寒冬?有技术实力而且能将技术变成生产力的企业，将最终胜出。高效电池就是光伏的突围之匙。
1.高效电池-光伏的突围之匙
光伏当前产业低迷，腹背受敌。外有金融危机，市场萎靡，欧美双反，贸易壁垒;内有并网受限，政策滞后，产能过剩，产品同质化，高资产负债率。很多人都喜欢问一个问题，“你认为光伏何时才能复苏?”，我觉得这个问题的意义不太大，因为即使能预测出这个时间点，可是你确信自己能挺到复苏之时吗?行业的复苏不等于你的复活，也许那时你已经成为一名过客了。那怎样的企业才能挺过这次寒潮呢?有技术实力，而且能将技术变成生产力的企业，将最终胜出，迎来光伏的下一个高潮。
有核心技术，自然能得到资本的青睐，解决资金的短缺。自然能够突破价格战和产能过剩的困局，获得更高的利润。据计算，太阳能光伏电池转换效率每提高一个百分点，将使太阳能电池组件的发电成本降低7%左右。目前国际市场的行情是：同样是P型硅片制造，转换效率高低成为定价的标准。下游客户使用高效太阳电池做的组件，可以在安装成本不变的情况下提高太阳能光伏发电系统的年发电。高效电池就是光伏的突围之匙。
光伏暴利的时代已经过去。中国光伏行业在洗牌整合，在等待政策和贸易环境的改善，在积蓄内力提高效率，等待一个真正辉弘的高潮的到来---光伏平价上网：光伏发电以平等的价格和传统能源展开发电市场竞争，走入寻常百姓家。
2.什么是高效光伏电池
目前普通的太阳能电池产业化水平转换效率：单晶15%～17%、多晶12%～15%，非晶硅薄膜8%～9%。高效电池是指电池产业化水平转换效率：单晶》18%、多晶》16.5%、非晶硅薄膜》10%。要强调一点的是我们说的是产业化的电池转换效率，是指能够量产制造的，不是实验室精雕细刻出来的。实验室里面有很多电池效率很高，但或者工艺太复杂、或者技术不成熟，只具有研发意义，无法量产，无法降低生产成本，还不具有商业推广价值。
大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。通过降低电池的硅材料成本，提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本。通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本。通过合理的机制建立优秀的技术团队、充分保证技术上的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在。
3.技术发展趋势-薄片化
降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低晶硅太阳电池成本的有效技术措施，是光伏技术进步的重要方面。30 多年来，太阳电池硅片厚度从70 年的450～500μm 降低到目前的150～180μm，降低了一半以上，硅材料用量大大减少，对太阳电池成本降低起到了重要作用，是技术进步促进成本降低的重要范例之一。
硅片厚度的降低如表1所示。
4.光伏技术发展战略目标
典型商业组件的效率期望能从2010年的16%增长到2030年的25%，2050年增长到40%。随着能源和材料在制造业的使用更加高效，光伏系统能源回收期的时间会不断缩短的。预计能源回收期会从2010年的两年降低到2030年的0.75年，到2050年会下降到0.5年。使用寿命期望从25年增加到40年。
战略技术指标
5.光伏产业技术路线图
晶体硅电池发展的趋势是低成本高效率，这是光伏技术的发展方向。低成本的实现途径包括效率提高、成本下降及组件寿命提升三方面。效率的提高依赖工艺的改进、材料的改进及电池结构的改进。成本的下降依赖于现有材料成本的下降、工艺的简化及新材料的开发。组件寿命的提升依赖于组件封装材料及封装工艺的改善。因而，晶体硅电池发电的平价上网时间表除了与产业规模的扩大有关外，最重要的依赖于产业技术(包括设备和原材料)的改进。
仅靠工艺水平的改进对电池效率的提升空间已经越来越有限，电池效率的进一步提升将依赖新结构、新工艺的建立。具有产业化前景的新结构电池包括选择性发射极电池、异质结电池、背面主栅电池及N型电池等。这些电池结构采用不同的技术途径解决了电池的栅线细化、选择性扩散、表面钝化等问题，可以将电池产业化效率提升2～3个百分点。
为了进一步降低成本、提高效率，各国光伏研究机构和生产商不断改善现有技术，开发新技术。他们根据自己的技术实力和科研回报的期望，选择不同的研究方向和路径，共同促进光伏技术的不断进步。
如图所示为不同光伏技术的发展状况及前景
高效电池类型介绍
1.高效晶体硅太阳能电池-MWT电池
MWT 电池是金属穿孔卷绕(metallization wrap-through，MWT)硅太阳能电池的简称。
MWT技术是荷兰规模最大的太阳能电池生产商Solland Solar开发的用于其Sunweb电池的方法。该技术应用P型多晶硅，通过激光钻孔将电池正面收集的能量穿过电池转移至电池的背面。这种方法使每块电池的输出效率提高了2%，再与电池组件相连接，所得的输出效率能提高9%，如图5所示。
在MWT器件中，工艺的难点包括：激光打孔和划槽隔绝的对准及重复性、孔的大小及形状的控制、激光及硅衬底造成的损伤及孔内金属的填充等。一般MWT每块硅片需要钻约200个通孔。
MWT电池的制作流程大致为：
硅片-》激光打孔-》清洗制绒-》发射极扩散-》去PSG-》沉积SIN-》印刷正面电极-》印刷背面电极-》印刷背电场-》烧结-》激光隔绝-》测试。
图：MWT电池将发射极从正面“卷绕”至背面
2.高效晶体硅太阳能电池-EWT电池
EWT 电池是发射极环绕穿通(emitter-wrap-through，EWT)硅太阳能电池的简称。
与MWT电池不同的是，在EWT电池中，传递功率的栅线也被转移至背面。与MWT 电池类似，EWT电池也是通过在电池上钻微型孔来连接上、下表面。相比MWT电池的每块硅片约200个通孔，EWT电池每块硅片大约有2万个这种通孔，故激光钻孔成为唯一可满足商业规模速度的工艺，如图所示。
EWT电池由于正面没有栅线和电极，使模组装配更为简便，同时由于避免了遮光损失且实现了双面收集载流子，使光生电流有大幅度的提高。用于工业化大面积硅片的EWT电池工艺多采用丝网印刷和激光技术，并对硅片质量具有一定的要求，这为EWT电池工艺技术提出诸多的要求，比如无损伤激光切割的实现、丝网印刷对电极形状的限制、孔内金属的填充深度以及发射极串联电阻的优化等。利用这种新型几何结构生产出来的早期电池获得了超过17%的效率。
图：采用背面分布式触点的EWT电池
3.高效晶体硅太阳能电池-LGBC电池
LGBC电池是有激光刻槽埋栅电极(Laser groove bury contact) 工艺电池的简称。由UNSW开发的技术，是利用激光技术在硅表面上刻槽，然后埋入金属，以起到前表面点接触栅极的作用。如图所示，发射结扩散后，用激光在前面刻出20μm宽、40μm深的沟槽，将槽清洗后进行浓磷扩散，然后槽内镀出金属电极。电极位于电池内部，减少了栅线的遮蔽面积，使电池效率达到19.6%。
与传统工艺的前表面镀敷金属层相比，这种电池具有的优点是：栅电极遮光率小、电流密度高，埋栅电极深入硅衬底内部可增加对基区光生电子的收集，浓磷扩散降低浓磷区电阻功耗和栅指电极与衬底的接触电阻功耗，提高了电池的开路电压。
这种电池既保留了高效电池的特点，又省去了高效电池制作中的一些复杂的工艺，很适合利用低成本、大面积的硅片进行大规模生产。目前这一技术已经转让给好几家世界上规模较大的太阳能电池生产厂。如英国的BP SOLAR和美国的SOLAREX等。
激光刻槽埋栅电池的大致工艺流程为：
硅片-》清洗制绒-》淡磷扩散-》热氧化钝化-》开槽-》槽区浓磷扩散-》背面蒸铝-》烧背场-》化学镀埋栅-》背面电极-》减反射膜-》去边烧结-》测试。
图：新南威尔士大学激光刻槽埋栅电池h =19.8%
4.高效晶体硅太阳能电池-OECO电池
