第三講太陽電池原理及主要電池介紹

1第三講3太陽電池原理及主要太陽電池介紹1太陽電池分類太陽電池工作原理晶硅太陽電池薄膜太陽電池化合物太陽電池染料敏化太陽電池其它新型太陽電池12太陽電池分類(材料分類)

單晶硅太陽電池晶體硅太陽電池

多晶硅太陽電池

(CrystalSiliconSolarCell)

帶狀硅太陽電池

按基體材料分類BasedonMaterials

非晶硅太陽電微晶硅薄膜太陽電池

多晶硅薄膜太陽電池

納米晶硅薄膜太陽電池

硅薄膜太陽電池

SiliconThinFilm硒光電池硫化鎘太陽電池硒銦銅太陽電池碲化鎘太陽電池砷化鎵太陽電池磷化銦太陽電池染料敏化太陽電池(DyeSensitizedSolarcell)有機(jī)薄膜太陽電池(OrganicSolarCell)化合物太陽電池CompoundSolarcell223太陽電池分類(應(yīng)用分類)空間太陽電池剛性襯底柔性襯底地面太陽電池光伏傳感器用途分類剛性襯底柔性襯底同質(zhì)結(jié)太陽電池異質(zhì)結(jié)太陽電池肖特基結(jié)太陽電池復(fù)合結(jié)太陽電池分光太陽電池液結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)分類

平板太陽電池聚光太陽電池分光太陽電池使用狀態(tài)分類334太陽電池分類（按照技術(shù)成熟程度）①晶硅電池：單晶硅，多晶硅，帶硅等；②薄膜電池：a-Si，a-Si/c-Si，CIGS，CdTe，

GaAs，poly-Si等；③新型電池及新概念電池：染料敏化電池－光電化學(xué)電池，有機(jī)電池，多結(jié)(帶隙遞變)電池，中間帶（雜質(zhì)帶）電池，量子點(diǎn)、量子阱電池，上轉(zhuǎn)換器（低能光子合并成高能光子）電池，下轉(zhuǎn)換器（高能光子分解成低能光子），熱載流子電池等。445

電池光電化學(xué)電池其他新概念電池（第三代電池？）染料敏化電池（如有機(jī)電池等）多結(jié)電池（太陽光譜多級(jí)利用）光子的分離（下轉(zhuǎn)換）和合并（上轉(zhuǎn)換）中間帶或雜質(zhì)帶電池％115～632～3結(jié)概念證明階段

電池晶硅電池薄膜電池（第二代電池？）太陽級(jí)硅硅基化合物Wafer(切片)Ribbon(帶硅)多晶a-Si，c-SiPECVD多晶基RTCVD等CdTeCIGSGaAs迭層

單晶多晶％2518-192216-181713-1613－155.5-9.5>1516.8～1019.88-10～4232.2產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)業(yè)化部分產(chǎn)業(yè)化實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)業(yè)化聚光示范556太陽電池組件分類667太陽能電池發(fā)電原理當(dāng)光線照射太陽能電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在Ｐ－Ｎ結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。778光伏效應(yīng)早在1839年，法國科學(xué)家貝克雷爾(Becqurel)就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏打效應(yīng)”，簡稱“光伏效應(yīng)”。

太陽電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)，就是當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢和電流的一種效應(yīng)。即當(dāng)太陽光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時(shí)，就會(huì)在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓，使PN結(jié)短路，就會(huì)產(chǎn)生電流。889太陽電池工作原理

太陽電池是利用pn結(jié)內(nèi)建電場作用，分離入射光產(chǎn)生的電子-空隙對(duì)，在正負(fù)電極形成電勢。

當(dāng)入射太陽光能量大于吸收層半導(dǎo)體能隙時(shí)，入射光與半導(dǎo)體相互作用可以產(chǎn)生光生載流子，所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)靠半導(dǎo)體內(nèi)形成的內(nèi)建電場分開到兩極，正負(fù)電荷分別被上下電極收集。由金屬導(dǎo)連接正負(fù)電極對(duì)外提供電能。

