高效单晶硅太阳电池的最新进展及发展趋势

晶体硅太阳电池是目前光伏市场的主流产品,其又可分为多晶硅电池和单晶硅(c-Si)电池。目前,多晶硅电池成本较低,市场份额较大,但其效率较低;单晶硅电池成本相对偏高,但其效率更高,市场份额小于多晶硅电池。随着硅材料和硅片切割技术的进步,单晶硅片的成本持续下降,且未来市场对高效率的高端光伏产品需求日益增长。因此,高效率的单晶硅电池将受到更多的关注。为进一步提高单晶硅太阳电池的效率,近几年的研究工作主要集中于提高硅片质量来降低体缺陷,寻找新型钝化材料来降低表面和界面缺陷,开发先进的减反技术(新型的绒面陷光结构和材料)以提高光的利用率,引入低电阻金属化技术降低串联电阻,优化PN结制备技术以及器件结构等。2014年至今,单晶硅太阳电池的转换效率得到连续突破。目前,最高效率是日本Kaneka公司创造的26.6%,其他效率达到或者超过25%的晶硅电池包括钝化发射极背面局部场接触(PERL)电池、交叉指式背接触(IBC)电池、硅异质结(SHJ)电池、交叉指式背接触异质结(HBC)电池、隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池、多晶硅氧化物选择钝化接触(POLO)电池等。分析这些典型电池的关键技术可以发现,栅线电极与c-Si的金属-半导体接触复合成为影响电池效率的关键因素。为减小这些复合,一方面通过电池背面局部开孔来减小金属与c-Si直接接触的面积,包括钝化发射极背场点接触(PERC)、PERL、钝化发射极和背面全扩散(PERT)等电池。另一方面则是开发既能够实现优异的表面钝化,同时又无需开孔便可分离与输运载流子的新型载流子选择性钝化接触技术,如SHJ电池、TOPCon电池等。此外,采用交叉指式背接触技术与其他电池结构结合则是最大限度提高光利用率的必然选择,包括IBC电池和HBC电池。本文介绍了当前国际上转化效率达到或超过25%的典型高效单晶硅太阳电池,分别对其器件结构、核心工艺、关键材料等进行了分析,在总结这些高效单晶硅太阳电池各自特点的基础上对该领域的发展前景进行了展望。     

晶体硅电池表面钝化的研究进展

随着晶体硅太阳电池技术的不断发展,硅片的厚度不断降低,电池表面钝化对提高太阳能电池转化效率变得尤为重要。本文介绍了表面钝化膜在晶体硅太阳电池中的应用,以及几种晶体硅电池表面钝化方法,包括等离子体增强化学气相沉积法、氢化非晶硅、热氧化法、原子层沉积法以及叠层钝化,并分别介绍了它们在应用上的优缺点。分析了制备钝化膜过程中存在的问题,并提出了相应措施及发展趋势。表面钝化技术是提高晶体硅电池转换效率最有效的手段之一,今后晶体硅电池表面钝化技术仍将是国内和国际研究的热点之一。     

SiMx：H膜沉积气体压力与热处理温度的匹配性研究

采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺在多晶硅片上生长SiMx：H膜，研究了不同反应气体压力对SiMx：H膜层性能的影响，以寻求SiNx：H膜光学性能和钝化效果之间的平衡关系。在气体压力为0．25Pa时，SiNx：H膜的折射率和钝化效果均达到理想的范围，并经840℃热处理后钝化效果得到进一步提高，与烧结工艺温度相匹配。气体压力0．25Pa条件下沉积的SiMx：H膜制成太阳电池后开路电压和短路电流最高，电池性能最佳。     

硅表面钝化及对异质结太阳电池特性的影响

研究了不同的晶体硅表面钝化方法,测试分析了硅片的少数载流子寿命以及对晶体硅/非晶硅异质结(HIT)太阳电池性能的影响。发现适当时间的HF溶液处理、氢等离子体处理和表面覆盖约3nm的本征非晶硅层能有效提高硅片的少子寿命,从而提高HIT太阳电池的开路电压。对电池制备工艺综合优化后,得到了基于n型晶体硅的光电转换效率为16.75%(Voc=0.596V,Jsc=41.605mA/cm2,FF=0.676,AM1.5,25℃)的HIT太阳电池。     