OECO 电池是倾斜蒸发金属接触(Obliquely evaporated contact，OECO)硅太阳能电池的简称。
OECO 太阳电池是德国ISFH研究所从九十年代就开始研制的一种新型单晶硅电池。与其他高效电池相比，具有结构设计新颖、制作简单、电极原料无损耗、成本低廉和适合大批量生产等优点。OECO电池结构基于金属-绝缘体-半导体(MIS)接触，利用表面沟槽形貌的遮掩在极薄的氧化隧道层上倾斜蒸镀低成本的Al作为电极，无需光刻、电极烧穿、电极下重掺杂和高温工艺即可形成高质量的接触，并且一次性可蒸镀大批量的电池电极。更为重要的是当这种电池制作面积从4 cm2扩大到100 cm2时，效率也只是从21.1%略微降到20%，仍然属于高效范围，所以这种结构的电池更适宜于工艺生产。
OECO结构示意图如图8所示，电池的表面由许多排列整齐的方形沟槽组成，浅发射极n+位于硅片的上表面，在其上有一极薄的氧化隧道层，Al电极倾斜蒸镀于沟槽的侧面，然后利用PECVD蒸镀氮化硅作为钝化层和减反射膜
OECO电池有以下特点：
(1)电极是蒸镀在沟槽的侧面，有利于提高短路电流;
(2)优异的MIS结构设计，可以获得很高的开路电压和填充因子;
(3)高质量的蒸镀电极接触;
(4)不受接触特性限制的可以被最优化的浅发射极;
(5)高质量的低温表面钝化。
电池的制作具体过程为：
前表面机械开槽→化学腐蚀清洗→背面掩膜(扩散)→前表面化学制绒→使用液态源POCl3进行磷扩散制作n+发射极→打开背面接触→真空蒸镀Al作为背电极→前表面低温热氧化形成氧化隧道层→前表面无需掩膜直接倾斜蒸镀Al作为面电极→使用导电胶将各个面电极连接起来→采用PECVD法在前表面蒸镀氮化硅作为钝化和减反射层。
图：德国ISFH 的OECO 电池h=21.1%
5.高效晶体硅太阳能电池-N型晶体硅电池
N型硅衬底的优点：N型硅(n-Si)相对于P型硅来说，由于对金属杂质和许多非金属缺陷不敏感，或者说具有很好的忍耐性能，故其少数载流子具有较长而且稳定的扩散长度。
目前只有Sunpower和sanyo两家企业N型Si衬底生产高效太阳能电池做得较好。英利“熊猫”N型单晶硅高效电池项目填补了国内N型电池技术的空白。
如何在N型硅衬底上实现PN结：硼扩散制结、非晶硅/晶硅异质结以及Al扩散制结三种基本方法。
硼扩散制结需要高温，高温是太阳能电池制备工艺最忌讳的!
HIT电池只有Sanyo做得较好，没有推广。
Al推进制结目前受到普遍关注，因其价格低廉而又容易实现。具体工艺参数信息见附图，对专业人士很有参考价值。
晶硅太阳能电池转换效率
1.硅太阳能电池的转换效率损失机理
太阳能电池转换效率受到光吸收、载流子输运、载流子收集的限制。对于单晶硅硅太阳能电池，由于上光子带隙的多余能量透射给下带隙的光子，其转换效率的理论最高值是28%。只有尽量减少损失才能开发出效率足够高的太阳能电池。
影响晶体硅太阳能电池转换效率的原因主要来自两个方面，如图1所示：
(1)光学损失，包括电池前表面反射损失、接触栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失。
(2)电学损失，它包括半导体表面及体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的接触电阻，以及金属和半导体的接触电阻等的损失。这其中最关键的是降低光生载流子的复合，它直接影响太阳能电池的开路电压。光生载流子的复合主要是由于高浓度的扩散层在前表面引入大量的复合中心。此外，当少数载流子的扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片厚度时，背表面的复合速度对太阳能电池特性的影响也很明显。
图1：普通太阳能电池多种损失机制
2.提高晶硅太阳能电池转换效率的方法
(1) 光陷阱结构。一般高效单晶硅电池采用化学腐蚀制绒技术，制得绒面的反射率可达到10%以下。目前较为先进的制绒技术是反应等离子蚀刻技术(RIE)，该技术的优点是和晶硅的晶向无关，适用于较薄的硅片，通常使用SF6/O2混合气体，在蚀刻过程中，F自由基对硅进行化学蚀刻形成可挥发的SiF4，O自由基形成SixOyFz对侧墙进行钝化处理，形成绒面结构。目前韩国周星公司应用该技术的设备可制得绒面反射率低于在2%~20%范围。
(2) 减反射膜。它的基本原理是位于介质和电池表面具有一定折射率的膜，可以使入射光产生的各级反射相互间进行干涉从而完全抵消。单晶硅电池一般可以采用TiO2、SiO2、SnO2、ZnS、MgF2单层或双层减反射膜。在制好绒面的电池表面上蒸镀减反射膜后可以使反射率降至2%左右。
(3) 钝化层：钝化工艺可以有效地减弱光生载流子在某些区域的复合。一般高效太阳电池可采用热氧钝化、原子氢钝化，或利用磷、硼、铝表面扩散进行钝化。热氧钝化是在电池的正面和背面形成氧化硅膜，可以有效地阻止载流子在表面处的复合。原子氢钝化是因为硅的表面有大量的悬挂键，这些悬挂键是载流子的有效复合中心，而原子氢可以中和悬挂键，所以减弱了复合。
(4) 增加背场：如在P型材料的电池中，背面增加一层P+浓掺杂层，形成P+/P的结构，在P+/P的界面就产生了一个由P区指向P+的内建电场。由于内建电场所分离出的光生载流子的积累，形成一个以P+端为正，P端为负的光生电压，这个光生电压与电池结构本身的PN结两端的光生电压极性相同，从而提高了开路电压Voc。同时由于背电场的存在，使光
生载流子受到加速，这也可以看作是增加了载流子的有效扩散长度，因而增加了这部分少子的收集几率，短路电流Jsc也就得到提高。
(5) 改善衬底材料：选用优质硅材料，如N型硅具有载流子寿命长、制结后硼氧反应小、电导率好、饱和电流低等。
3.高效晶体硅太阳能电池-PERL电池
PESC、PERC、PERL电池是新南威尔士大学研究了近20年的先进电池系列，前两个子母PE(Passivated Emitter)代表前表面的钝化(选择性扩散)，后两个子母代表后表面的扩散和接触情况。其中PERL衍生了南京中电的SE电池与尚德的PLUTO电池。
PESC(钝化发射极背接触)电池1985年问世，可以做到大于83%的填充因子和
20.8%(AM1.5)的效率。
PERC(钝化发射极背场点接触)电池，用背面点接触来代替PESC电池的整个背面铝合金接触，这种电池达到了大约700mV的开路电压和22.3%的效率。
PERL(钝化发射极背部局域扩散)(Passivated Emitter and Rear Locally-diffused)电池是钝化发射极、背面定域扩散太阳能电池的简称。1990年，新南威尔士大学的J.ZHAO在PERC 电池结构和工艺的基础上，在电池背面的接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，如图所示。2001年，PERL电池效率达到24.7%，接近理论值，是迄今为止的最高记录。
图2：新南威尔士大学PERL电池h=24.7%
4.高效晶体硅太阳能电池-HIT电池
HIT 电池是异质结( hetero-junction with intrinsic thin-layer ，HIT) 太阳能电池的简称。1997年，日本三洋公司推出了一种商业化的高效电池设计和制造方法，电池制作过程大致如下：利用PECVD在表面织构化后的N型CZ-Si片的正面沉积很薄的本征α-Si:H层和p
型α-Si:H层，然后在硅片的背面沉积薄的本征α-Si:H层和n型α-Si:H层;利用溅射技术在电池的两面沉积透明氧化物导电薄膜(TCO)，用丝网印刷的方法在TCO上制作Ag电极。值得注意的是所有的制作过程都是在低于200 ℃的条件下进行，这对保证电池的优异性能和节省能耗具有重要的意义。
HIT电池具有高效的原理是：
(1)全部制作工艺都是在低温下完成，有效地保护载流子寿命;
(2)双面制结，可以充分利用背面光线;
(3)表面的非晶硅层对光线有非常好的吸收特性;
