常规多晶与高效率n型晶体硅太阳电池组件光谱响应趋势及原因分析_宋肖
0引言
太阳电池是基于空间航天器应用发展而来的，其材料是利用晶体Ｓｉ制作成电池。这种电池具有较高的电池转换效率以及稳定的工作状态。其工作寿命大于２５年。目前，由晶体Ｓｉ制作而成的太阳电池组件９０％是由硼参杂Ｐ型晶体Ｓｉ（常规多晶太阳电池组件）形成的。然而随着地面光伏的应用普及，研究发现Ｐ型Ｓｉ太阳电池组件在长时间光照情况下转换效率会出现衰减现象。这种现象的主要原因是掺杂了Ｐ型Ｓｉ衬底中的硼原子与衬底中的氧原子相结合形成了硼氧对，这种硼氧对会降低少数载流子寿命，进而导致组件转换效率衰减。
为了提高晶体Ｓｉ太阳电池组件转换效率以及保证其工作状态下的稳定性，人们研发了一种新型晶体Ｓｉ太阳电池组件，即高效率ｎ型Ｓｉ太阳电池组件。这种组件电池是由磷参杂ｎ型Ｓｉ，其硼元素含量极低，从而可以忽略硼氧对降低少数载流子寿命的概率。由于ｎ型Ｓｉ对部分金属杂质的敏感性较低，因此在相同掺杂浓度下ｎ型Ｓｉ比Ｐ型Ｓｉ具有更高的少数载流子寿命。由于ｎ型晶体Ｓｉ具有高寿命、高效率的优势，使得其成为现在光伏行业主要的研究对象，同时也正是因为两种组件存在各种差异，使得常规多晶太阳电池组件与ｎ型晶体硅太阳电池组件在出厂前进行Ｉ－Ｖ测试时对光谱响应时间要求也存在着很大的差异。下面文章介绍了两种组件在不同光谱响应时间里，进行正反向测试时，对测试时间上的一个需求及原因分析。
1太阳电池组件I-V 测试现状
目前业界对光伏组件功率测试采用的均是正向测试方法，
即由Ｖｏｃ到Ｉｓｃ的扫描方向进行扫描测试。光谱响应时间对于多晶来说一般控制在１０ｍｓ到１５ｍｓ左右，单晶组件控制在３５ｍｓ到４０ｍｓ左右。
1.1两种组件随光谱响应时间的变化趋势测试方法为在５ｍｓ、１０ｍｓ、１５ｍｓ、２０ｍｓ、２５ｍｓ、３０ｍｓ、３５ｍｓ不同光谱响应时间内，对一已有标定功率的两种组件进行Ｉ－Ｖ测试，其中先采用正向测试，随后采用反向测试。试验数据见表１、表２。
从数据表中我们可以得出以下几个结论：第一，反向测试功率要高于正向测试功率；第二，随着光谱响应时间的延长正向测试和反向测试数据差值越来越小；
第三，随着光谱响应时间的延长，正、反向测试数据越接近标定值。
1.2原因分析1.
2.1Ｉｓｃ方面：ｎ型太阳电池组件的短路电流要大于多晶电池组件。一般对于多晶单片电池来说其短路电流在８．５￣８．６Ａ左右，最多不会超过９Ａ，而ｎ型电池片短路电流则保持在９．１Ａ以上。导致这种差别的原因在于晶体中原子排列是否规则。
单晶所有的原子占据安排良好的规则的位置（晶格），它具有生长的有序性；而多晶原子排列彼此间随机取向的小晶粒，晶胞大小
和取向时常发生变化，生长无序。其中的间界部分我们称之为晶界。
晶界是一个过渡区，也是晶体缺陷的密集区域。而所谓的这种晶体缺陷是少数载流子的复合中心，极大的降低了少数载流子寿命，从而导致短路电流较小。
1.2.2电池制绒方面：目前工艺中，多晶电池片主要采用酸制绒，即利用Ｓｉ与ＨＮＯ３和ＨＦ的混合液反应使硅片表面形成陷光结构，从而吸收更多的入射光，提高太阳电池的转换效率。
对于ｎ型单晶来说，采用的是碱制绒。其相对多晶的酸制绒优
势在于ＯＨ－对不同晶面刻蚀速度存在选择性，属于异向刻蚀，
而ＨＦ＋ＨＮＯ３则对不同晶面刻蚀速度不具备选择性，属于均向刻蚀。
在｛１１１｝晶面上，每个硅原子具有三个共价键与晶面内部的原子键结合，另外一个是裸露于晶格外面的悬挂键。而｛１００｝晶面上每个硅原子有两个共价键和两个悬挂键，当刻蚀反应的时候碱中的ＯＨ－会和悬挂键结合形成刻蚀，所以说晶格上的单位面积悬挂键越多，表面的化学反应就会越快。最终ｎ型单晶电池表面制绒后成金字塔结构。
不同的制绒方法使得两种电池对光的反射率存在很大的差距。据试验数据得知，多晶电池平均反射率在２０％以上，而ｎ型电池的平均反射率小于１０％。因此，ｎ型电池吸收更多的入射光，当然会有更多的光子能量转换成电子－空穴对，使得电池的电容效应更加突出明显。
2结论和发展方向
从前面分析可以看出，
ｎ型组件在进行Ｉ－Ｖ测试时需要的光谱响应时间大于多晶组件测试时间，其主要原因就在于短路电流和制
常规多晶与高效率n 型晶体硅太阳电池组件光谱响应
趋势及原因分析
宋肖
朱聪
罗琦
英利集团有限公司光伏材料与技术国家重点实验室
河北保定
071051
摘
要：目前太阳能电池组件主要分为两种：一种是常规多晶太阳电池组件，一种是高效率ｎ型晶体硅太阳电池组件。由于两种组件在
设计原理上存在很大差异，导致它们对光谱响应时间的要求也是各自不同。文章通过对两种电池组件在不同光谱响应时间内进行Ｉ－Ｖ测
试，分析两种组件对光谱响应时间上的需求情况以及原因分析。
关键词：多晶；ｎ型晶体硅；太阳电池组件；
光谱响应表1
多晶组件试验数据
表2n 型太阳电池组件试验数据
