研制高效硅太阳电池的新进展

本文报道了我们研制的2×2cm~2、n~ /p硅太阳电池。它采用了绒面、硼背场、铝背反射器、Ti-Pd-Ag电极以及TiO_x-Al_2O_3双层减反射膜。在25℃、AM0条件下的最优样品电池输出功率达80.6mW。 实验表明:(1)硼背场导致电池开路电压增加50-60mV;(2)用1—2％的NaOH水溶液可腐蚀出接近于理想的绒面。这种表面结构与硼背场和TiO_x-Al_2O_3双层减反射膜相结合,使电池短路电流显著提高,与常规电池相比,约增加7.5mA/cm~2。     

硅太阳电池铜电极研究

本文报道了低成本铜电极硅太阳电池的研制工作。在实验室中已制成有背表面场的φ100mm铜电极电池,转换效率达到12％,功率为0.93瓦。具有绒面和背表面场的20×20mm~2铜电极电池,效率已超过15％。 Al-Cu结构的铜电极电池已放置二年以上,性能没有变化。在没有封装的情况下,经过一年曝晒试验,性能没有衰降。     

背面结构对铝背发射极n型单晶硅太阳电池的影响研究

研究背面结构对铝背发射极n型单晶硅太阳电池的影响,提出背面抛光结构铝背发射极n型单晶硅太阳电池的制备方法。使用少子寿命测试仪、扫描电镜(SEM)、量子效率测试仪及太阳电池测试仪对电池的表面复合速率、微观结构、量子效率和电性能进行测定。结果表明:对铝背发射极n型单晶硅太阳电池,背面抛光结构优于背面金字塔绒面结构,背面抛光结构可降低电池背面的复合速率、改善p-n结质量、提高量子效率,使电池转换效率提高0.34%。     

高效PERC单晶硅太阳电池局部背表面场的工艺研究

钝化发射极和背面电池(PERC)的局部背表面场是指通过对电池背面的钝化层进行激光开槽形成局部接触。研究了激光参数设置和激光图形对电池背表面场局部接触的影响,根据电池转换效率来确定最佳的激光参数和激光图形。用奥林巴斯显微镜分析了在不同激光速度和不同激光实线比条件下,电池的背面铝浆填充率的变化;用Halm电学性能测试仪分析了在不同背面铝浆填充率和不同激光间距,以及背电极是否被激光覆盖这些条件下,电池电性能的变化趋势。结果表明,背面铝浆填充率为35%时,电池转换效率最佳。再根据不同激光速度和不同激光实线比的正交试验,反推出当激光速度为16000 m/s、激光实线比为50%时,更有利于提升电池转换效率;当激光开槽间距为1275μm时,电池转换效率最佳;背电极激光镂空与激光填满实验相比,背电极激光镂空的电池转换效率可增加约0.06%。     

PERC电池背表面钝化的PC1D仿真分析

采用PC1D软件仿真分析钝化发射极及背接触(passivation emitter and rear contact,PERC)电池;模拟结果表明:降低电池的背表面复合速率有利于增强电池性能、提高电池长波响应。PERC电池由于背表面钝化可采用较低的背场厚度;背钝化层中的表面电荷对高背表面复合速率的电池性能的提升作用显著,但在背表面复合速率较低时影响不大;实测得到PERC电池比常规全铝背接触电池的开路电压和短路电流分别增大1.56%和2.56%。     

效率达19.1%的全离子注入单晶硅太阳电池

基于PESC(钝化发射极太阳电池)的电池结构,制备发射极为磷离子注入、背面场为硼离子注入的全离子注入单晶硅太阳电池,分析磷和硼离子注入的退火特性和杂质分布以及离子注入硼背场对电池性能的影响,并与常规POCl3扩散发射极电池进行对比。研究表明:离子注入的硼背场可明显提高电池的长波响应,使电池的开路电压提高约100 m V,效率提高5.4%;与POCl3扩散发射极电池相比,磷离子注入发射极改善了电池的短波响应,使电池效率提高0.8%;全离子注入电池的效率达到19.1%。     

光面晶体硅-陷光膜复合电池光电特性研究

晶体硅表面制绒虽然会降低太阳光的反射损失,但也会造成其表面损伤,从而制约晶体硅电池转换效率的提高。对这一问题设计光面晶体硅-陷光膜复合电池结构,经理论分析和实验表明:陷光膜可有效减少光的反射损失,光面晶体硅的光生伏特效应比绒面强,复合电池转换效率比绒面晶体硅电池提高2.2%。     