(4)采用的n型硅片其载流子寿命很大，远大于p型硅，并且由于硅片较薄，有利于载流子扩散穿过衬底被电极收集;
(5)织构化的硅片对太阳光的反射降低;
(6)利用PECVD在硅片上沉积非晶硅薄膜过程中产生的原子氢对其界面进行钝化，这是该电池取得高效的重要原因。
2009年5月，这种电池的量产效率达到了19.5%，单元转化效率达到23%。
HIT电池的工艺流程是：
硅片-》清洗-》制绒-》正面沉积-》背面沉积-》TCO溅射沉积-》丝网印刷Ag电极-》测试
这种电池具有结特性优秀、温度系数低、生产成本低廉和转换效率高等优点，所以在光伏市场上受到青睐，商业化生产速度发展很快，仅仅两三年时间，产品已占整个光伏市场的5%
图3：三洋公司HIT电池h=23%
5.高效晶体硅太阳能电池-IBC电池
IBC 电池是背电极接触( Interdigitated Back-contact )硅太阳能电池的简称。由Sunpower 公司开发的高效电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背后。利用点接触(Point-contact cell，PCC)及丝网印刷技术。
这种把正面金属栅极去掉的电池结构有很多优点：
(1)减少正面遮光损失，相当于增加了有效半导体面积;
(2)组件装配成本降低;
(3)外观好。
由于光生载流子需要穿透整个电池，被电池背表面的PN节所收集，故IBC电池需要载流子寿命较高的硅晶片，一般采用N型FZ单晶硅作为衬底;正面采用二氧化硅或氧化硅/氮化硅复合膜与N+层结合作为前表面电场，并制成绒面结构以抗反射。背面利用扩散法做成P+和N+交错间隔的交叉式接面，并通过氧化硅上开金属接触孔，实现电极与发射区或基区的接触。交叉排布的发射区与基区电极几乎覆盖了背表面的大部分，十分有利于电流的引出，结构见图。
图4：Sunpower公司IBC 电池h=22.3%
这种背电极的设计实现了电池正面“零遮挡”，增加了光的吸收和利用。但制作流程也十分复杂，工艺中的难点包括P+扩散、金属电极下重扩散以及激光烧结等。2009年7月SunPower公司上市了转换效率为19.3%的太阳能电池模块。
IBC电池的工艺流程大致如下：
清洗-》制绒-》扩散N+-》丝印刻蚀光阻-》刻蚀P扩散区-》扩散P+-》减反射镀膜-》热氧化-》丝印电极-》烧结-》激光烧结。
太阳能电池
太阳能电池及材料研究 引言 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染； 4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。 1 硅系太阳能电池 1.1 单晶硅太阳能电池 硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是*单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm X 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm X 5cm）转换效率达8.6%。 单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电 池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 1．2 多晶硅薄膜太阳能电池 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等
太阳能电池材料的发展及应用
太阳能电池材料的发展及应用 材料研1203 Z石南起新材料（或称先进材料）是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。 随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。新材料按组分为金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。 功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。 功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。 功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。我国高技术 (863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。
几种商业化的高效晶体硅太阳能电池技术
高效晶体硅太阳能电池技术 摘要：晶体硅太阳能电池是目前应用技术最成熟、市场占有率最高的太阳能电池。本文在解释常规太阳能电池能量损失机理的基础上，介绍了可应用于商业化生产的高效晶体硅太阳能电池技术及其工艺流程，并对每种电池技术的优、缺点及工艺难度进行了评价。 关键词：晶体硅电池；高效电池；商业化 1 引言 能源是一个国家经济和社会发展的基础. 目前广泛使用的石油、天然气、煤炭等化石能源面临着严峻的挑战. 2005年2 月我国通过了《中华人民共和国可再生能源法》,从立法角度推进可再生能源的开发和利用,这是解决我国能源与环境、实现可持续发展的重要战略决策。 不论从资源的数量、分布的普遍性,还是从清洁性、技术的可靠成熟性来说,太阳能在可再生能源中都具有更大的优越性,光伏发电已成为可再生能源利用的首要方式。而晶硅太阳电池一直占据着光伏市场的最大份额. 与其它的可再生能源一样,目前要使之从补充能源过渡到替代能源,太阳电池光伏发电推广的最大制约因素仍然是发电成本。围绕着降低生产成本的目标,以高效电池获取更多的能量来代替低效电池一直是科学研究的的热门[1]. 近年来 高效单晶硅太阳能电池研究已取得巨大成就，在美国、德国和日本,高效太阳能电池研究正如火如荼，特别是美国，商品化高效电池的转换效率已超过20%。 . 2 硅太阳能电池能量损失机理 目前研究成果表面，影响晶体硅太阳能电池转换效率的原因主要来自两个方面：①光学损失. 包括电池前表面反射损失、接触栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失,其中反射和阴影损失是可以通过技术措施减小的,而长波非吸收损失与半导体性质有关；②电学损失. 它包括半导体表面及体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻以及金属-半导体接触（欧姆接触）电阻损失. 相对而言,欧姆损失在技术上比较容易降低,其中最关键的是降低光生载流子的复合,它直接影响太阳电池的开路电压。而提高电池效率的关键之一就是提高开路电压V oc。光生载流子的复合主要是由于高浓度的扩散层在前表面引入了大量的复合中心。此外,当少数载流子的扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片厚度时,背表面的复合速度S b 对太阳电池特性的影响也很明显。而从商业太阳电池来看,为了降低太阳电池的成本和提高效率,现在生产厂家也在不断地减小硅片的厚度,以降低原材料的价格.因此必须有减少前、背两个表面的光生载流子复合的结构和措施. 3 高效晶体硅太阳能电池技术 3.1 背接触电池IBC/MWT/EWT （1）IBC电池（PCC电池） 背接触电池是由Sunpower公司开发的高效电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背面，量产效率可达19%～20%。 这种把正面金属栅线去掉的电池结构有很多优点[2]：（1）减少正面遮光损失，相当于增加了有效半导体面积，有利于增加电池效率；（2）有可能大大降低组件装配成本，因为全部外部接触均在单一表面上；（3）从建造结构的观点看来提供了增值，因为汇流条和焊线串接存在引起的视觉不适被组件背面所替代。