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绒工艺上的区别。因此，未来的发展方向也会朝着这两方面努力。
①晶体缺陷方面：缺陷是由于内部热应力所为，改进措施可以降低晶体生长的速度，保证炉内温度的均匀性或者增加孪晶等措施。
②在制绒方面，可以增加添加剂，通过控制反应速率使得化学反应更加均匀充分，也可以研究其他腐蚀方法，比如等离子腐蚀等。参考文献：
［１］ＫｎｏｂｌｏｃｈＪ，ＧｌｕｎｚＳ．Ｗ，ＢｉｒｏＤ，ｅｔａｌ，Ｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｗｉｔｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓａｂｏｖｅ２１％ｐｒｏｃｅｓｓｅｄｆｒｏｍＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉｇｒｏｗｎｓｉｌｉｃｏｎ［Ｃ］／／ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳｐｅｃｉａｌｉｓｔＣｏｎｆ．，１９９６；４０５－４０８．［２］宋登元，熊景峰．高效率ｎ型Ｓｉ太阳电池技术现状及发展趋势［Ｊ］．半导体光电，２０１３，３４（３）．
钙盐离交法提取柠檬酸的生产工艺中，以玉米、木薯等为原料利用黑曲霉进行深层发酵，得到柠檬酸发酵液，该成熟柠檬酸发酵液（粗柠檬酸含量约１５％）经加热至７５℃左右时，使蛋白絮凝，易于过滤，然后经过压滤等除去菌丝体、酸渣等固体残渣后，得到柠檬酸压滤清液。一定浓度的柠檬酸压滤清液被打入中和锅内，在高温和搅拌下与碳酸钙浆液发生反应，并用氢氧化钙浆液微调至反应终点ｐＨ值５．１左右，生成难溶于水的较纯净的柠檬酸钙盐沉淀，从而实现柠檬酸和蛋白、残糖、色素等杂质分离开。含杂质较少的柠檬酸钙盐经过滤工艺处理，过滤时用热水充分洗涤柠檬酸钙盐，除去残糖、蛋白质以及可溶性杂质。然后纯净的柠檬酸钙盐沉淀在酸解锅内和浓硫酸反应，生成较纯净的粗柠檬酸溶液与硫酸钙，该浆液经过过滤后，滤液即为较纯净的粗柠檬酸酸解液，滤饼即为白色固体废弃物硫酸钙。然后将柠檬酸酸解液通过活性炭脱色除去色素及微量的蛋白等杂质，再经过阴、阳离子交换树脂除去柠檬酸酸解液中的有害的Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｆｅ３＋、Ｋ＋、Ｎａ＋、ＳＯ４２－、Ｃｌ－等阴、阳杂质离子，称为柠檬酸酸解液的净化。
针对柠檬酸酸解液脱除阴离子工艺，本文作者详细研究了不同进料线速度下的单柱脱除阴离子规律。
1材料与方法
1.1材料与仪器
离交柱（φ２２×１１００）；ＢＴ６０－６００Ｍ型蠕动泵（常州维西尔流体技术有限公司）；７２３０Ｇ型分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）；Ａｇｉｌｅｎｔ１２００液相色谱分析仪（美国安捷伦科技有限公司）；Ｄ３１８阴离子交换树脂；工业级浓碱（宿州汉泰化工有限公司）。
1.2试验设计
1.2.1阴离子交换树脂装柱及预处理
装柱：分别取淄博东大Ｄ３１８阴离子交换树脂２３０ｇ分别装入型号为Φ２２×１１００ｍｍ四根层析柱中，取该阴离子交换树脂检测水份，并测量树脂湿体积与柱排空体积等。
树脂预处理：阴树脂预处理按碱→酸→碱步骤进行活化处理（酸碱浓度按５．０％配制），最后用去离子水冲洗至层析柱出口流出液为近中性后备用。
1.2.2进料吸附
取中粮生化柠檬酸提取车间柠檬酸酸解液阳柱辅柱出口料液１５０ｋｇ备用，取样检测酸度、透光率、ＳＯ４２－、Ｃｌ－等指标，分别以５ｃｍ／ｍｉｎ、７ｃｍ／ｍｉｎ、９ｃｍ／ｍｉｎ、１１ｃｍ／ｍｉｎ线速度进行脱除阴离子单柱试验，并开始收集流出液。层析柱出口每流出１０００ｍｌ液体时，取一点样（２５ｍｌ）检测溶液中的ＳＯ４２－、Ｃｌ－等阴离子的含量。
当点样流出液中的阴离子总浓度等于进料原样中的阴离子总浓度时，停止进料。根据流出液点样中阴离子含量检测数据确定阴树脂离交柱贯穿体积、饱和体积等数据。
1.2.3饱和树脂柱洗涤
以５ｃｍ／ｍｉｎ的线速度，用去离子水洗涤饱和树脂柱，每５００ｍｌ流出液取一点样，检测酸度、ｐＨ等，当出口流出液的酸度小于０．２％时，停止进水，记录消耗水量。
1.2.4饱和树脂柱再生
分别以２．０ｃｍ／ｍｉｎ、４．０ｃｍ／ｍｉｎ、６．０ｃｍ／ｍｉｎ线速度用５％氢氧化钠溶液对饱和阴树脂柱进行再生，收集再生废液，每５００ｍｌ流出液取一点样检测。当层析柱出口再生剂浓度是进口再生剂浓度８０％时，停止进再生剂；开始用去离子水以７ｃｍ／ｍｉｎ流速冲洗，冲洗至阴柱出口流出液ｐＨ８－９停。记录液碱、水等辅料消耗，取再生废液点样、阴离子交换树脂柱再生废液混合样检测Ｃａ２＋、ＳＯ４２－、Ｃｌ－、ＣＡ３－等指标。
