晶体硅薄膜电池制备技术及研究现状

晶体硅薄膜太阳电池近些年来得到广泛的研究和初步的商业化探索。根据所采用的晶体硅薄膜沉积工艺中温度范围的不同，晶体硅薄膜电池研究可分为高温路线和低温路线两个不同发展方向。本文分别从这两个方向综述了目前国外晶体硅薄膜电池制备技术的最新进展，最新实验室研究结果。报导了晶体硅薄膜电池商业化进展状况，指出了晶体硅薄膜电池实现产业化必须解决的问题。     

光伏电池产业链发展

目前光伏电池产业主要是晶体硅太阳电池（约占94％的市场份额），其产业链主要有8个环节：高纯多晶硅原材料的生产、太阳能电池用单晶硅锭和多晶硅铸锭（硅片）的生产、太阳能电池的生产、太阳能电池专用材料的生产、太阳能电池组件封装、光伏系统平衡部件的制造、光伏系统的应用、光伏产业相关生产设备的制造。下面分述各产业环节的情况。     

聚光背结背接触太阳电池发射区半宽度的优化研究

利用TCAD半导体器件仿真软件对中低倍聚光光伏系统中应用的N型叉指背接触(IBC)单晶硅太阳电池的电学性能进行了仿真研究。全面系统地分析了在不同聚光比情况下,单元电池发射区半宽度对聚光IBC太阳电池短路电流密度、开路电压、填充因子及转换效率的影响。仿真结果表明:聚光IBC太阳电池的电学性能受到单元电池发射区半宽度和聚光比的显著影响。在不同的聚光比情况下,存在最优的发射区半宽度,使得聚光IBC太阳电池转换效率最高。随着聚光比的增大,最优的发射区半宽度减小。虽然增大聚光比可提高聚光IBC太阳电池的转换效率,但同时减小了最优的发射区半宽度及参考范围,增加了聚光IBC太阳电池的制备难度。     

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.     

欧洲的最高CPV电池效率

德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（ISE）2008年第二次“设定”了太阳电池转换效率“基准”,非常接近于美国国家可再生能源实验室（N刚m）所保持的世界记录。ISE也采用相同的改性的Ga0.35In0.65P／Ga0.83In0.17As／Ge外延电池结构,其转换效率为39．7%（7月份为37．6％）,其改进措施主要是：改变了金属接触的设计。     

光伏电池多晶硅晶体生长技术及设备

在品种繁多的光伏电池中,晶体硅光伏电池最受用户青睐,其光电转换效率高、性能稳定,几乎所有的大型光伏电站都采用晶体硅太阳电池发电。     

铜的金属间化合物比硅更便宜

美国的铜开发协会宣称,金属间化合物Cu（InGa）Se2（通称为CIGS）用作非聚光太阳电池时的能量转换效率达到了19、5％的记录。这种电池现在已可常规地在带状衬底上进行半连续式生产。其结果是：CIGS电池组件的成本一直稳定下降,目前已低于多晶硅电池。CIGS的生产工艺虽然复杂,但与硅相比能效更高。譬如,CIGS无需进行熔化、铸模以及切片等。     

新微晶材料的HWCVD沉积及其在太阳电池中的应用

前言 2005年全球si基薄膜太阳电池产量在60MW以上。这种电池工业的进一步发展有赖于提高其组件的转换效率。日本计划在2030年将Si基薄膜电池组件的效率提高18％以上。设想用宽带隙SiC（或SiO）或微晶Si（Ge）C（uc-Si（Ge）C）作顶电池的三结电池以提高其转换效率,可望比a-Si作顶电池的多结电池效率高的多。     

PECVD技术在未来高效太阳能电池中的应用

<正>随着社会经济的发展,能源危机和环境污染问题已成为人类面临的最迫切需要解决的问题。太阳能清洁、无污染、取之不尽用之不竭,太阳能发电技术可以将太阳光的辐射能直接转换为电能,是目前可再生能源技术领域中发展最快、最有前途的技术之一。目前80%以上的太阳能电池由晶体硅材料制备而成,制备高效率、低成本的晶体硅太阳能电池对于大规模利用太阳能发电有着十分重要的意义,其中,等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)是制备     

我国成功研制出铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件

据报道,位于天津滨海新区、由南开大学、天津保税区投资公司等合作建立的国家863铜铟镓硒薄膜太阳电池中试基地中试工艺设备与大面积材料和器件开发取得了进展,成功研制出有效面积为804平方厘     

