晶体硅太阳电池漏电检测与修复

通过红外热成像无损检测技术拍摄晶体硅太阳电池表面的热分布图,来确定电池漏电的位置。结合金相显微镜、扫描电子显微镜等分析仪器发现一种新的漏电类型,由多晶硅太阳电池表面附着密集的腐蚀坑所引起的漏电,该漏电成因异于电池片表面的刮伤。采用波长为1 064和532 nm的激光器作为修复漏电电池片的工具,从隔离槽的绝缘性和切断电池片的PN结所需要的槽深作为研究内容,实验了三种不同的修复方案,通过测试并对比修复前后电池片的电性能参数来探索激光器修复漏电所需要的工艺。实验结果表明:当激光束第二次经过槽内时,可以使槽内残留的硅和金属颗粒完全气化,增加了槽的绝缘性,修复效果优于一次刻槽。为使漏电电池片得到有效的修复,激光刻槽的深度需在30μm以上,而非理论上的几个微米。     

晶体硅太阳电池焊接应力研究

晶体硅太阳电池的焊接工艺是太阳电池组件制造过程最主要的工序之一,焊接过程造成的电池碎片是影响组件生产成本的主要因素。通过分析不同焊接区域、焊接温差及不同规格焊带对电池片应力分布的影响,选择优化合理的焊接位置、焊接温度和焊带,达到降低焊接过程中电池碎片的目的。     

太阳电池用晶体硅片及其技术标准发展现状

介绍了目前太阳电池用晶体硅片及其技术标准的发展现状,分析了单多晶硅片的现状及发展趋势,分别介绍了单晶硅片向N型硅片、薄片化及大尺寸发展,以及多晶硅片向高效多晶方向迈进的趋势;梳理了单多晶硅片技术标准的现状与发展趋势,分析了单多晶硅片技术标准中存在的技术要求落后、参数设定包容性差,适用性偏低等诸多问题,对了解太阳能用单多晶硅片业内情况及单多晶硅片相应标准的制定都有重要的指导意义。     

热氧化SiO_2工艺在硅太阳电池中的应用及研究

采用热氧化法在晶体硅基底上生长SiO_2薄膜,研究了不同厚度的SiO_2氧化层对少子寿命(MCL)、光学吸收及与SiNx体钝化的影响;同时通过理论计算匹配相应的SiO_2/Si Nx叠层膜,得出SiO_2层厚度大约为10 nm,Si Nx膜的理论厚度在60~70 nm之间,折射率在2.1~2.2之间。研究发现SiO_2/Si Nx叠层膜工艺比常规Si Nx工艺太阳电池的能量转换效率(Eta)提升了0.12%,开路电压(Uoc)提高了2 mV,短路电流(Isc)提高了40 m A。     

晶硅材料太阳电池电势诱导衰减问题研究

传统晶硅材料太阳电池所发生的电势诱导衰减现象受可动电荷Na~+在硅表面聚积的影响,对发生电势诱导衰减现象的太阳电池的漏电区域和非漏电区域分别采用双电荷层导致p-n结导通的假说和扩展的肖克莱-里德-霍尔复合模型进行了研究。结果表明,组件效率受可动电荷Na~+的影响且和被SiN_x的场钝化作用所屏蔽的隐性缺陷之间的关系密切。通过增强界面的钝化效果,阻止Na~+与界面处的隐性缺陷相结合等措施,有利于抗电势诱导衰减组件的制备。     

晶体硅材料太阳电池的光吸收率仿真研究

通过理论分析、仿真和实验测试,确定了影响晶体硅太阳电池太阳吸收率的主要因素,其中铝背反射器、硅片表面形貌、硼扩散对太阳吸收率的影响较为显著,硅片厚度、磷扩散的影响相对较低。采用有陷光结构的高效硅电池能明显降低电池的太阳吸收率,滤光玻璃盖片叠层电池太阳吸收率比普通玻璃盖片叠层电池低16.2%。     

Process modeling for doped regions formation on high efficiency crystalline silicon solar cells

Process modeling approaches derived from CMOS industry are successfully applied in the Photovoltaic industry, in order to provide guidance on the design of the doped regions. The accurate prediction of the dopant diffusion and activation kinetics, as well the oxide growth rate, are essential for the adequate profile engineering. The latter is vital for a cost effective optimization of the cell operation. In addition, in the case of ion implantation, TCAD modeling is also necessary for the monitoring of the damage evolution and its optimized reduction. Indeed, high levels of residual defects are found to deteriorate the electrical properties of the doped regions, as they act as recombination centers for Shockley-Read-Hall recombination and thus limit the minority carrier lifetimes. Designing optimum anneal strategies is an important objective of the TCAD modeling approach. In this paper we are presenting an overview of our developments to optimize TCAD simulations for doped regions formation used in high efficiency crystalline silicon solar cells. The modeling studies cover the two major dopant techniques (tube diffusion and ion implantation) for each dopant (Boron and Phosphorus).     