99基本原理1011太陽能電池發(fā)電原理圖1111121212131313141414151515太陽電池等效電路(1)理想太陽電池等效電路：

相當(dāng)于一個(gè)電流為Isc的恒流電源與一只正向二極管并聯(lián)。流過二極管的正向電流稱為暗電流ID.流過負(fù)載的電流為I負(fù)載兩端的電壓為V太陽電池性能參數(shù)16

理想的太陽電池等效電路一個(gè)理想的恒流源和2個(gè)二極管組成恒流源的電流Isc與兩個(gè)二極管電流方向相反，相當(dāng)于二極管處于正向偏置暫不考慮串聯(lián)電阻（Rs）和并聯(lián)電阻（Rsh）ID2是與耗盡區(qū)復(fù)合相關(guān)的二極管，ID1是與n,p區(qū)復(fù)合相關(guān)的二極管ID2IscID1

VRI17I=Isc-ID1-ID2ID2很?。ㄒ?yàn)楹谋M區(qū)電阻很大）→I=Isc-I01(eqv/kBT-1),I01是與n和p中性區(qū)復(fù)合相關(guān)的暗飽和電流短路電流V=0時(shí)，光生電流是Isc(短路電流）開路電壓I=0時(shí)，電流的輸出電壓為開路電壓

Voc=kTq-1ln(Isc+Isc/I01)18理想電池的輸出功率：P=IV=IscV-I01(eqv/kBT-1)V求上式的極值，就得到最大輸出電壓（Vmp)和最大輸出電流(Imp)

，最大輸出功率(Pmp)等于最大輸出電流和最大輸出電壓的乘積。填充因子定義電池的填充因子FF（fillfactor)=ImpVmp/(IscVoc),填充因子小于等于1電池轉(zhuǎn)換效率（η）

η=最大輸出功率除以入射功率=Pmp/Pin1920

實(shí)際的太陽電池等效電路

IphID

RshIshV

R

IRs21(2)實(shí)際太陽電池等效電路：由于漏電流等產(chǎn)生的旁路電阻Rsh由于體電阻和電極的歐姆電阻產(chǎn)生的串聯(lián)電阻Rs在Rsh兩端的電壓為：Vj=(V+IRS)因此流過旁路電阻Rsh的電流為：

ISh=(V+IRS)/Rsh流過負(fù)載的電流：

I=Iph–

ID–ISh22串聯(lián)電阻串聯(lián)電阻表達(dá)式：是正面電極金屬柵線電阻，rc1、rc2分別是正面、背面金屬半導(dǎo)體接觸電阻，rt是正面擴(kuò)散層的電阻，rb是基區(qū)體電阻，rmb是背面電極金屬層的電阻2324電池轉(zhuǎn)換效率Efficiency()Maximumpower(Pm)inWIrradianceofinputlight(E)measuredinW/m2Surfaceareaorsolarcell(Ac)inm2Fillfactor(FF)Opencircuitvoltage(Voc)Shortcircuitcurrent(Isc)242425ThedarkandlightIV-curve25IVDarkCharacteristic

LightCharacteristicIVPowerGeneratingRegionPowerDissipatingRegionPowerDissipatingRegion26光照能使電池的I-V曲線向下平移到第四象限，于是二極管的電能可以被獲取。為便于討論，太陽電池的I-V特性曲線通常被上下翻轉(zhuǎn)，將輸出曲線置于第一象限，并用下式表示：27TheVIcharacteristicofasolarcellisusuallydisplayedlikethis:VIVIThecoordinatesystemisflippedaroundthevoltageaxis.2829最大轉(zhuǎn)換效率為帶隙Eg的函數(shù)定性結(jié)論：短路電流隨Eg的增大而減?。婚_路電壓隨Eg的增大而增大；在Eg為1.4eV時(shí)出現(xiàn)太陽電池的最大轉(zhuǎn)換效率30串聯(lián)電阻串聯(lián)電阻表達(dá)式：是正面電極金屬柵線電阻，rc1、rc2分別是正面、背面金屬半導(dǎo)體接觸電阻，rt是正面擴(kuò)散層的電阻，rb是基區(qū)體電阻，rmb是背面電極金屬層的電阻31串聯(lián)電阻金屬體電阻：