单面抛光在PERC电池中应用的研究

研究一种实现背面抛光的方法,在制绒工序中以氮化硅为掩膜,对金刚线切割单晶硅片进行单面制绒,该掩膜在制绒工序中被HF酸去除。未制绒面作为背钝化电池背抛光面,在低刻蚀量条件下获得了微纳尺度平整的背表面,结果表明:该工艺方法将PERC电池双面钝化后少子寿命由109μs提升至230μs,开路电压由651.8 mV提升至661.0 mV,电池转换效率由20.32%提升至20.81%。     

nc-Si/c-Si异质结太阳电池优化设计分析

分析影响p+(nc-Si)/i(a-Si)/n(c-Si)异质结太阳电池性能的主要因素,获得纳米硅薄膜杂质浓度、本征层厚度以及背场对电池性能的影响规律。结果表明,当纳米硅薄膜中掺杂浓度增大时,该层大部分区域电场强度变大,短路电流和开路电压增大,有利于提高电池转换效率。优化的掺杂浓度应大于1×1018cm-3。当i层厚度大于30 nm时,电池转换效率η和电池填充因子FF急剧下降,优化的最佳厚度为10 nm。研究加入非晶硅背场提高电池效率的新途径,当引入厚10 nm的a-Si∶H(n+)背面场后,电池转换效率由21.677%提高到24.163%。     

n型铝背结太阳电池的前面场优化研究

主要研究了n型铝背结太阳电池前面场对电池效率的影响,前面场浓度与扩散深度的优化明显提高了n型电池的短波响应,在实验中采用了低成本工艺路线,采用PECVD沉积SiN x替代高温热氧化形成的SiO2与PECVD沉积SiN x叠层膜作为钝化减反射层。文中通过PC1D模拟与实验结合的方法得到前表面场的最佳掺杂浓度与掺杂深度,研究发现n型电池前面场与p型电池背面场有明显差异,p型电池背面场掺杂浓度越高得到的效率就越高,而n型电池前面场掺杂浓度在合适范围内才能有效提高电池效率。最终经过优化得到的电池效率达到19.25%,开路电压为641 mV,短路电流为8.91 A,填充因子为80.53%。     

全角度陷光的微-纳复合绒面单晶PERC太阳电池

采用银金属催化化学腐蚀（Ag-MCCE）技术在碱腐蚀的金字塔微米初级绒面结构上制备均匀的纳米次级绒面结构,并研究银纳米颗粒在微米金字塔表面的附着特性及其对纳米结构均匀性和电池性能的影响。结果表明,通过添加聚乙烯吡咯烷酮（PVP）可改善银纳米颗粒在微米金字塔表面的附着均匀性,制备的纳米结构在微米金字塔结构表面分布均匀,且便于后道SiN_x的钝化;制得的单晶PERC电池平均效率达到22.22%,较未改善的对比组提升0.46%;独特的微-纳复合绒面（NOM-texture）可实现单晶太阳电池的全角度陷光,兼顾新型光伏屋顶等光伏建筑一体化（BIPV）场合对电池高转换效率和准全向外观的双重要求。     

针对N型IBC太阳电池中背结模型的建立及优化

在N型衬底上制作2 cm×2 cm的双面太阳电池片,并对电池的正反面进行I-V、量子效率、掺杂形貌测试。通过将结果导入到PC1D中并拟合内量子效率,建立N型背结太阳电池的模型。通过调整背结太阳电池模型中串并联电阻、衬底寿命、表面复合速率、前表面场等参数,发现串联电阻与前表面场掺杂浓度是N型背结太阳太阳电池设计的关键。将这两个参数进行优化,电池效率的增幅分别为19.7%与33.9%。最终将N型背结太阳电池效率优化到20.6%。     

酸性添加剂对多晶硅绒面形貌的影响

采用各向同性腐蚀法制备多晶硅绒面,通常使用的腐蚀液为HNO3和HF的混合溶液,增加适量酸性添加剂,可以有效地改进制绒效果,提高多晶硅电池转换效率。文章研究了酸性添加剂在不同酸腐蚀液浓度配比条件下制备的绒面特性。研究结果表明,腐蚀液中加入酸性添加剂后,绒面表面腐蚀坑细小均匀,有效地降低了绒面反射率,减少了电池产生的漏电;当腐蚀液中HNO3/HF/酸性添加剂的浓度比为8∶1∶0.4时,所制备绒面的反射率达到最低值,为21.87%,其转换效率最高。     

非晶硅对MoO_x/c-Si异质结太阳电池器件的影响

室温下电子束蒸发沉积氧化钼(MoO_x)薄膜呈非晶态,光学带隙约为3.6 eV,与单晶硅表面构成MoO_x/c-Si异质结并具有钝化作用,但明显低于i∶α-Si∶H钝化。ITO/MoO_x/i∶α-Si∶H/n∶c-Si/i∶α-Si∶H/n+∶α-Si∶H/Al太阳电池结构,既有晶硅前后表面钝化,又增加了背电场层,适当的MoO_x厚度可获得电池的最高效率(15.5%);若取消晶硅表面i∶a-Si∶H钝化,与HIT(heterojunction with intrinsic thinlayer)电池类似,硅的前表面复合增大,电池效率降为11.5%;若取消背表面i∶a-Si∶H钝化及背电场材料n~+∶a-Si∶H,电池效率急剧下降到8.3%,这表明背表面钝化及背电场,对MoO_x/c-Si异质结太阳电池特性具有更为重要的作用,对高效器件制备具有一定指导意义。     