添加剂对单晶硅太阳电池表面织构化的影响

在传统的氢氧化钾/水/乙醇制绒体系中添加酸类(酒石酸,硼酸)、表面活性剂(甲基纤维素、十二烷基磺酸钠、聚乙二醇PEG400)等添加剂,研究了添加剂含量对制绒面形貌和反射率的影响。研究表明,制绒液中酒石酸质量浓度为400×10-6时制绒效果最好,硅片反射率降低到原始硅片的55.48%;混合添加100×10-6酒石酸、200×10-6硼酸的制绒效果更加明显,反射率达到原始硅片的40.81%。而在酒石酸/硼酸混合体系中添加质量分数为0.2%的表面活性剂PEG400时制绒效果较好,硅片反射率降低为原始硅片反射率的40.45%。     

表面纳米织构多晶硅太阳电池光电性能研究

通过降低多晶硅太阳电池的表面反射率,实现提高器件光电性能的目标,一直受到工业界和科研界的广泛关注。利用简单的银催化化学腐蚀法和碱溶液表面修饰,制备了基于纳米多孔和倒金字塔表面结构的多晶硅太阳电池。通过对电池的光电转换参数测试和器件模拟,重点研究了纳米结构太阳电池的光电性能,并对这些电池的后期性能优化提出了探索性的建议。     

晶体硅太阳电池内阻对其输出特性的影响分析

从太阳能电池输出特性方程出发,经由理论作图(U-I曲线)分析晶体硅太阳电池内阻对其输出特性的影响,通过数值计算,说明当晶体硅太阳电池的并联内阻大于100Ω时可以忽略。在此基础上,得到电池串联内阻与输出电流、电压之间的函数表达式,只要实测出某一确定光照强度及温度下负载的任意一组电流、电压值,计算相应的串联内阻值,进一步计算最大功率点处的电流、电压及负载值,可为最终的最大输出功率跟踪提供一种简便方法。     

硅太阳电池工程用数学模型参数的优化设计

根据硅太阳电池工程用数学模型,利用matlab/simulink模块建立了硅太阳电池阵列仿真模型.根据太阳电池组件仿真结果和实际测量结果的比较,分析了硅太阳电池工程用数学模型系数对仿真模型的输出特性精度的影响,并提出了不同太阳辐射强度时硅太阳电池工程用数学模型中系数b的优化设计计算公式.仿真结果表明,利用优化设计计算的参数可提高太阳电池阵列仿真模型的输出特性精度.     

用于宽光谱减反射膜的热压印图形转移的研究

提出在Al In P窗口层上,利用纳米热压印技术加工微圆锥阵列结构实现宽光谱减反射膜的方法。通过设计仿真,Al In P微圆锥阵列结构,可实现400~1 700 nm光谱范围内平均反射率2.5%。纳米热压印技术利用制作的模板,在温度达到PMMA聚合物玻璃转化温度之上后施加一定的压力将模板压印到PMMA聚合物表面,使得纳米级模板结构转移到样品上。采用Obduct纳米压印机,研究图形转移的优化参数,制备出了具有高分辨率的热压印图形,为实现Al In P微圆锥阵列结构打下了良好的基础。     

柔性薄膜太阳电池封装及环境耐受性研究

封装材料的选择和封装工艺的确定对柔性薄膜太阳电池在空间的应用非常重要。封装材料采用改性的硅氧烷系列胶水和高透过率含氟薄膜材料,封装工艺采用涂覆方式和覆膜方式相结合,并利用封装设备有效控制涂层厚度及其均匀性。对封装后的柔性薄膜太阳电池进行一系列环境模拟实验,发现实验后太阳电池性能衰减较小,具有良好的环境耐受性。     

Interface modeling between the printed thick‐film silver paste and emitter for crystalline silicon solar cells