其中rsq為厚膜金屬導(dǎo)體層的方塊電阻，厚膜印刷銀電極通常為0.003Ω/□～0.005Ω/□；l為柵線長度；w為柵線寬度。對(duì)于鋁背場形式的背面電極，rsq通常為0.010～0.020Ω/□。、即可算出結(jié)果。32串聯(lián)電阻金屬半導(dǎo)體接觸電阻：

εs是硅的介電常數(shù)，ND是摻雜濃度。大致上ND≥1019/cm3時(shí)，RC將主要表現(xiàn)為隧道效應(yīng)，并隨著ND的增加迅速地下降。對(duì)于勢壘高度在0.6V左右的金屬材料，當(dāng)硅的摻雜濃度在1020/cm3附近時(shí)，RC的數(shù)值大約為10-3～10-4Ωcm2

33串聯(lián)電阻擴(kuò)散薄層電阻引起的串聯(lián)電阻：

為擴(kuò)散層方塊電阻；L為電池主焊接電極方向尺寸；W為電池細(xì)柵線方向尺寸；m為細(xì)柵線條數(shù)34串聯(lián)電阻基區(qū)體電阻：d為基區(qū)厚度，約等于硅基片厚度；地面用太陽電池基片材料電阻率通常使用范圍為0.5～３Ω.cm35并聯(lián)電阻邊緣漏電（刻蝕未完全、印刷漏漿）體內(nèi)雜質(zhì)和微觀缺陷PN結(jié)局部短路（擴(kuò)散結(jié)過淺、制絨角錐體顆粒過大）

36

暗電流ID是注入電流和復(fù)合電流之和，可以簡化為單指數(shù)形式：

ID=Ioo{exp(qVj/A0kT)-1}其中：Ioo為太陽電池在無光照時(shí)的飽和電流；

A0為結(jié)構(gòu)因子，它反映了p-n結(jié)的結(jié)構(gòu)完整性對(duì)性能的影響；

K是玻爾茲曼恒量

37因此得出:這就是光照情況下太陽電池的電流-電壓的關(guān)系。畫成圖形，即為(I-V)特性曲線。38在理想情況下：Rsh

→∞，Rs→0

由此得到：I=Iph–

ID=Iph–

Ioo{exp(qV/A0kT)-1}在負(fù)載短路時(shí)，即Vj=0(忽略串聯(lián)電阻)，便得到短路電流，其值恰好與光電流相等

Isc=Iph39因此得出：

I=Iph–

ID

=Isc–

Ioo{exp(qV/A0kT)-1}

在負(fù)載R→∞時(shí),輸出電流→0,便得到開路電壓Voc其值由下式確定：

40伏安(I-V)特性曲線受光照的太陽電池，在一定的溫度和輻照度以及不同的外電路負(fù)載下，流入負(fù)載的電流I和電池端電壓V的關(guān)系曲線。下圖為某個(gè)太陽電池組件的(I-V)特性曲線示意圖。41不同輻照度下電池的I-V特性曲線42開路電壓在一定的溫度和輻照度條件下，光伏電池在空載(開路)情況下的端電壓，通常用Voc來表示太陽電池的開路電壓與電池面積大小無關(guān)，通常單晶硅太陽電池的開路電壓約為450-600mV，最高可達(dá)690mV

