影响晶体硅太阳能电池片效率的因素分析及改善措施_张希堂.pdf

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1、DOI:10.16009/j.cnki.cn13-1295/tq.2013.04.011影响晶体硅太阳能电池片效率的因素分析及改善措施张希堂１，任明淑２（１．中国乐凯集团有限公司，保定０７１０５４；２．中国乐凯胶片集团股份有限公司研究开发部，保定０７１０５４）摘要：光电转换效率是晶体硅太阳能电池的核心技术指标。本文分析了影响晶体硅太阳能电池效率的主要因素：光学损失和电学损失，总结了改善光学损失和电学损失的技术措施。目前业界在太阳能电池技术发展的重点在于改良现有制程与高效率的新结构。在太阳能电池效率的提升上必须仰赖更密切的产学合作、商讨才能够达

2、到最佳经济效益，寻找到有效提升太阳能电池转换效率的方法。关键词：光电转换效率；光学损失；电学损失；欧姆接触中图分类号：ＴＱ１５文献标准码：Ａ文章编号：１００９－５６２４－（２０１３）０４－００３６－０７１引言２太阳能电池结构简介随着煤、石油等传统能源的日益枯竭和环境太阳能电池是一种利用光电转换效应把光能污染的加剧，新型清洁能源受到了人们的重视，直接转变为电能的半导体器件。目前，晶体硅太其中最受瞩目的当属太阳能电池。太阳能电池是阳能电池制造工艺多基于Ｐ型硅晶片，经由硅片可以直接将光转换为电能的装置，且转换过程中清洗、绒面织构、热扩散制Ｐ—ｎ结、

3、等离子增强不产生任何污染。晶体硅太阳能电池是目前多种型化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）制氮化硅减反射膜、太阳能电池中技术最为成熟、光电转换效率最高、正、背面厚膜浆料丝网印刷及烧结制金属化电极应用最为广泛的一种，目前国外单晶硅太阳能电等一系列过程来实现。池实验室转换效率最高已达到２４．７％，多晶硅太为了使硅太阳电池产生的电能可以输出，必阳能电池达到１９．８％。晶体硅（多晶和单晶）占须在电池上制作正、负两个电极。晶硅太阳能电据主流市场地位，未来１０～１５年将仍然以晶体硅池片生产需使用３种烧结浆料作为电极材料：背铝为主。浆、背银浆、正银浆。３种浆料均使用

4、丝网印刷法印制在硅片表面，并经过干燥烧结形成金属化电收稿日期：２０１３－０７－２６极。其中背铝浆烧结后，背铝浆中的铝粉与硅材作者简介：张希堂（１９６５－），男，邯郸人，高工，现主要从事专利管理工作。料发生合金共熔，形成Ｐ—Ｐ＋冶金结，即背电场３６（ＢＳＦ）。背银浆用于电池背面印刷，烧结形成的电能将全部的太阳光转换为电能。晶体硅太阳电池极与铝背场形成良好的导电接触。正面电极分为的光谱敏感最大值没有与太阳辐射的强度最大值栅电极线和主电极线，都是由正银浆印刷烧结而完全重合。在光能临界值之上一个光量子只产生成。栅线主要是吸收光能，产生载流子；而主电一

5、个电子———空穴对，余下的能量又被转换为未极主要是收集载流子，并使电池片与外部线路利用的热量。由于光的反射，阳光中的一部分不连接。能进入电池中。随温度升高，在Ｐ—Ｎ结附近的厚要判别一个太阳电池性能的好坏，最重要的度减少，从而电池的转换效率就会下降，所以电［１］就是转换效率，光电转换效率是晶体硅太阳能电池的转换效率在冬季要高于炎热的夏天。池的核心技术指标。太阳能电池转换效率受到光吸太阳能电池转换效率受到光吸收、载流子输收、载流子输运、载流子收集的限制。只有尽量运、载流子收集的限制。对于单晶硅太阳能电池，减少损失才能开发出效率足够高的太阳能电池。

6、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３影响晶体硅太阳能电池效率的因损失才能开发出效率足够高的太阳能电池。素分析影响晶体硅太阳能电池转换效率的原因主要［２］太阳光之所以仅有很少的百分比转换为电能，来自两个方面，光学损失和电学损失。如图１原因归结于不管是哪一种材料的太阳能电池都不所示：图１普通太阳能电池多种损失机制Ｆｉｇ１ｔｈｅｌｏｓｓｓｙｓｔｅｍｏｆｓｏｌａｒｃｅｌｌ３．１光学损失，包括电池前表面反射损失、接触着近三分之一的阳光被反射掉了，从经济和效率栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失。的角

7、度来看，这种情况已经成为太阳能吸收的一当光线照射太阳能电池表面时，一部分光被个主要障碍。硅基片吸收，一部分光被硅基片反射；未经处理由于电池的正面被接触发射极的金属栅线电的硅太阳能电池只能吸收６７．４％的阳光，这意味极所覆盖，由此遮蔽阳光而造成一部分光学损失。３７［３］普通硅基电池的正面遮光面积一般在７％左右，如果能够进一步减少遮光损失则可直接提高效率和降低银浆耗量。太阳光中包含了多种不同波长的光，多（单）晶硅的能带宽度为１．１ｅＶ，所以其光谱响应范围为紫外到约１１００ｎｍ波长的范围。一般考虑的范围是４００—８００ｎｍ左右，由于电池材料本身的光

8、谱响应特性，对应波长大于１．１μｍ的光透过，波长小于１．１μｍ的光子能量大于Ｅｇ，一个光子只产生一个电子，多余能量变热量，造成了这部分的能量损失，从而降低了少图２效