硅基太阳能电池的发展及应用
.. 硅基太阳能电池的发展及应用 摘要：太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条新的出路，本文介绍了硅基太阳能电池的原理，综述了硅基太阳电池的优点与不足，以及硅基太阳能电池和其他太阳能电池的横向比较，硅基太阳能电池在光伏产业中的地位，并展望了发展趋势及应用前景等。 关键词：硅基太阳能电池转换效率 1引言 二十一世纪以来，全球经济增长所引发的能源消耗达到了空前的程度。传统的化石能源是人类赖以生存的保障，可是如今化石能源不仅在满足人类日常生活需要方面捉襟见肘，而且其燃烧所排放的温室气体更是全球变暖的罪魁祸首。随着如今全球人口突破70亿，能源的需求也在过去30年间增加了一倍。特别是电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增长迅速。中国政府己宣布了其在哥本哈根协议下得承诺，至2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40% --45%，非化石能源占一次能源消费的比重提高至少15%左右【6】。 目前太阳能电池主要有以下几种：硅太阳能电池，聚光太阳能电池，无机化合物薄膜太阳能电池，有机化合物薄膜太阳能电池，纳米晶薄膜太阳能电池，叠层薄膜太阳能电池等，其材料主要包括产生光伏效应的半导体材料，薄膜衬底材料，减反射膜材料等【5】。
（图1：太阳能电池的种类） 太阳电池的基本工作原理是：在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子左穴对，也称光生载流子。这样形成的光生载流子由于热运动，向各个方向迁移。光生载流子在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。因此，在p-n结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分要抵消内建电场以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏特效应(简称光伏)。
太阳能光伏电池新技术一览
太阳能光伏电池新技术一览 不管是何种太阳能电池的研发与创新，提高太阳能电池转换效率、降低太阳能光伏电池生产成本是所有电池生产企业及研发机构关注的核心问题。 现阶段，太阳能光伏电池行业传来不少新型电池成功研发的喜讯，既有工艺技术上的变革、也有制造材料上的创新。真可谓是百花齐放、百舸争流。受中国电池网（https://www.wendangku.net/doc/ca15796860.html,）授权，下面给大家总结下新的太阳能光伏电池研发成果，让感兴趣的朋友们能更深入的了解到现今的太阳能光伏电池技术的发展。 1.喷墨打印技术降低铜铟镓硒太阳能光伏电池 传统的太阳能光伏电池生产技术通常非常耗时，并且需要使用昂贵的真空系统和有毒的化学物质。使用气象沉积沉淀化合物，如铜铟镓硒(CIGS)，会损失大量昂贵的材料。俄勒冈州立大学的工程师首次研发出一种通过喷墨打印技术制造铜铟镓硒太阳能光伏电池的方法。这个方法可以减少90%原材料损耗，大幅降低了使用昂贵化合物生产太阳能光伏电池的成本。 研究者发明了一种墨，能够将黄铜矿打印在基片上，打印出的成品能量转化效率为5%。虽然，这个转化效率还无法满足商用，但研究者表示他们在接下来的研究中有望将转换率提高到12%。 工程师们正在研究其他更为便宜、可用于喷墨技术的化合物。他们称，如果这些材料能够降低足够的成本，直接在屋面材料上安装太阳能电池将成为可能。 2.单晶多晶混合太阳能光伏电池 中国太阳能电池生产商尚德电力(SuntechPower)研发出新型混合太阳能光伏电池，可以有效降低太阳能光伏发电成本10%到20%。这种电池由70%的单晶硅和30%的多晶硅构成。单晶多晶混合硅片的造价成本只是传统单晶硅硅片的一半。由于硅片只占太阳能总体成本的一部分，所以从整体上来看，有助于降低太阳能发电成本10%-20%。 尚德电力首席技术官StuartWenham表示，将很快实现该产品的规模化生产。 3.全光谱太阳能光伏电池 近日报道，加拿大科学家表示，他们研发出了一款新式的全光谱太阳能光伏电池，其不但可以吸收太阳发出的可见光，也可以吸收不可见光，从理论上讲，转化效率可高达42%，超过现有普通太阳能光伏电池31%的理论转化率。研究发表在最新一期的《自然·光子学》杂志上。 此款基于胶体量子点(CQD)的高效串接太阳能光伏电池由加拿大首席纳米技术科学家、多伦多大学电子与计算机工程系教授泰德·萨金特领导的科研团队研制而成。论文主要作者王希华(音译)表示，该太阳能光伏电池由两个吸光层组成：一层被调制用于捕捉太阳发出的可见光;而另外一层则可以捕捉太阳发出的不可见光。 萨金特希望，在5年内，将这款新的分级重组层太阳能光伏电池整合入建筑材料、手机和汽车零件中。 4.量子阱太阳能光伏电池 在西雅图举行的第37届IEEE光伏专家会议上，MagnoliaSolar的首席技术官RogerE.Welser博士做了有关InGaAs量子阱太阳能光伏电池的报告，MagnoliaSolar刷新了该类太阳能光伏电池的电压记录。 “通过把窄带隙量子阱嵌入宽带隙材料中，量子阱结构太阳能光伏电池吸收光谱更宽，同时吸收高能光子的能量损失更小。”MagnoliaSolar的董事长兼首席执行官AshokK.Sood博士表示，”单结量子阱太阳能光伏电池在非聚光条件下的理论转化效率高达45%。” 5.可挠式非晶硅太阳能光伏电池 日本媒体近日报导，TDK已研发出一款可挠式太阳能电池，藉由光学设计的改良，该款太阳能光伏电池在屋外阳光下的转换率已自现行的4.5%提升至7%的水准，TDK并计画于今(2011)年夏天透过甲府工厂量产该款太阳能光伏电池。据报导，该款太阳能电池为采用薄膜基板的非晶硅(amorphoussilicon)太阳能光伏电池。
硅太阳能电池的主要性能参数
硅太阳能电池的主要性能参数 本信息来源于太阳能人才网|https://www.wendangku.net/doc/ca15796860.html, 原文链接： 硅太阳能电池的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。 ①短路电流(isc)：当将太阳能电池的正负极短路、使u=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是安培(a)，短路电流随着光强的变化而变化。 ②开路电压(uoc)：当将太阳能电池的正负极不接负载、使i=0时，此时太阳能电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是伏特(v)。单片太阳能电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～0.7v。 ③峰值电流(im)：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是安培(a)。 ④峰值电压(um)：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是v。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.45～0.5v，典型值为0.48v。 ⑤峰值功率(pm)：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳能电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：pm===im ×um。峰值功率的单位是w(瓦)。