硅基薄膜太阳能电池研发获突破并产业化

近日,泉州市金太阳电子科技有限公司投资的硅基薄膜太阳能电池生产线正式落户该市科技园区。该项目生产的硅基薄膜太阳能电池光转化效率将达到7％,使用寿命长达20年,技术居世界领先水平。该项目的实施为我国跻身全球第三代高端薄膜电池市场跨出了关键一步。该公司已开辟了欧洲大规模太阳能发电站的市场,具备了与欧洲火力发电上网电价同等成本的技术和设备优势,     

一太阳能电池效率“瓶颈”被攻克

日前,国内30多家单晶硅供应商聚会无锡,参加新型单晶硅棒提拉技术推广会议。令与会代表惊讶的是,尚德电力与常州美晶太阳能材料有限公司合作,用高纯镓代替硼,成功完成了高光电转换率、无衰减太阳电池硅单晶的研制,攻克了光致衰减这一提高单晶硅太阳能电池转换效率的瓶颈问题。     

我国薄膜太阳电池产业发展概况

薄膜太阳电池凭借其成本优势,很早就获得了我国政府的重点支持。早在"七五"期间,原国家科学技术委员会就投入2000多万元,在北京有色金属研究院建成了年产100kW的非晶硅薄膜太阳电池生产线。进入21世纪后,国家又先后通过科技攻关计划、"863"计划、"973"计划以及各项创新计划,对薄膜太阳电池的研发和产业化给予了大力支持。目前,我国在非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池、碲化镉(GdTe)薄膜太阳电池、铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池、染料敏化薄膜太阳电池以及微晶(u-Si)/非晶薄膜太阳电池等方     

IBC太阳电池非均匀掺杂衬底结构参数的优化研究

利用TCAD半导体器件仿真软件设计了一种具有非均匀掺杂衬底结构的N型插指背结背接触(IBC)单晶硅太阳电池.全面系统地分析了非均匀掺杂衬底结构的表面浓度和扩散深度对IBC太阳电池外量子效率、短路电流密度、开路电压、填充因子及转换效率的影响.仿真结果表明:非均匀掺杂衬底结构在一定程度上可提高IBC太阳电池的转换效率;非均匀掺杂衬底结构当扩散深度一定时,存在最优的表面浓度,使得IBC太阳电池的转换效率最高,且非均匀掺杂衬底结构的扩散深度越浅,最优的表面浓度越高.当扩散深度为1.9μm时,最优的表面浓度为3×1016cm-3,电池效率为22.86％;当扩散深度减小到1.1μm时,最优的表面浓度大于1 × 1018cm-3,电池效率大于23.092％.当非均匀掺杂衬底结构的表面浓度一定时,随着扩散深度的增大,IBC太阳电池转换效率随之降低.     

晶澳单晶硅电池光电转化率达18．7％

据报道,晶澳研发的新电池转换技术,使单晶硅电池光电转化效率达到18．7％,居世界领先水平,使企业核心竞争力大大增强。     

北京光伏产业优劣势分析

光伏产业是世界上发展速率最快的产业之一,2004-2009年的世界总产量分别为1201MW、1793MW、2561MW、4000MW、7900MW、10660MW,其年平均增长率达到了55.2%。2008年,在世界性金融危机的重创下,光伏产业受到的冲击最小且恢复最快,仍保持着旺盛的增长速度,这足以说明光伏产业在世界经济体系中的重要地位及潜力。     

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。     

日本太阳能电池企业2008年底仍在满负荷生产

日本太阳能电池及组件生产商虽因日元升值导致利润减少，但仍在满负荷生产。这是由于日本太阳能电池和组件转换效率高、品质优异，因此需求仍在增长。而中国太阳能电池及组件企业，因受到全球金融危机和欧洲减少太阳能电池相关项目补贴等影响开工率大幅下降。另外，中国厂家太阳能电池及组件的转换效率低也是需求减少的原因之一。     

纳米技术在晶体硅太阳能电池中的应用

随着人类社会可持续发展问题的日益凸显,低碳经济正成为实现可持续发展的重要手段,新能源必将引领下一次产业革命、投资革命和科技革命。以太阳能电池发展为核心和主导的新能源革命,则将成为改变中国和全球能源、环境问题的根本手段和有效途径。太阳能发电技术的地面应用研究已经历了近30年之久,制约其发展的主要因素是成本太高。目前,应用最为广泛的是晶体硅太阳能电池,为了降低成本,兼顾光电转换效率,各国学者都在致力于各种太阳能电池的探     

用喷墨技术制造硅太阳电池

美国富士胶片Dimafix公司开发出一种喷墨技术，可用于制造硅光状电池。太阳电池可用Dimatix材料打印机（DMP）制造。实验证明，有机太阳电池可以用印刷技术制造。此外，喷墨技术对制造光伏电池是很有前途的，因为这种技术可适用于任何底片，而且无需进一步的图形处理。