1.2.5试验数据统计核算
根据单柱试验统计数据计算阴离子交换树脂交换区带、处理量、单位时间处理量、工作交换容量、收率、再生剂消耗及水耗等指标，并对试验数据进行统计分析等。
2结果与分析
2.1离交柱与阴树脂装填基本参数如表１：
表1离交柱与阴树脂装填基本参数表
离交柱参数
规格
Φ２２×１１００
容积
（ｍｌ）
４１０
高径
比
５０
阴离子交换树脂装填参数
装填
量（ｇ）
２３０
水分
（％）
５０．０９
湿体
积（ｍｌ）
３１０
树脂层
高（ｃｍ）
８５
干重
（ｇ）
１１４．７９
排空体
积（ｍｌ）
２２０
2.2酸解液单柱脱除阴离子检测结果分析总结
柠檬酸酸解液单柱脱除阴离子研究时，柠檬酸酸解液脱除阴离子单柱试验检测结果分析总结等如表２。
从试验数据分析结果看，随着进料线速度逐渐加大，其交换区带也逐渐增大；同时阴树脂处理量与有效工作时间均逐渐降低。离交柱饱和后，用水冲洗稀酸至出口酸度小于０．２％时，约消耗６．５倍树脂体积水，稀酸酸度约１３．０％，占出料总酸比约５．６４％；树脂处理料液体积是树脂床体积的２９倍左右。
2.3柠檬酸酸解液脱除阴离子时的进料线速度与树脂处理量的关系分析
柠檬酸酸解液单柱脱除阴离子时进料线速度与交换区带、树脂处理量等之间的关系趋势如图１：
柠檬酸酸解液脱除阴离子的研究
王建国
中粮生物化学（安徽）股份有限公司研发部安徽蚌埠２３３０１０
摘要：为了净化柠檬酸酸解液，脱除其中的其它杂质离子。研究了不同进料线速度下的单柱脱除阴离子规律。得出了在不同进料线速度下，单柱树脂脱除阴离子上柱吸附曲线、吸附饱和时间、饱和树脂洗涤及再生规律等。通过小试研究，给出了柠檬酸酸解液脱除阴离子时的进料线速度与吸附饱和时间、交换区带、树脂处理量等之间的关系，以及相互影响因素。
关键词：柠檬酸酸解液；线速度；离子交换；树脂；阴离子
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晶体硅太阳能电池的制造工艺流程
晶体硅太阳能电池的制造 工艺流程 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。 晶体硅太阳能电池的制造工艺流程说明如下： （1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。 （2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。 （3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。 （4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN＋结，结深一般为－。 （5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。 （6）去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。 （7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。 （8）制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。 （9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。 （10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。
由此可见，太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相同，但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。
硅太阳能电池的结构及工作原理
硅太阳能电池的结构及 工作原理 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
一.引言： 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。?? 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。 全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19％，整个市场产值已正式突破100亿美元大关。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。 中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。 目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、