。太陽電池的開路電壓與入射光譜輻照度的對(duì)數(shù)成正比。

43短路電流在一定的溫度和輻照條件下，太陽電池在端電壓為零時(shí)的輸出電流，通常用Isc來表示。Isc與太陽電池的面積大小有關(guān)，面積越大，Isc越大。一般1cm2的太陽電池Isc值約為16-30mA。Isc與入射光的輻照度成正比。44量子效率（QE-quantumefficiency)也稱收集效率用來表征光電流與入射光的關(guān)系描述不同能量的光子對(duì)短路電流的貢獻(xiàn)量子效率是能量的函數(shù)，分為外量子效率和內(nèi)量子效率45外量子效率(EQE)

（externalquantumefficiency)定義：對(duì)整個(gè)入射太陽光譜，每個(gè)波長為λ的入射光子能對(duì)外電路提供一個(gè)電子的概率EQE(λ)=Isc(λ)/[qAQ(λ)],Q(λ)為入射光子流密度，A為電子面積，q為電荷電量它反映的是對(duì)短路電流有貢獻(xiàn)的光生載流子密度與入射光子密度之比一般小于1外量子效率低表明電池活性層對(duì)光子的利用率低，但也可能表明光的反射、透射比較多46內(nèi)量子效率(IQE)

（internalquantumefficiency)定義：被電池吸收的波長為λ的一個(gè)入射光子能對(duì)外電路提供一個(gè)電子的概率IQE(λ)=Isc(λ)/[qA（1-s)(q-R(λ))Q(λ)(e-a(λ)Wopt-1)],Q(λ)為入射光子流密度，A為電子面積，q為電荷電量,Wopt是電池的光學(xué)厚度，R(λ)是電池半球角反射內(nèi)量子效率低表明電池活性層對(duì)光子的利用率低47內(nèi)外量子效率的關(guān)系

IQE(λ)=EQE(λ)/[1-R(λ)-T(λ)],T(λ)是電池半球投射內(nèi)量子效率通常大于外量子效率量子效率可以從一個(gè)角度反映電池性能48最大功率點(diǎn)

在太陽電池的伏安特性曲線上對(duì)應(yīng)最大功率的點(diǎn)，又稱最佳工作點(diǎn)。最佳工作電壓太陽電池伏安特性曲線上最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓。通常用Vmp表示最佳工作電流太陽電池伏安特性曲線上最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流。通常用Imp表示49轉(zhuǎn)換效率

受光照太陽電池的最大功率與入射到該太陽電池上的全部輻射功率的百分比。

η=Vmp

Imp

/AtPin其中Vmp和Imp分別為最大輸出功率點(diǎn)的電壓和電流，At為太陽電池的總面積，Pin為單位面積太陽入射光的功率。5051TypicalsolarcellnumbersVoc=0.5-0.6VJsc=30mA/cm2(300A/m2)FF=75-85%Currentandvoltagenotverypracticalnumbers!Solution:connectsmallcellsinseriestomodules!5152LossesinasolarcellAbsorptionlossesToothinBandgaptoohighThermalizationlossesDifferencebetweenbandgapenergyandphotonenergywastedasheatRecombinationlossesElectronholepairsrecombineinsteadofseparate5253種類材料

單電池效率模塊效率主要制備方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)多元化合物薄膜太陽能電池砷化鎵

19~32%23~30%MOVPE和LPE技術(shù)效率較高成本較單晶硅低易于規(guī)模生產(chǎn)原材料鎘有劇毒碲化鎘

10~15%7~10%銅銦硒

10~12%8~10%真空蒸鍍法和硒化法價(jià)格低廉性能良好工藝簡單原材料來源比較有限納米晶化學(xué)太陽能電池8~11%~8%溶膠凝膠法水熱反應(yīng)濺射法成本低廉工藝簡單性能穩(wěn)定