掺镓硅片电阻率对太阳电池性能的研究

本文将电阻率为0.2~4Ω·cm的掺镓硅片分别制备成常规铝背场电池和PERC电池,并对电池的少子寿命、电性能参数和光致衰减进行测量,研究了电池性能的差别,为掺镓硅片投入工业化生产提供了参考。实验结果表明:常规铝背场电池的转换效率随着电阻率的增加而增加,电阻率为3~4Ω·cm的电池转换效率最高为20.30%;PERC电池的转换效率随着电阻率的增加而减小,电阻率为0.2~1Ω·cm的电池转换效率最高为21.38%。     

金属氧化物多层膜晶体硅太阳电池的背场研究

在n-Si与金属电极之间插入电子选择性材料Ca和Cs_2CO_3、LiF_x,可有效降低接触电阻和界面复合,该文研究Ca和Cs_2CO_3、LiF_x作为背场在氧化钨金属多层膜(WAW)/n-Si太阳电池中对电池性能和稳定性的影响。3种电子选择性材料中,2 nm的LiF_x对电池转换效率的提升最高,稳定性最好。对WAW/n-Si/LiF_x太阳电池R_s的各部分组成进行提取和分析,表明LiF_x/n-Si的接触电阻和LiF_x/Ag接触电阻仅占总串联电阻的0.2%,背场工艺得到最佳的优化。将LiF_x做为背场应用于氧化钒金属多层膜背接触晶体硅(MLBC)太阳电池中,达到19.02%的转换效率,而且用环氧树脂封装的MLBC太阳电池放置在空气中表现出极好的稳定性。     

超薄柔性黑硅太阳电池研究

通过PC1D模拟软件分析了硅片厚度对电池性能的影响,结果表明:随着硅片厚度减薄,硅片对光的吸收效率逐渐减弱。为了强化硅片表面的陷光能力,弥补硅衬底减薄对光吸收的损失,采用化学刻蚀法制备获得了具有纳米绒面的黑硅太阳电池。通过模拟对比厚度为80μm的黑硅电池和常规电池性能,结果表明:硅纳米长度为0.85μm的黑硅表面平均反射率从常规制绒的12.65%降低至4.06%,黑硅电池短路电流从常规的8.693 A增加至9.104 A,黑硅电池效率从常规的18.87%提高至19.74%。     

背表面场聚光硅太阳电池测试结果和理论预测的比较

研制成功了基体电阻率为1Ω-Cm的n~ -p-p~ (背表面场)聚光硅太阳电池。用电压叠加法原理,借助于计算机获得了电池在1—100个太阳(一个太阳为AM1光强——100mW/cm~2)下的开路电压、高低结电压、基区电压、短路电流密度和效率的理论数值。电池在1—65个太阳下测试得到的结果和计算机提供的理论数值一致。电池在30个太阳下的效率达到18.8％,在65个太阳下达到15.1％。测得电池的电压温度系数为1.995mV/℃。本文强调了1Ω-cm n~ -p-p~ 聚光硅太阳电池对提高聚光方阵性能的意义。     

少子寿命值对太阳电池生产的监控作用

研究了太阳电池工艺过程中少子寿命值的变化,揭示了少子寿命值在太阳电池生产过程中的应用.通过比较工艺前后少子寿命值的变化,可以优化生产工艺,提高电池转换效率,改善电池的性能.经过工艺优化后,多晶硅太阳电池(非绒面)的平均转换效率达到14.75%.     

Mo背电极对CIGS吸收层成分与结构的影响

采用直流磁控溅射法,通过调整溅射气压制备双层和三层Mo背电极层,并在其上制备(In,Ga)_2Se_3(IGS)和Cu(In,Ga)Se_2(CIGS)。采用X射线荧光光谱(XRF)和X射线光电子能谱(XPS)测量成分;用扫描电子显微镜(SEM)观察IGS和CIGS的表面和断面形貌;用X射线衍射(XRD)研究背电极层对IGS和CIGS结晶取向的影响。结果表明,背电极的不同可影响CIGS表面Na的分布;三层Mo背电极层上制备的CIGS吸收层具有112择优,晶粒较大,贯通性更优;三层Mo背电极层上制备的CIGS电池的效率为14.1%,其中较双层J_(sc)和FF分别有9.4%和15.5%的提升。