According to the potential barriers generated by the silver, glass layer, and N⁺ emitter, an analytical model is developed to explain interface contact performance between the printed thick‐film silver paste and emitter for crystalline silicon solar cells. According to the model, the front contact resistance between the sintered silver and N⁺ emitter is simulated at different doping concentrations, temperatures, and density of state. The quantitative expression of interface contact resistance between the printed thick‐film silver paste and N⁺ emitter is derived for the first time. The results in this study unify different viewpoints about the current transport mechanisms at the sintered silver–silicon interface. If the glass frit chemistry and silver particle size are carefully tailored, the silver consumption per watt can be reduced, and the efficiency of crystalline silicon solar cells can be further improved. The results lay the foundation for studying the screen‐printed crystalline silicon solar cell front contact metallization system. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

硅太阳电池参数求解算法的研究

为了得到单体硅太阳电池的电流方程,必须确定单体硅太阳电池的二极管品质因子n,反向饱和电流Io和电池串联内阻Rs的值。通过理论分析和实验仿真,发现同一块太阳电池在相同的温度和照度、不同的二极管品质因子和反向饱和电流下,输出的光生电流Iph是相等的。基于这一结论,提出了一种假设运算的方法。该方法依据硅太阳电池的四个特性参数短路电流Isc、开路电压Voc、最大功率点电流Imp、最大功率点电压Vmp,应用硅太阳电池的电流公式表示出n,Rs,Io三者之间的关系,结合MATLAB编程求解出三者的数值,结果显示理论误差和测试误差相比小于2%。     

硅太阳电池模型参数的一种解析方法

通过对硅太阳电池的数学模型进行分析,给出了一种利用硅太阳电池的开路电压、短路电流以及最大输出功率点处的电压、电流确定模型参数的方法.对两种硅太阳电池进行了仿真及实验测量.数据分析结果表明该方法确定的模型能够反映硅太阳电池的特性.     

扩散气体流量对单晶硅太阳电池性能的影响

以160 mm×160 mm规格单晶硅片为实验原材料,分别研究了小氮和氧气流量对薄层方块电阻的大小、均匀性、扩散后硅片少子寿命的影响,以及最终对单晶太阳电池开路电压(V_(oc))、短路电流(I_(sc))、转换效率(η)等电性能参数的影响。通过逐步改变小氮和氧气流量,找出小氮和氧气流量的最佳比值,优化了扩散工艺。实验证明,小氮流量在1 100m L/min,氧气流量在500 mL/min时,太阳电池的转化效率最高。     

金刚石线切割太阳电池多晶硅片绒面的分析

采用HF/HNO_3酸刻蚀液对金刚石线切割太阳电池多晶硅片进行制绒研究,对比分析了刻蚀液浓度、刻蚀时间以及以H_2O和CH_3COOH为添加剂等因素下的多晶硅片绒面形貌特性。结果表明:富HF体系,金刚石线切割多晶硅片表面的划痕加深,但其表面刻蚀效果较好;富HNO_3体系,金刚石线切割多晶硅片表面往复纹微消除,而表面制绒效果不佳;然而,随着时间延长,富HF和富HNO_3刻蚀多晶硅片表面腐蚀坑均由较小凹坑状逐渐变大,最终形成条状腐蚀坑;与H_2O为添加剂相比,CH_3COOH下的硅片表面腐蚀坑分布较均匀。研究成果为金刚石线切割技术应用于多晶硅片提供了技术支撑。     

Electrical and optical characterisation of aluminium nitride piezoelectric films on silicon nitride membranes

Aluminium nitride (AlN) is a thin film piezoelectric material having excellent potential for integration with microelectronic systems. We have investigated flexural modes of Si₃N₄ membrane structures with and without an AlN active layer. AlN films typically 3 μm thick were deposited by RF sputtering. Mechanical excitation was provided acoustically by sweeping the excitation frequency of a 1 MHz air-coupled ultrasonic transducer. Mode shapes were verified by scanning laser vibrometry up to the [3,3] mode, in the frequency range 100 kHz to 1 MHz. Resonant frequencies were identified at the predicted values provided the tension in the layers could be estimated. For a membrane structure incorporating an AlN layer, acoustic and electrical excitation of flexural modes was confirmed by displacement measurements using laser vibrometry and resonant frequencies were compared with analytical calculations.     

固体氧化物燃料电池集流层厚度优化

针对电解质支撑固体氧化物燃料电池(SOFC),建立了一个较为全面的二维数学模型,考虑了相互依存的离子导电过程、电子导电过程以及气体输运过程,研究了孔隙率和电极集流层厚度对电池性能的影响。结果表明:电池的输出电流密度强烈依赖于电极集流层厚度,合适的阳极集流层厚度应在20~60μm,合适的阴极集流层厚度应在250~300μm。