聚合物多層修飾電極型太陽能電池

3~5%

處于研發(fā)當(dāng)中易制作材料廣泛成本低壽命短535354無機(jī)太陽能電池研究進(jìn)展表1無機(jī)太陽能電池的性能及應(yīng)用545455硅太陽電池單晶硅多晶硅非晶硅

TypeEfficiencyinLabEfficiencyinProductionMonocrystalluiine2414-17Polycrystalline1813-15Amorphous135-75555電池效率損失分析電池設(shè)計(jì)原則電池設(shè)計(jì)56單結(jié)太陽電池轉(zhuǎn)換效率理論值可達(dá)到31%(GaAs)，目前最高的單結(jié)電池效率接近25%，產(chǎn)業(yè)化的最高效率20%多，與理論值還有較大差距。電池效率損失分析57

太陽電池的工作過程

吸收光子，產(chǎn)生電子空穴對(duì)。電子空穴對(duì)被內(nèi)建電場分離，在PN結(jié)兩端產(chǎn)生電勢。將PN結(jié)用導(dǎo)線連接，形成電流。在太陽電池兩端連接負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了將光能向電能的轉(zhuǎn)換。58太陽電池工作時(shí)引起效率損失的過程主要損失是過程：光學(xué)損失：反射、投射、失去超過禁帶寬度的冗余能量。能量較低的光子與能量很高的光子在在激發(fā)電子空穴對(duì)產(chǎn)生輸出時(shí)是等效的。僅這一項(xiàng)損失就使標(biāo)準(zhǔn)電池的轉(zhuǎn)換效率局限至44％左右。光激發(fā)電子空穴對(duì)的復(fù)合。采用具有合適性能的半導(dǎo)體材料(尤其是光生載流產(chǎn)壽命長的材料)可以將載流產(chǎn)復(fù)合損失降至最低，也就是減少材料缺陷從而消除載流子復(fù)合通道。載流子壽命此時(shí)決定于電池內(nèi)部的輻射復(fù)合，它是光激發(fā)過程的逆過程。電流輸出過程的損失：串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻等59盡可能的增加電池的光收集能力和被電池吸收的光轉(zhuǎn)變?yōu)檩d流子數(shù)量.盡力提高p-n結(jié)對(duì)光生載流子的收集能力盡可能的減少正向偏壓下暗電流盡可能降低電流流出太陽電池時(shí)的電阻損失設(shè)計(jì)原則60材料禁帶寬度