太阳能电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳能电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是：辐照度lkw／㎡、光谱aml.5、测试温度25℃。 ⑥填充因子(ff)：填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池的最大输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值。计算公式为ff=pm/(isc×uoc)。填充因子是评价太阳能电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳能电池输出特性越趋于矩形，电池的光电转换效率越高。 串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.5～0.8之间，也可以用百分数表示。 ⑦转换效率(η)：转换效率是指太阳能电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即： η=pm(电池片的峰值效率)/a（电池片的面积）×pin（单位面积的入射光功率），其中pin=lkw ／㎡=100mw／cm2。 电池组件的板型设计 在生产电池组件之前，就要对电池组件的外型尺寸、输出功率以及电池片的排列布局等进行设计，这种设计在业内就叫太阳能电池组件的板型设计。电池组件板型设计的过程是一个对电池组件的外型尺寸、输出功率、电池片排列布局等因素综合考虑的过程。设计者既要了解电池片的性能参数，还要了解电池组件的生产工艺过程和用户的使用需求，做到电池组件尺寸合理，电池片排布紧凑美观。 组件的板形设计一般从两个方向入手。一是根据现有电池片的功率和尺寸确定组件的功率和尺寸大小；二是根据组件尺寸和功率要求选择电池片的尺寸和功率。 电池组件不论功率大小，一般都是由36片、72片、54片和60片等几种串联形式组成。常见的排布方法有4片×9片、6片×6片、6片×12片、6片×9片和6片×10片等。下面就以36片串联形式的电池组件为例介绍电池组件的板型设计方法。
高效晶体硅太阳电池简介
PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究的高效电 池。它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％[26]。由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。为了尽可能降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。另外，在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。 为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。这种想法早已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。后来在实验过程中发现采用液态源BBr 进行硼掺杂对硅片 3 的载流子寿命影响较小，并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。 1990年在PERC结构和工艺的基础上，J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr 3定域扩散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示[27]。定域掺硼的温度为900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，2 h）。经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 μm，大大减少了横向电阻。如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm 的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。 1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。这种PERL电池取得高效的原因是[28]：（1）正面采光面为倒金字塔结构，结合背电极反射器， /ZnS双层减反射膜，进一形成了优异的光陷阱结构；（2）在正面上蒸镀了MgF 2 步降低了表面反射；（3）正面与背面的氧化层均采用TCA工艺（三氯乙烯工艺）生长高质量的氧化层，降低了表面复合；（4）为了和双层减反射膜很好配合，正面氧化硅层要求很薄，但是随着氧化层的减薄，电池的开路电压和短路电流又会降低。为了解决这个矛盾，相对于以前的研究，增加了“alneal”工艺，
量子点太阳能电池---原理,技术最新介绍
Physica E14(2002)115– 120 https://www.wendangku.net/doc/ca15796860.html,/locate/physe Quantum dot solar cells A.J.Nozik? National Renewable Energy Laboratory,Center for Basic Sciences,1617Cole Boulevard,Golden,CO80401,USA Abstract Quantum dot(QD)solar cells have the potential to increase the maximum attainable thermodynamic conversion e ciency of solar photon conversion up to about66%by utilizing hot photogenerated carriers to produce higher photovoltages or higher photocurrents.The former e ect is based on miniband transport and collection of hot carriers in QD array photoelectrodes before they relax to the band edges through phonon emission.The latter e ect is based on utilizing hot carriers in QD solar cells to generate and collect additional electron–hole pairs through enhanced impact ionization processes.Three QD solar cell con?gurations are described:(1)photoelectrodes comprising QD arrays,(2)QD-sensitized nanocrystalline TiO2,and (3)QDs dispersed in a blend of electron-and hole-conducting polymers.These high-e ciency con?gurations require slow hot carrier cooling times,and we discuss initial results on slowed hot electron cooling in InP QDs.?2002Elsevier