晶体硅电池技术发展现状与趋势

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1、12010．03．31，西安晶体硅电池技术发展现状与趋势赵玉文2提纲1、引言2、太阳电池的基本原理及分类3、晶硅电池的技术发展4、晶硅电池的发展趋势5、结语31、引言自1954年有使用意义的6％单晶硅电池诞生以来，晶体硅电池在技术、产业和市场发展中一直占据着主导地位，而且在今后相当长的时间内仍将继续发挥其主导地位。因此了解晶体硅电池技术的发展把握今后光伏产业发展趋势有重要意义。442、太阳电池的基本原理及分类1）基本原理太阳能光伏发电是利用太阳电池的光伏效应原理直接把太阳辐射能转变为电能的发电方式。典型的太阳电池是一个

2、p-n结半导体二极管。◆p型半导体及-n型半导体◆p-n结的形成◆电子／空穴对的产生－光生载流子◆光伏效应－光生电压5硅中掺磷形成n型半导体硅中掺硼形成P型半导体p-n结的形成66光生载流子的产生光生电压的产生7在阳光照射下太阳电池输出电能882）太阳电池分类①晶硅电池：单晶硅，多晶硅，带硅，球形电池等；(第一代电池－实验室)②薄膜电池：a-Si，a-Si/c-Si,poly-Si,CIGS，CdTe，GaAs，等；（第二代电池－实验室）③其他：Grātzel（光电化学电池），有机电池。④新型概念电池：多结(带隙递

3、变)电池，中间带（杂质带，量子点）电池，上转换器（低能光子合并成高能光子）电池，下转换器（高能光子分解成低能光子）热载流子电池等。(第三代电池－实验室)99电池光电化学电池其他新概念电池（第三代电池？）染料敏化电池（如有机电池等）多结电池（太阳光谱多级利用）光子的分离（下转换）和合并（上转换）中间带或杂质带电池％115～632～3结概念证明阶段电池晶硅电池薄膜电池（第二代电池？）太阳级硅硅基化合物Wafer(切片)Ribbon(带硅)多晶a-Si，c-SiPECVD多晶基RTCVD等CdTeCIGSGaAs迭层单晶多

4、晶％%24.716-2020.313-161713-1613－158-10>1516.5～1019.510-12～3925-28产业化产业化部分产业化实验室产业化产业化聚光示范3）晶硅电池发展简史◆1954年贝尔实验室G.Pearson和D.Charpin研制成功6％的第一个有实用价值的单晶硅太阳电池。这一突破性的成果为“最终导致使无限阳光为人类文明服务的新时代的开始”，是划时代的里程碑，为现代太阳电池的先驱。1954年美国贝尔实验室11◆1958年晶硅电池首次在空间应用(美国先锋I号)；◆1959年美国Hoffman

5、Electronics的晶硅电池效率突破10％；◆60年代初西门子法制备多晶硅金属实现产业化，为太阳电池的地面大量应用奠定了材料基础；◆70年代初在地面得到应用，70年代末地面太阳电池产量已远超过空间电池。◆1985年澳大利亚新南威尔士大学的硅太阳电池效率突破20%，1998年达到24.7％(25％）;◆2004年德国实施修正的《上网电价法》，拉动世界光伏产业高速发展。12（我国)◆1959年第一个有实用价值的太阳电池诞生；◆1971年3月太阳电池首次应用于我国第二颗人造卫星—实践1号上；◆1973年太阳电池首次应用于

6、浮标灯上；◆1979年开始用半导体工业废次单晶、半导体器件工艺生产单晶硅电池；◆80“年代中后期引进国外关键设备或成套生产线我国太阳电池制造产业初步形成。13晶硅电池的技术发展自上世纪60年代以来，在晶硅电池的发展过程中解决了许多关键科学和技术问题，使晶硅电池效率不断提高，实验室最好效率达到理论效率的85％，产业化电池效率达到理论效率的50％～70％，对降低光伏发电成本起到关键作用。14各种太阳电池效率记录的发展其中蓝色为晶硅电池15晶硅电池效率记录的发展1）提高电池效率的核心技术太阳电池效率的损失机理◆波段损失：硅的

7、带隙Eg=1.12eV,对应波长1.1m，大于1.1m的光无用；◆过剩能量损失：1.1m以下的能量大于Eg，但一个光子只能产生一个电子，过剩能量浪费掉了。◆硅表面反射损失；裸硅表面反射率36%；◆二极管非线性损失，复合损失，电阻损失等。本质上分光学损失和电学损失：把光学损失和电学损失降低到最小是迄今为止提高电池效率的所有努力都集中在这两方面。17（1）减少光学损失以提高电池效率陷光理论及技术裸硅表面反射率~36％，减少光的反射损失是提高电池效率的最重要的措施之一。最佳减反射的表面织构化技术；最佳前表面减反射

8、涂层技术；最佳后表面反射涂层；最小的栅线遮挡。18（2）减少电学损失以提高电池效率最完美的晶体结构（高纯度，零缺陷）；理想p-n结技术:最佳扩散-SE技术理想钝化技术：钝化理论：使器件表面或体内晶界的光生载流子复合中心失去复合活性钝化技术：SiO2，SiNX，SiC，a-Si，H等；最小接触电阻、最大并联电阻；最佳前