決定了入射光譜進(jìn)入電池的下限，太陽光譜的利用范圍小的禁帶寬度可以拓寬電池對(duì)太陽光的吸收，但是會(huì)提高反向飽和電流，降低開路電壓寬帶隙提高開路電壓，但是使材料的吸收光譜變窄，減少光電流禁帶寬度有一個(gè)優(yōu)化值（0.8~1.6eV）61（1）光學(xué)損失光學(xué)損失降低電池的短路電流，從而影響其發(fā)電功率光學(xué)損失主要包括由于電池表面的反射或由于沒有被電池吸收的本來能夠產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的那些光對(duì)于常見的太陽電池，全部可見光譜的能量都足以在電池中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，因此，理想狀態(tài)下所有可見光都可以電池吸收表面反射被電極遮擋電池背表面的反射62降低光學(xué)損失的方法電池表面的上接觸面積盡可能的小(盡管這可能會(huì)提高串聯(lián)電阻）光照面使用減反射膜利用表面刻蝕減少反射增加電池厚度提高光吸收（盡管由于載流子復(fù)合吸收的光不一定貢獻(xiàn)電流）表面刻蝕與陷光結(jié)構(gòu)增加光在電池中的光路63介電薄層特殊厚度（破壞干涉）減反膜降低光學(xué)損失64根據(jù)前面的公式，計(jì)算得到最低反射率的減反膜的厚度和折射系數(shù)，由于折射系數(shù)是波長的函數(shù)，因此零反射僅僅發(fā)生在固定的單一的波長對(duì)于太陽電池，折射系數(shù)和厚度選擇波長為0.6μm時(shí)反射率最低，因?yàn)檫@個(gè)波長最靠近太陽光譜的峰值65僅僅因?yàn)榈铚p反膜厚度不同66表面刻蝕（Surfacetexturing)降低光學(xué)損失任何粗糙的表面都可以提高光反彈到表面的機(jī)會(huì)而降低反射67單晶：通過刻蝕晶面。如單晶硅晶體結(jié)構(gòu)刻蝕后形成金字塔結(jié)構(gòu)表面刻蝕的方法68Scanningelectronmicroscopephotographofatexturedsiliconsurface69Scanningelectronmicroscopephotographofatexturedmulticrystallinesiliconsurface70多晶：光刻、機(jī)械雕刻（如利用激光器）71陷光結(jié)構(gòu)（lighttrapping）降低光學(xué)損失器件厚度的優(yōu)化不能僅僅考慮光吸收。如果吸收的光不在pn結(jié)的擴(kuò)散長度之內(nèi)，那么產(chǎn)生的光生載流子會(huì)因?yàn)閺?fù)合而損失掉。對(duì)于吸收能力相同的電池，更薄的電池的電壓將會(huì)更高。因此，典型的優(yōu)化的電池具有陷光結(jié)構(gòu)，此時(shí)光路長度將會(huì)是沒有陷光結(jié)構(gòu)的電池的幾倍光路長度是指一個(gè)未被吸收的光子在它逃離器件之前在電池內(nèi)走的距離。光路長度常常用器件厚度表示，例如一個(gè)沒有陷光結(jié)構(gòu)的電池可能有一個(gè)器件厚度的光路長度，而一個(gè)具有陷光結(jié)構(gòu)的電池可能有50個(gè)器件厚度的光路長度，這暗示著光將在電池內(nèi)部來回好多次。72無陷光結(jié)構(gòu)有陷光結(jié)構(gòu)73陷光效果的取得：當(dāng)入射光照射在一個(gè)有角度的表面時(shí)，入射光傳播的角度會(huì)發(fā)生變化絨面結(jié)構(gòu)不僅可以降低反射，而且可以使得光重復(fù)傾斜地在電池內(nèi)傳輸，從而增加光路長度折射光進(jìn)入半導(dǎo)體材料的的角度根據(jù)斯涅耳定律（Snell'sLaw）計(jì)算（折射定律）