Science B.V.All rights reserved. Keywords:Hot electrons;Quantum dots;(Ultra-high photovoltaic)conversion e ciency;Impact ionization;E ciency limits 1.Introduction The maximum thermodynamic e ciency for the conversion of unconcentrated solar irradiance into electrical free energy in the radiative limit assum-ing detailed balance and a single threshold absorber was calculated by Shockley and Queisser in1961 [1]to be about31%;this analysis is also valid for the conversion to chemical free energy[2,3].Since conversion e ciency is one of the most important parameters to optimize for implementing photovoltaic and photochemical cells on a truly large scale[4], several schemes for exceeding the Shockley–Queissar (S–Q)limit have been proposed and are under active investigation.These approaches include tandem ?Tel.:+1-303-384-6603;fax:+1-303-384-6655. E-mail address:anozik@https://www.wendangku.net/doc/ca15796860.html,(A.J.Nozik).cells[5],hot carrier solar cells[6–8],solar cells producing multiple electron–hole pairs per photon through impact ionization[9,10],multiband and impu-rity solar cells[4,11],and thermophotovoltaic=thermo-photonic cells[4].Here,we will only discuss hot carrier and impact ionization solar cells,and the e ects of size quantization on the carrier dynamics that control the probability of these processes. The solar spectrum contains photons with ener-gies ranging from about0.5to3:5eV.Photons with energies below the semiconductor band gap are not absorbed,while those with energies above the band gap create electrons and holes with a total excess kinetic energy equal to the di erence between the photon energy and the band gap.This excess kinetic energy creates an e ective temperature for the carri-ers that is much higher than the lattice temperature; such carriers are called“hot electrons and hot holes”, and their initial temperature upon photon absorption 1386-9477/02/$-see front matter?2002Elsevier Science B.V.All rights reserved. PII:S1386-9477(02)00374-0
高效晶体硅太阳能电池介绍
高效晶体硅太阳电池简介（1） PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究 的高效电池。它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％[26]。由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。为了尽可能降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。另外，在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。 为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。这种想法早已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。后来在实验过程中发现采用液态源BBr3进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小，并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。1990年在PERC结构和工艺的基础上，J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示[27]。定域掺硼的温度为900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，2 h）。经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 μm，大大减少了横
向电阻。如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。 1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。这种PERL电池取得高效的原因是[28]：（1）正面采光面为倒金字塔结构，结合背电极反射器，形成了优异的光陷阱结构；（2）在正面上蒸镀了MgF2/ZnS双层减反射膜，进一步降低了表面反射；（3）正面与背面的氧化层均采用TCA工艺（三氯乙烯工艺）生长高质量的氧化层，降低了表面复合；（4）为了和双层减反射膜很好配合，正面氧化硅层要求很薄，但是随着氧化层的减薄，电池的开路电压和短路电流又会降低。为了解决这个矛盾，相对于以前的研究，增加了“alneal”工艺，即在正面的氧化层上蒸镀铝膜，然后在370 ℃的合成气氛中退火30 min，最后用磷酸腐蚀掉这层铝膜。经过“alneal”工艺后，载流子寿命和开路电压都得到较大提高，而与正面氧化层的厚度关系不大。这种工艺的原理是，在一定温度下，铝和氧化物中OH-离子发生反应产生了原子氢，在Si/SiO2的界面处对一些悬挂键进行钝化。（5）电池的背电场通过定域掺杂形成，掺杂的温度和时间至关重要，对实现定域掺杂的接触孔的设计也非常重要，因为这关系到能否在整个背面形成背电场以及体串联电阻的大小。在这个电池中浓硼扩散区面积为30 μm×30 μm，接触孔的面积为10 μm ×10 μm，孔间距为250 μm，浓硼扩散区的面积仅占背面积的1.44%。定域扩散
