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1、太阳能电池片生产技术的发展和趋势LED光伏电子项目部2009/2/221太阳能电池片的生产工艺1.1太阳能电池的工作原理典型的太阳电池本质上是一个大面积半导体二极管，它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时,其中能量大于禁带宽度Eg的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成自由电子,价带中留下带正电的自由空穴，即电子-空穴对，通常称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区,被该区的内建电场分离电子被扫到电池的n型一侧，空穴被扫到电池的p型一侧，从而在电池上下两面(两极)分别形成了正负电荷积累
2、，产生“光生电压”,即“光伏效应”（photovoltaiceffect）若在电池两侧引出电极并接上负载,负载中就有“光生电流”通过，得到可利用的电能,这就是太阳电池的工作原理，如图1所示。图1太阳电池的工作原理光伏效应是1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到的。1876年在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。硅光电池的报道出现于1941年1954年，贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅光电池，为太阳能光伏发电奠定了技术基础，成为现代太阳电池时代的划时代标志。作为能源,硅太阳电池于195
3、8年首先在航天器上得到应用。在随后10。多年里,硅太阳电池在空间应用中不断扩大，工艺不断改进,电池设计逐步定型。70年代初，许多新技术引入电池制造工艺,转换效率有了很大提高。与此同时,硅太阳电池开始引入地面应用，70年代末，地面太阳电池产量已经超过了空间电池产量,促使成本不断降低。80年代初，硅太阳电池发展进入快速发展时期，技术进步和研究开发使太阳电池效率进一步提高，商业化生产成本持续降低，应用不断扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后开发出各种不同结构的电池，如肖特基(MS)电池、MIS电池、MINP电池、异质结电池等，其中同质p2n结电池自始至终占着
4、主导地位，其他结构电池对太阳电池的发展也产生了重要影响。在材料方面,有晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、砷化镓薄膜电池等，由于薄膜电池被认为是未来大幅度降低成本的根本出路,因此成为太阳电池研发的重点方向和主流，在技术上得到快速发展,并逐步向商业化生产过渡，多晶硅薄膜电池和Gratzel电池在90年代中后期开始成为薄膜电池的研发热点,技术发展比较迅速。1.2太阳能电池的生产工艺太阳能电池的生产流程大致可分为五个步骤：a、硅料的提纯b、硅锭的制造c、硅锭的切片d、电池的制作e、电池的封装。下图为太阳能电池的生产工
5、艺流程图：硅片清洗沉积防印刷P-N结烘干反射层电极串、并层压划片联焊接装配件产品出厂2晶硅电池的技术发展2.1地面应用推动各种新型电池的出现和发展单晶硅电池在70年代初引入地面应用，在石油危机和降低成本的推动下,太阳电池开始了一个蓬勃发展时期，这个时期不但出现了许多新型电池，而且引入了许多新技术。例如：(1)背表面场(BSF)电池———在电池背面接触区引入同型重掺杂区，使电池的开路电压、短路电流和填充因子得到改进，提高了电池效率。(2)紫光电池———这种电池最早是为通讯卫星开发的,因其浅结、密栅、减反射而获得高效率。(3)表面织构化电池———也称绒面电池
6、，最早也是为通信卫星开发的,电池效率η≥18%。这种技术后来被高效电池和工业化电池普遍采用。(4)异质结太阳电池———即不同半导体材料形成的太阳电池，如SnO2/Si，In203/Si，ITO(In203+SnO2)/Si电池等。由于SnO2、In203、ITO等带隙宽、透光性好、制作工艺简单，曾引起许多研究者的兴趣，目前这类电池因其效率不高等问题研究得不多，但SnO2、In203、ITO是许多薄膜电池的重要构成部分，用作收集电流和窗口材料。(5)MIS电池———是肖特基(MS)电池的改型，即：在金属(M)和半导体(S)之间加入15—30A绝缘层，使MS
7、电池由多数载流子支配暗电流变成少数载流子隧穿支配暗电流,其中I层起到减少表面复合的用，这种电池的优点是工艺简单,但反型层的薄层电阻太高。(6)MINP电池———可以把这种电池看作是MIS电池和p2n结的结合，其中氧化层对表面和晶界复合起到抑制作用，这种电池后来过渡到高效电池。(7)聚光电池———聚光电池的特点一是电池面积小,二是因开路电压在高光强下升高而使电池效率有所提高,因此有降低成本的潜力,美国斯坦福大学的点接触聚光电池是这类电池的典型，聚光比为140时其转换效率达到26.5%。2.2晶硅太阳电池向高效化方向发展晶硅电池在过去20年里有了很大发展，许
8、多新技术的采用和引入使太阳电池效率有了很大提高。在硅电池研究中，人们探索了各种各