高效钙钛矿太阳电池及其叠层电池研究进展

钙钛矿太阳电池及其叠层电池发展迅速,成为当前光伏领域的研究热点.有机无机卤化钙钛矿材料具有吸收系数高、带隙可调、制备工艺简单等优点,其单结太阳电池实验室效率从2009年的3.8％迅速提升到25.2％,两端钙钛矿/硅叠层太阳电池效率达到29.15％.钙钛矿太阳电池种类丰富,依据器件结构主要分为介孔型钙钛矿太阳电池和平面型(nip结构和pin结构)钙钛矿太阳电池.大量研究工作通过钝化工程、添加剂工程、能级匹配工程、组分工程等先进技术获得高质量的钙钛矿吸收层和光电性能好、低成本、无污染的电荷传输层,提升电荷提取效率,使得每种器件结构均能实现22％以上的超高效率.但常规钙钛矿材料光、湿、热稳定性差,部分研究通过改善吸收层的成分,研发出准二维钙钛矿太阳电池与全无机钙钛矿太阳电池,更加贴合实际应用.考虑到不同的应用场景,钙钛矿太阳电池又进一步分化出柔性钙钛矿太阳电池与半透明钙钛矿太阳电池,透明导电电极的研发成为该领域的重要突破方向.基于钙钛矿的叠层电池中,高效钙钛矿/硅叠层电池是研究重点,通过优化陷光策略和添加剂工程等方法降低光学损失与电学损失,能够在材料成本增长不大的情况下显著提升电池效率,极具市场竞争力.本文主要阐述了钙钛矿太阳电池及其叠层电池的发展历史、器件种类和结构、功能层材料特性、性能优化策略,并对其面临的挑战以及发展趋势进行了总结与展望.     

等离子体增强原子层沉积Al_2O_3钝化多晶黑硅的研究

黑硅的纳米结构可以大大降低硅表面的入射光反射率,同时由于比表面积的增加使其钝化成为难题,从而影响其太阳电池的性能。等离子体增强原子层沉积(PEALD)法沉积的Al2O3钝化层具有良好的保型性和致密性,适用于黑硅纳米微结构的钝化。本文使用金属辅助化学法制备多晶黑硅,再经低浓度碱溶液处理优化黑硅结构,最后用PEALD沉积了不同厚度的Al2O3钝化层。采用扫描电镜、分光光度计和少子寿命测试仪对黑硅的表面形貌、减反射特性和少子寿命变化进行了分析。结果表明碱溶液处理后黑硅表面结构变得更为平滑,Al2O3钝化的黑硅经退火后少子寿命达到8.96μs,在可见光范围内反射率降低至3.7%,与传统制绒工艺的多晶硅片相比性能有明显提升。     

背面点接触结构在晶体硅太阳电池中的应用

背面点接触结构晶体硅太阳电池是实验室高效电池的一种。介绍了目前研究较多的两种背面点接触晶体硅太阳电池,比较了几种背部结构的设计方法和制造工艺,包括背面钝化层的材料选择、背反射层的光学性能、去背结技术以及点电极结构的设计等。并展望了背面点接触太阳电池在工业生产上的前景。     

前表面场结构参数对IBC太阳电池电学性能的影响

利用TCAD半导体器件仿真软件详细地分析了前表面场(FSF)表面浓度及扩散深度对N型插指背接触(IBC)太阳电池电学性能的影响。分析和评价了在不同的前表面复合速率(FSRV)、发射区覆盖比例(FE)及衬底电阻率(ρ)情况下,用FSF结构改善IBC太阳电池电学性能的效果,并给出了在各种情况下优化的FSF结构参数。仿真结果表明:IBC太阳电池FSF结构具有改善电池电学性能的作用。在不同的前表面复合速率、发射区覆盖比例及衬底电阻率情况下,前表面场结构对IBC太阳电池电学性能的改善效果不同。在较高的前表面复合速率情况和较低的发射区覆盖比例情况下,前表面场对电池电学性能的改善效果更加显著,对于较高的衬底电阻率情况,前表面场对电池电学性能的改善效果略优于较低的衬底电阻率情况。     