太阳能电池的制造的新材料—钙钛矿
太阳能电池的制造的新材料—钙钛矿 在太阳能电池的世界里面如今出现啦一个新竞争者—钙钛矿的复杂晶体制成的太阳能电池。2009年，这种电池悄然到来，当时其有效转换率为3.8%——这是一个乏味的结果，因为当时的顶级硅光电池在实验室中的转换率能达到25%。但是，到2011年年底，新电池的有效率翻了一番达到6.5%，去年攀升到10%，2013年，有效率为15%。“这让人惊讶。”以色列魏茨曼科学研究学院材料学家David Cahen说，“在太阳能电池里，我们从未看到这样的结果。” 这种电池的发展趋势越来越好。钙钛矿是由现成材料制成的，不像某些种类的太阳能电池，它们廉价而容易产生。专家认为，这种电池还有许多改进空间，明年效率能达到20%。钙钛矿太阳能电池还有潜力与硅电池板相结合，制造出效率达30%甚至更高的串联电池。 “它在发展。”美国斯坦福大学材料学家Michael McGehee说。“它非常具有竞争性。”瑞士联邦理工学院化学家Michael Gratzel说。“战役在继续。它的发展非常迅速，我没有时间睡觉了。”美国加州大学洛杉矶分校太阳能电池专家Yang Yang说。 正确方向 钙钛矿在1个多世纪前就摆在了太阳能电池制造者面前。1839年，一位俄罗斯矿物学家首次发现了这种矿物质的自然状态。目前，已知有数百种此类矿物质，太阳能电池钙钛矿属于半导体，其他家族成员从导体到绝缘体范围极为广泛，最著名的是高温氧化铜超导体。 上世纪90年代，IBM华生研究中心物理学家David Mitzi使用钙钛矿半导体制成了薄膜晶体管和发光二极管。这些装置能够工作。尽管许多发光材料也能制成良好的吸光器，但Mitzi发现钙钛矿太不稳定而无法制作太阳能电池——材料必须能够持续数十年才有商业价值。 几乎在10年之后，Tsutomu Miyasaka朝着解决问题的方向迈出了第一步。日本桐荫横滨大学化学家Miyasaka及同事致力于研究染色敏化太阳能电池(DSSCs)。与传统的硅太阳能电池不同，DSSCs包含有机吸光染料混合物，这些混合物为二氧化钛(TiO2)等微小颗粒添加涂层，这些颗粒被电解液包围。 在标准DSSCs里，当染色分子吸引光子时，光能够提高染色剂中电子的能量，使其跳到二氧化钛微粒上。在那里，它会从微粒跳到微粒，直至到达电极，然后被收集起来，送入电路中。同时，其他电子从电解质跳到染色剂，并使其恢复到初始状态。 Gratzel表示，这里就有个麻烦。1991年Gratzel研究小组发明了DSSCs，但其染色剂不能吸收所有的光，因此降低了电池的能效。为了做得更好，Miyasaka 将注意力转向钙钛矿。他的研究小组花费了两年时间，寻找能使这种物质变稳定的秘方。他们使用了一层薄薄的吸光钙钛矿层，能效达3.8%。但不幸的是，这种电池也包含液体电解质，会在几分钟内溶解钙钛矿，以致电池失效。 之后，Gratzel与韩国成均馆大学的Nam-Gyu Park合作迈出了下一步。2012年，他们宣布使用固体取代了原来的液体，能效接近10%。现在，事情开始变得
光伏太阳能电池技术路线图
光伏太阳能电池技术路线图 不断提高光电转换效率和组件额定功率已是当今光伏行业的关键指标。这不仅是整个行业的长期目标，而且是在竞争激烈的产业环境下领军厂商脱颖而出的必要条件。 NPD Solarbuzz上海办公室，2012年2月14日—根据最新出版的NPD Solarbuzz 光伏设备季度报告指出，不断提高光电转换效率和组件额定功率已是当今光伏行业的关键指标。这不仅是整个行业的长期目标，而且是在竞争激烈的产业环境下领军厂商脱颖而出的必要条件。光电转换效率的提高意味着制造工艺流程和原材料（主材和辅材）的改变，理想情况下，引领这些改变的各种技术构成了一份技术路线图。 成功采用这些技术的光伏厂商将在市场份额的竞争中占有优势，能为新工艺流程提供关键设备和原材料的厂商则将成为后续扩产阶段的首选供应商。 因此，许多研发实验室，设备/原材料厂商，光伏制造商和区域性协会都积极地 试图影响技术路线图的内容和进程。设备和原材料厂商也经常根据这些路线图衍生的结论调整企业发展战略，从而与未来的市场需求保持一致。 光伏路线图的不确定性 只有当光伏行业主要厂商采用路线图上的技术时，以上推断才成立，否则将事与愿违。 实际上，产业上下游的设备和原材料厂商在过去吃了不少苦头，因为他们制订内部战略所依据的路线图与常常与主要厂商的路线图并不一致。 在这种情况下，人们一直都对光伏技术路线图抱有怀疑。然而，产业仍然需要确立一个有凝聚力的技术路线图，需要改变的是路线图产生过程中使用的研究方法和推理假设。 NPD Solarbuzz的光伏技术路线图 NPD Solarbuzz的研究方法源于对各个光伏厂商详细工艺流程的分析，并追踪不同工艺流程对产品在下游和终端市场表现的影响。对于光伏厂商设备支出和每个流程设备供应商收入确认与存货的分析，对这种专注于商业运营的研究方法作出了进一步的补充。 经过过去两三年对各种门类光伏技术的大量设备投资，几种技术选择浮出水面。这些设备投资涵盖形形色色的晶硅和薄膜方案，并且经常精心组织各种市场活动，以宣传和支持各自的方案。
几种商业化的高效晶体硅太阳能电池技术
几种商业化的高效晶体硅太阳能电池技术 摘要：晶体硅太阳能电池是目前应用技术最成熟、市场占有率最高的太阳能电池。本文在解释常规太阳能电池能量损失机理的基础上，介绍了可应用于商业化生产的高效晶体硅太阳能电池技术及其工艺流程，并对每种电池技术的优、缺点及工艺难度进行了评价。 关键词：晶体硅电池；高效电池；商业化 1 引言 能源是一个国家经济和社会发展的基础. 目前广泛使用的石油、天然气、煤炭等化石能源面临着严峻的挑战. 2005年2 月我国通过了《中华人民共和国可再生能源法》,从立法角度推进可再生能源的开发和利用,这是解决我国能源与环境、实现可持续发展的重要战略决策。 不论从资源的数量、分布的普遍性,还是从清洁性、技术的可靠成熟性来说,太阳能在可再生能源中都具有更大的优越性,光伏发电已成为可再生能源利用的首要方式。而晶硅太阳电池一直占据着光伏市场的最大份额. 与其它的可再生能源一样,目前要使之从补充能源过渡到替代能源,太阳电池光伏发电推广的最大制约因素仍然是发电成本。围绕着降低生产成本的目标,以高效电池获取更多的能量来代替低效电池一直是科学研究的的热门[1]. 近年来 高效单晶硅太阳能电池研究已取得巨大成就，在美国、德国和日本,高效太阳能电池研究正如火如荼，特别是美国，商品化高效电池的转换效率已超过20%。 . 2 硅太阳能电池能量损失机理 目前研究成果表面，影响晶体硅太阳能电池转换效率的原因主要来自两个方面：①光学损失. 包括电池前表面反射损失、接触栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失,其中反射和阴影损失是可以通过技术措施减小的,而长波非吸收损失与半导体性质有关；②电学损失. 它包括半导体表面及体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻以及金属-半导体接触（欧姆接触）电阻损失. 相对而言,欧姆损失在技术上比较容易降低,其中最关键的是降低光生载流子的复合,它直接影响太阳电池的开路电压。而提高电池效率的关键之一就是提高开路电压V oc。光生载流子的复合主要是由于高浓度的扩散层在前表面引入了大量的复合中心。此外,当少数载流子的扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片厚度时,背表面的复合速度S b 对太阳电池特性的影响也很明显。而从商业太阳电池来看,为了降低太阳电池的成本和提高效率,现在生产厂家也在不断地减小硅片的厚度,以降低原材料的价格.因此必须有减少前、背两个表面的光生载流子复合的结构和措施. 3 高效晶体硅太阳能电池技术 3.1 背接触电池IBC/MWT/EWT （1）IBC电池（PCC电池） 背接触电池是由Sunpower公司开发的高效电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背面，量产效率可达19%～20%。 这种把正面金属栅线去掉的电池结构有很多优点[2]：（1）减少正面遮光损失，相当于增加了有效半导体面积，有利于增加电池效率；（2）有可能大大降低组件装配成本，因为全部外部接触均在单一表面上；（3）从建造结构的观点看来提供了增值，因为汇流条和焊线串接存在引起的视觉不适被组件背面所替代。