θ1andθ2aretheanglesforthelightincidentontheinterfacerelativetothenormalplaneoftheinterfacewithinthemediumswithrefractiveindicesn1andn2respectively.74背反射膜LambertianRearReflectors背反射是為了將到達(dá)電池背表面即將要逃離出電池的光再反射到電池內(nèi)部，增加吸收75（2）減少復(fù)合復(fù)合損失不僅影響電流收集（短路電流）而且影響正向偏壓注入電流（開路電壓）復(fù)合經(jīng)常是按照它在電池中發(fā)生的區(qū)域分類。如在表面的復(fù)合稱為表面復(fù)合；電池內(nèi)部的復(fù)合稱為體復(fù)合，體復(fù)合是電池的主要的復(fù)合；在耗盡區(qū)的復(fù)合被稱為耗盡區(qū)復(fù)合。匯流線匯流線電阻發(fā)射極電阻基區(qū)電阻柵線指狀柵線電阻76復(fù)合引起的電流損失為了使的p-n結(jié)能夠收集所有的光生載流子，表面和體復(fù)合一定要最小，在硅太陽電池里，需要滿足兩個(gè)條件：1.載流子一定要產(chǎn)生在距離p-n結(jié)一個(gè)擴(kuò)散長度之內(nèi)，這樣的話，載流子才能在它被復(fù)合調(diào)之前擴(kuò)散到結(jié)區(qū)2.在局部高復(fù)合的地方（如未被鈍化的表面或多晶材料的晶界處等），載流子一定要在更加靠近結(jié)區(qū)產(chǎn)生。77在硅電池的前表面和背面由于高的復(fù)合，量子效率可以量化復(fù)合對(duì)光生電流的影響。78復(fù)合引起的電壓損失高的復(fù)合降低開路電壓，復(fù)合由在結(jié)末端的少數(shù)載流子數(shù)量控制，這些少子越快遠(yuǎn)離結(jié)區(qū)就越快復(fù)合,因此，開路電壓由下面的參數(shù)影響：結(jié)末端的少子數(shù)量，越多越好;材料內(nèi)的擴(kuò)散長度；低的擴(kuò)散長度意味著少子由于復(fù)合將很快從結(jié)末端消失，要使復(fù)合最小化，取得高的電壓，需要高的擴(kuò)散長度。擴(kuò)散長度與材料類型、制備工藝過程和摻雜有關(guān)，高的摻雜降低擴(kuò)散長度。摻雜不能太高，也不能太低（同時(shí)影響電流和電壓）；在一個(gè)擴(kuò)散長度范圍內(nèi)的局域復(fù)合源，越少越好。79摻雜濃度對(duì)擴(kuò)散長度和開路電壓的影響80表面復(fù)合表面復(fù)合對(duì)短路電流和開路電壓都有很大影響。表面復(fù)合越小越好。利用鈍化技術(shù)減少表面缺陷可以有效降低表面復(fù)合。（電子工業(yè)常用的有二氧化硅層鈍化層）商業(yè)化電池，一般采用氮化硅為鈍化層（siliconnitride）或氧化硅。81由于鈍化層通常是絕緣的，因此在電池上任何有歐姆接觸的地方（引出電流的地方）不能采用鈍化層一般采用提高摻雜來降低前接觸部分的表面復(fù)合82電極設(shè)計(jì)電極就是與P-N結(jié)兩端形成緊密歐姆接觸的導(dǎo)電材料。這樣的材料應(yīng)該滿足：與硅可形成牢固的接觸而且接觸電阻小、導(dǎo)電性優(yōu)良、遮擋面積小、收集效率高等要求設(shè)計(jì)原則：讓電池的輸出最大，即電池的串聯(lián)電阻盡可能小且電池的光照作用面積盡可能大商品化電池生產(chǎn)中大量被采用的工藝是鋁漿印刷

83（3）減少串聯(lián)電阻硅片基體電阻擴(kuò)散方塊電阻柵線電阻燒結(jié)后的接觸電阻等組成串聯(lián)電阻組成硅片質(zhì)量決定基體電阻金屬柵線要窄和厚，即能減少對(duì)光的遮擋，又能保持低的電阻形成良好的p-n結(jié)，結(jié)深0.5微米左右電極形成好的歐姆接觸等減少串聯(lián)電阻84降低并聯(lián)損失邊緣漏電體內(nèi)雜質(zhì)和微觀缺陷

PN結(jié)局部短路并聯(lián)電阻組成邊緣良好的絕緣材料缺陷少形成良好的p-n結(jié)等提高并聯(lián)電阻8586硅電池的技術(shù)發(fā)展——第一代太陽電池晶硅電池的各種技術(shù)發(fā)展向高效化方向發(fā)展向薄片化方向發(fā)展86晶硅太陽能電池基本結(jié)構(gòu)87太陽能電池結(jié)構(gòu)88單晶硅太陽電池89多晶硅太陽電池909191硅材料91正電極鋁背場負(fù)電極主柵線負(fù)電極子?xùn)啪€92非晶硅太陽電池93硅太陽電池生產(chǎn)工藝

9495P-N二極體PN二極體是光伏效應(yīng)的來源，由高溫?cái)U(kuò)散產(chǎn)生。在P型晶體硅基板上做N型擴(kuò)散，或是在N型基板上做P型擴(kuò)散而產(chǎn)生的。一般的N型擴(kuò)散只有約0.5μm左右的厚度，而且是在基板做完粗糙化處理后才進(jìn)行的。9596