日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。 中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。 太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总 绿色环保节能太阳能 能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。 在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。
PN结太阳能电池光生伏特效应光谱特性及太阳能电池综合参数测试
研究生《电子技术综合实验》课程报告 题目：PN 结太阳能电池光生伏特效应光谱特性 及太阳能电池综合参数测试 学号 姓名 专业 指导教师 院（系、所） 年月日
一、实验内容： 测量电池光生伏特效应的光谱特性并分析影响光伏效应的种种因素。测试AM1.5、稍小光强下的自制电池的I-V特性以及暗特性；完成实验并计算6个重要参数；并分析讨论实验现象。 二、实验仪器： 分光光度计7520型、恒温样品台、I-V测试仪、函数记录仪 三、太阳能电池材料及结构： 1.太阳能电池材料种类 太阳电池的材料种类繁多，可以有非晶硅、多晶硅、CdTe、CuInxGa（1-x）Se2等半导体的、或三五族、二六族的元素链结的材料等。 第一代太阳能电池发展最长久，技术也最成熟。种类可分为单晶硅（Monocrystalline Silicon）、多晶硅（Polycrystalline Silicon）、非晶硅（Amorphous Silicon）。以应用来说是以前两者单晶硅与多晶硅为大宗，也因应不同设计的需求需要用到不同材料（例：对光波长的吸收、成本、面积......等等）。第二代薄膜太阳能电池以薄膜制程来制造电池，种类可分为碲化镉（Cadmium Telluride CdTe）、铜铟硒化物（Copper Indium Selenide CIS）、铜铟镓硒化物（Copper Indium Gallium Selenide CIGS）、砷化镓。第三代电池与前代电池最大的不同是制程中导入有机物和纳米科技。种类有光化学太阳能电池、染料光敏化太阳能电池、高分子太阳能电池、纳米结晶太阳能电池。第四代则针对电池吸收光的薄膜做出多层结构。某种电池制造技术，并非仅能制造一种类型的电池，例如在多晶硅制程，既可制造出硅晶版类型，也可以制造薄膜类型。 2.太阳能电池的基本结构 光生伏特效应简称光伏效应，它是半导体PN结的基本光学性质之一。光伏效应不仅存在于PN结中，而且还存在于所有含有内建电势的两种固体材料的界面中。如金属-半导体接触的肖特基势垒也有此效应。对于浅结二极管，当光线垂直于结面照射时，光子进入半导体内，能量大于半导体禁带宽度的光子因本征吸收而产生电子-空穴对（见图1c）。势垒区外一个扩散长度内的光生少子受PN结内建电场的作用均被扫到对边，在n区和p区分别形成电子和空穴的积累，产生一光生电动势。此光生电动势又给PN结以正向偏压，使PN结的势垒降低。于是，
染料敏化太阳能电池光谱响应测量系统的设计及准确测量
染料敏化太阳能电池光谱响应测量系统的设计及准确测量 李春辉，郭晓枝，罗艳红，李冬梅，孟庆波* 中国科学院物理研究所，北京中关村南三街8号，100190 *Email: qbmeng@https://www.360docs.net/doc/6314995462.html, 光谱响应（IPCE）是表征太阳能电池性能的一个重要参数，IPCE的准确测量有助于理解电池内部电流的产生、收集和复合机理等。但是由于一些新型太阳能电池的响应时间比较慢，传统的用于p-n结太阳能电池IPCE测量的方法和条件不再适用[1-3]。我们研究室自主设计并搭建了集成直流法（DC）、准交流法（AC-a）及交流法（AC-b）三种方法的IPCE测量系统，整个测量过程可以自动控制、实时显示，普遍适用于包括硅基太阳能电池、染料敏化太阳能电池（DSCs）、有机太阳能电池等在内的各种太阳能电池的IPCE及光电流时间响应的测量。通过不同测量方法和光照条件对DSCs-IPCE测量结果的影响进行了系统研究，我们发现调制频率和背景光对交流法（使用锁相放大器）IPCE的测量的准确性有很大影响。响应时间和短路电流的测量结果表明，这种影响的根本原因在于DSCs对光的响应速度比较慢。通过系统的测量、比较，进一步详细地分析了影响IPCE测量准确性的因素，以及如何才能得到准确、可靠的IPCE测量结果[4,5]。 