太阳能电池及材料研究和发展现状
第１９卷第５期２００６年９月 浙江万里学院学报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＷａｎｌｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖ０１．１９Ｎｏ．５ Ｓｅｐ．２００６太阳能电池及材料研究和发展现状 汪建军，刘金霞 （浙江万里学院，宁波３１５１０１） 摘要：文章介绍了不同材料的太阳能电池，如单晶硅、多晶硅、多晶硅薄膜、非晶硅薄膜、ＣｕｌｎＳｅ２、 ＣｄＴｅ、染料敏化等太阳电池主要制各工艺、典型结构与特性．简要说明不同电池商品化生产情况及光伏产业 发展趋势． 关键词：太阳能电池；高效电池；光伏产业 中图分类号：ＴＫ５１２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－－２２５０（２００６）０５一００７３—０５ 收稿日期：２００６－－０１一ｌｌ 作者简介：汪建军，浙江万里学院基础学院实验师；刘金霞，浙江万里学院基础学院副教授． 太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源．太阳光辐射能转化电能是近些年来发展最快，最具活力的研究，人们研制和开发了不同类型的太阳能电池．太阳能电池其独特优势，超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应主要支柱．制造太阳能电池材料的禁带宽度＆应在１．１ｅＶ．１．７ｅＶ之间，以１．５ｅＶ左右为佳，最好采用直接迁移型半导体，较高的光电转换效率（以下简称“效率”），材料性能稳定，对环境不产生污染，易大面积制造和工业化生产．１９５４年美国贝尔实验室研制了世界上第一块实用半导体太阳能电池，不久后用于人造卫星．经近半个世纪努力，人们为太阳电池的研究、发展与产业化做出巨大努力．硅太阳电池于１９５８年首先在航天器上得到应用．在随后ｌＯ多年里，空间应用不断扩大，工艺不断改进．２０世纪７０年代初，硅太阳电池开始在地面应用，到７０年代末地面用太阳电池产量已经超过空间电池产量，并促使成本不断降低．８０年代初，硅太阳电池进入快速发展，开发的电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大．２０世纪８０年代中至今，薄膜太阳能电池研究迅速发展，薄膜电池被认为大幅度降低成本的根本出路，成为今后太阳能电池研究的热点和主流，并逐步向商业化生产过渡． １不同材料太阳电池分类及特性简介 太阳能电池按材料可分为品体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池和光电化学太阳电池等几大类．开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高效率和降低成本． １．１晶体硅太阳电池晶体硅太阳电池是ＰＶ（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）市场上的主导产品，优点是技术、工艺最成熟，电池转换效率高，性能稳定，是过去２０多年太阳电池研究、开发和生产主体材料．缺点是生产成本高．在硅电池研究中人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能，进一步提高效率．如发射极钝化、背面局部扩散、激光刻槽埋栅和双层减反射膜等，高效电池在这些实验和理论基础上发展起来的…．１．２硅基薄膜太阳电池多晶硅（ｐｌｏｙ．Ｓｉ）薄膜和非晶硅（ａ．Ｓｉ）薄膜太阳电池可以大幅度降低太阳电池价格．多晶硅薄膜电池优点是可在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高，不久将会在ＰＶ市场上占据主导地位．非晶硅是硅和氢（约１０％）的一种合金，具有以下优点：它对阳光的吸收系数高，活性层只有ｌｌａｍ厚，材料的需求量大大减少，沉积温度低（约２００℃），可直接沉积在玻璃、不锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便于工业化大规模生产．缺点是由于非晶硅材料光学禁带宽度为１．７ｅＶ，对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，限制了非晶硅电池的效率，且其效率会随着光照时间的延续而衰减（即光致衰退），使电池性能不稳定．
高效太阳能电池技术深解
光伏产业之高效太阳能电池技术深解 光伏产业低迷，腹背受敌。怎样能挺过寒冬?有技术实力而且能将技术变成生产力的企业，将最终胜出。高效电池就是光伏的突围之匙。 1.高效电池-光伏的突围之匙 光伏当前产业低迷，腹背受敌。外有金融危机，市场萎靡，欧美双反，贸易壁垒;内有并网受限，政策滞后，产能过剩，产品同质化，高资产负债率。很多人都喜欢问一个问题，“你认为光伏何时才能复苏?”，我觉得这个问题的意义不太大，因为即使能预测出这个时间点，可是你确信自己能挺到复苏之时吗?行业的复苏不等于你的复活，也许那时你已经成为一名过客了。那怎样的企业才能挺过这次寒潮呢?有技术实力，而且能将技术变成生产力的企业，将最终胜出，迎来光伏的下一个高潮。 有核心技术，自然能得到资本的青睐，解决资金的短缺。自然能够突破价格战和产能过剩的困局，获得更高的利润。据计算，太阳能光伏电池转换效率每提高一个百分点，将使太阳能电池组件的发电成本降低7%左右。目前国际市场的行情是：同样是P型硅片制造，转换效率高低成为定价的标准。下游客户使用高效太阳电池做的组件，可以在安装成本不变的情况下提高太阳能光伏发电系统的年发电。高效电池就是光伏的突围之匙。 光伏暴利的时代已经过去。中国光伏行业在洗牌整合，在等待政策和贸易环境的改善，在积蓄内力提高效率，等待一个真正辉弘的高潮的到来---光伏平价上网：光伏发电以平等的价格和传统能源展开发电市场竞争，走入寻常百姓家。 2.什么是高效光伏电池 目前普通的太阳能电池产业化水平转换效率：单晶15%～17%、多晶12%～15%，非晶硅薄膜8%～9%。高效电池是指电池产业化水平转换效率：单晶》18%、多晶》16.5%、非晶硅薄膜》10%。要强调一点的是我们说的是产业化的电池转换效率，是指能够量产制造的，不是实验室精雕细刻出来的。实验室里面有很多电池效率很高，但或者工艺太复杂、或者技术不成熟，只具有研发意义，无法量产，无法降低生产成本，还不具有商业推广价值。 大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。通过降低电池的硅材料成本，提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本。通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本。通过合理的机制建立优秀的技术团队、充分保证技术上的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在。