晶硅电池技术的现状与趋势

《晶硅电池技术的现状与趋势》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、国内外体硅电池技术的发展、现状与趋势为了对国内外晶体硅电池的技术发展、现状与趋势，有准确全面的掌握，特别是掌握国内外的研发水平，以便于在制定我司研发方向时予以借鉴，特撰写此文。一.体硅电池的技术发展太阳能光伏发电的最核心的器件是太阳能电池。在其发展的100多年里，基础研究和技术进步都起到了积极推进的作用，至今为止，太阳能电池的基本结构和机理没有发生根本的改变。几十年来围绕着提高效率、降低成本的各种研究开发工作取得了显著成就，表现在电池效率不断提高（单晶硅电池的实验室效率已经从50年代的6％提高到目前的24.7％

2、，商业化电池在近20年内提升了相对50%的效率）、硅片厚度持续降低、产业化技术不断改进等方面，对降低光伏发电成本起到了决定性的作用。1.第一阶段：起步阶段1839年法国实验物理学家E.Becquerel发现光照射在有金属电极插入的液体时，不同部位之间会产生电势差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。1941年RussellOhl制作了第一块硅太阳电池（专利号US2402662），由于这种硅电池是自然分凝形成的PN结，所以效率很低，不到1％。1954年贝尔实验室的三位研究员GeraldL.Pea

3、rson,DarylM.Chapin和CalvinS.Fuller制作出了最早的现代结构的晶体硅太阳能电池（人们一般把此电池视为晶体硅电池的鼻祖）。这种电池以n型硅为衬底，利用扩散的方法形成pn结，pn结环绕整个电池，然后用电镀的方法形成电极，正负电极都在电池背面，这种结构的电池效率比之前大幅度提高，达到6％。这一时期商品化太阳电池开始进入市场，如美国的HoffmanElectronics在1955年推出的第一块商业化电池，效率为2％，价格为$25/cell（$1785/Watt）。到了六十年代其电池效率可以达

4、到14％，效率提高的主要原因是工艺逐渐成熟，但是成本依然十分昂贵。23虽然硅电池商业化效果不好，但光伏发电这一技术却引起了航天领域的科学家的关注。1958年，美国的“先锋一号”人造卫星就是用了太阳能电池作为电源，成为世界上第一个用太阳能供电的卫星。空间电源的需求使太阳电池作为尖端技术，身价百倍。2.第二阶段：飞速发展阶段上世纪七十年代太阳能电池技术开始飞速发展。特别是1973年的石油危机，让世界各国察觉到能源开发的重要性。由于太阳光是取之不尽、用之不竭的天然能源，而且除了没有能源耗尽的忧虑之外，也可以避免能源被

5、垄断的问题，因此各国都在积极地发展太阳能源的应用科技，期望由增加太阳能源的利用来减低对化石能源的依赖性。这一时期一系列新技术被引入太阳能电池制造工艺，很多至今仍在沿用。这一时期发展起来的技术主要如下：表1.太阳电池技术发展大事记年份典型技术代表性指标1974表面织构化技术反射率降到11~15%70年代BSF（背场）技术改善开路电压提高电池效率70年代丝网印刷与金属浆料技术大规模印刷栅线90年代进入光伏行业表面减反射膜生长技术TiO2、SiO2、SiNx薄膜降低反射率降到8~10%钝化效果提升量子效应上述技术对太

6、阳电池商业化起了极大的推动作用，目前仍然在沿用经过改良的这些技术。3.第三阶段：持续发展阶段1985年后是电池发展的第三阶段，光伏科学家探索了各种各样的电池新技术、金属化材料和结构来改进电池性能，提高其光电转换效率：表面与体钝化技术、Al/P吸杂技术、选择性发射区技术、双层减反射膜技术等。许多新结构新技术的电池在此阶段相继出现，如效率达24.7%钝化发射极和背面点接触（PERL）电池。目前相当多的技术、材料和设备正在逐渐突破实验室的限制而应用到产业化生产当中来。先进技术不断向产业注入，使商业化电池技术不断得到提

7、升。目前商业化晶硅电池的效率达到15％－20％（单晶硅电池16％－20％，多晶硅15％－17％）；与此同时，光伏产业技术和光伏系统集成技术与时俱进，共同促使着光伏发电成本不断降低和光伏市场及产业的持续扩大发展。这一时期发展仍然以提高效率和降低成本为主，主要体现在以下几个方面：23硅片厚度持续降低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160～220μm，降低了一半以上，硅材料用量大大减少，对太

8、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2所示。表2.太阳电池硅片厚度的降低生产规模不断扩大生产规模不断扩大和自动化程度持续提高是太阳电池生产成本降低的另一重要因素。太阳电池单厂生产规模已经从上世纪80年代的1－5MW/年发展到90年代的5－30MWp/年和本世纪的50－1000MWp/年。生产规模与成本降低的关系体现在学习曲线率LR（Le