超声低温等离子体在太阳能电池表面的改性作用

传统硅基太阳能制备工艺生产出的多晶硅太阳能电池的光电转换效率在17%左右~([1]),难以突破。利用超声低温等离子体设备对电池表面进行处理,结果显示,经过处理后,多晶硅太阳能电池的峰值功率与光电转换效率提升了5%左右。由此推测,利用超声低温等离子体处理多晶硅电池表面的方法,具有使氮化硅表面钝化、去除磷硅玻璃、清洗电池片以及优化表面绒面等作用,因此,利用该技术可提升太阳能电池片的产品性能。     

晶硅良好表面钝化技术及其在n型电池中的应用

优秀的表面钝化已成为高效电池制作的一项关键重要技术,本文对目前晶体硅钝化及其在太阳电池中的应用做了总结与介绍。首先阐述了目前常用的几种钝化薄膜钝化机理与制备方法,分析了各自优缺点及适用场合,并重点讨论了不同钝化膜组成的叠层钝化。随着最近n型高效电池研究的快速发展,介绍了当今几种常见的n型电池结构,对比了不同材料钝化对电池性能影响。最后对未来发展作了总结与展望。虽然目前晶体硅太阳能市场仍以p型硅为主,可以预见,n型电池将是未来高效低成本电池发展的方向。     

Estimation of Parameters of Universal Distribution of Moments of Failure of Products

A method is proposed for estimating the parameters of a mixture of exponential and Weibull distributions for which the accuracy of preliminary estimates obtained by graphical analysis is refined in accordance with the criterion of maximum likelihood. The efficiency of the proposed method is supported by the results of statistical modeling.     

Evaluation of optical properties of highly scattering media by moments of distributions of times of flight of photons

A novel method for the determination of the optical properties of tissue from time-domain measurements is presented. The data analysis is based on the evaluation of the first moment and the second centralized moment, i.e., the mean time of flight and the variance of the measured distribution of times of flight (DTOF) of photons injected by short (picosecond) laser pulses. Analytical expressions are derived for calculation of absorption and of reduced scattering coefficients from these moments by application of diffusion theory for infinite and semi-infinite homogeneous media. The proposed method was tested on experimental data obtained with phantoms, and results for absorption and reduced scattering coefficients obtained by the proposed method are compared with those obtained by fitting of the same data with analytical solutions of the diffusion equation. Furthermore, the accuracy of the moment analysis was investigated for a range of integration limits of the DTOF. The moment analysis may serve as a comparatively fast method for evaluating optical properties with sufficient accuracy and can be used, e.g., for on-line monitoring of optical properties of biological tissue.     

Assessment of intakes of mixtures of radionuclides

Australia has several uranium mines and a large number of mineral sand mines, with associated processing facilities. Exposures resulting from these mining and processing operations usually involve intakes of mixtures of radionuclides. This work describes the development of a suite of first order, linear compartment models, based on the ICRP Publication 66 respiratory tract model, and an analytical solution to the decay equations, for assessing the consequences of such intakes. The computer programs based on these models directly compute excretion, organ retention and organ and whole-body doses for intakes of either single radionuclides or any mixture of radionuclides belonging to the same radioactive decay chain. The intake can be via inhalation, ingestion or injection, and can be acute, chronic or of limited duration. The starting concentration and degree of secular (dis)equilibrium can be specified for each radionuclide. No assumptions need to be made about the relative magnitudes of the radioactive half-lives of the different nuclides.     

Estimation of potentialities of methods of summation of direct measurement errors

Conventional methods for summation of direct measurement errors are considered. Conditions under which these methods provide consistent results are stated. It is proposed to utilize for characteristic of the total error, its interval estimator or the half-sum of the value obtained by adding up its arithmetic and geometric random errors.Translated from Izmeritel'naya Tekhnika, No. 4, pp. 10–12, April, 1995.     

卧式金属罐容量的测量结果不确定度

本文根据多年的实践检定经验 ,参照JJF1 0 59- 1 999《测量不确定度评定与表示》以及《测量不确定度表达 1 0讲》 ,对卧式金属罐容量的测量结果不确定度进行了评定。     

盐酸浓度不确定度的评估

通过对盐酸浓度标定的过程分析，找出影响结果的各个分量，进行不确定度的评定，按照计量技术规范给出标准的表示法。     

Analysis of the rate of propagation of the wave of change of boiling modes

An approximate analytical expression is derived for the velocity of the front of the wave of change of boiling modes on a rod and on a plate. The impact of the Thomson effect and of the heater orientation in the gravity field is included. Adequate agreement is demonstrated between the derived relations and experimental data.