磷擴(kuò)散制作（PhosphorousDiffusion）完成表面粗糙織構(gòu)化之后，硅基板要利用高溫?cái)U(kuò)散來形成P-N二極管。由于一般的太陽電池是使用P型硅片做基板，所以后續(xù)使用磷擴(kuò)散來形成P-N二極管。由于為高溫操作，對(duì)金屬離子的污染必須注意。依據(jù)所使用的擴(kuò)散爐管的類型，擴(kuò)散工藝可分為：（1）石英爐管（2）傳輸帶式爐管（Beltfurnace）9697（1）石英爐管石英管擴(kuò)散爐示意圖97太陽電池生產(chǎn)工藝98太陽電池生產(chǎn)工藝99100網(wǎng)印技術(shù)示意圖100Frontviewofacompletedscreen-printedsolarcell.Asthecellismanufacturedfromamulticrystallinesubstrate,thedifferentgrainorientationscanbeclearlyseen.Thesquareshapeofamulticrystallinesubstratesimplifiesthepackingofcellsintoamodule.101Rearviewofafinishedscreen-printedsolarcell.ThecellhaveagridfromasingleprintofAl/AgpastewithnoBSF,ThecellhaveacoverageofaluminiumthatgivesaBSFbutrequiresasecondprintforsolderablecontacts.102GuoLihui硅太陽電池生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)增大捕獲入射光表面織構(gòu)技術(shù)；表面抗光反射膜；背面光反射；電極合理化設(shè)計(jì)。減少光生少子在體內(nèi)、表面的復(fù)合表面低溫鈍化工藝；盡量采用全低溫工藝；吸雜技術(shù)；晶界懸掛鍵飽和（多晶硅）。電極接觸減小自身電阻；減小與硅的接觸電阻。由于采用薄硅片碎片產(chǎn)生的原因、相應(yīng)的解決方法；減少光生少子在背面的復(fù)合速度；增加長波長光的背反射；103104單晶硅電池組件－新技術(shù)應(yīng)用（實(shí)驗(yàn)室最好效率：＝20.7%，面積125×125）104105單晶硅電池在70年代初引入地面應(yīng)用。在石油危機(jī)推動(dòng)下，太陽電池開始了一個(gè)蓬勃發(fā)展時(shí)期，這個(gè)時(shí)期不但出現(xiàn)了許多新型電池，而且引入許多新技術(shù)－1).鈍化技術(shù)：熱氧化SiO2鈍化，氫鈍化，

PECVD－SiN工藝鈍化(多晶硅)，a-Si鈍化等2).陷光技術(shù)：表面織構(gòu)化技術(shù)，減反射技術(shù)

105106106106107Thermaloxide:SurfacepassivationandhighinternalreflectivityPlasma-texturedsurface:Lowreflectionandgood?lighttrapping“Laser-firedcontacts:LowcontactresistanceandhighvoltageHigh-efficiencyISEsolarcellstructureformcsiliconWaferthickness:99μmEfficiency:20.3%(1cm2)worldrecordformc-Si!1071083)背表面場(BSF)技術(shù)4).表面織構(gòu)化(絨面)技術(shù),5).異質(zhì)結(jié)太陽電池技術(shù):如SnO2/Si,In203/Si,ITO/Si等108109109SunPower’sBacksideContactCellPassivatingSiO2layerReducestopandbottomrecombinationlossN-typeSilicon–270umthickN-typeFZSilicon–240umthickreducesbulkrecombinationP+P+P+N+N+N+TextureTexture+OxideTexture+SiO2+ARC

BacksideGridlines

EliminatesshadowingThick,high-coveragemetalreducesresistancelossLocalizedContactsReducescontactrecombinationlos