关键词：光谱响应；染料敏化太阳能电池；仪器搭建；响应时间；短路光电流密度 参考文献 [1] ASTM, 2007 Nuclear Energy (II), Solar and Geothermal Energy, ASTM Vol. 12.02, E1021-06. [2] ASTM, 2007 Nuclear Energy (II), Solar and Geothermal Energy, ASTM Vol. 12.02, E1328-05. [3] Emery, K. in Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, edited by Luque A. and Hegedus S. (Wiley, Chichester, 2003), Chap. 16. [4] Guo, X.; Luo, Y.; Zhang, Y.; Huang, X.; Li, D.; Meng, Q. B., Rev. Sci. Instrum. 2010, 81 (10), 103106 [5] Guo, X.; Luo, Y.; Li, C.; Qin, D.; Li, D,; Meng, Q. B.; Current Appl. Phys. doi:10.1016/j.cap.2011.03.060 Study on the accurate measurement of the incident photon-to-electron conversion efficiency for dye-sensitized solar cells by home-made setup Chunhui Li, Xiaozhi Guo, Yanhong Luo, Dongmei Li, Qingbo Meng* Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, 100190, Beijing, P. R. China An experimental setup is built for the measurement of monochromatic incident photon-to-electron conversion ef?ciency (IPCE) of solar cells. With this setup, three kinds of IPCE measuring methods as well as the convenient switching between them are achieved. Using this setup, IPCE results of dye-sensitized solar cells (DSCs) are determined and compared under different illumination conditions with each method. It is found that the IPCE values measured by AC method involving the lock-in technique are sincerely in?uenced by modulation frequency and bias illumination. Measurements of the response time and waveform of short-circuit current have revealed that this effect can be explained by the slow response of DSCs. We analysed in detail the factors that affect the IPCE measurement and how to get accurate IPCE results by elaborate comparison.
晶体硅太阳能电池
晶体硅太阳能电池 专业班级：机械设计制造及其自动化13秋姓名：张正红 学号： 1334001250324 报告时间： 2015年12月
晶体硅太阳能电池 摘要：人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力，能源己经成为越来越值得关注的社会与环境问题。人们开始急切地寻找其他的能源物质，而光能、风能、海洋能以及生物质能这些可再生能源无疑越来越受到人们的关注。光伏技术也便随之形成并快速地发展了起来，因此近年来，光伏市场也得到了快速发展并取得可喜的成就。本文主要就晶体硅太阳能电池发电原理及关键材料进行介绍，并对晶体硅太阳能电池及其关键材料的市场发展方向进行了展望。 关键词：太阳能电池；工作原理；晶体硅；特点；发展趋势 前言 “开发太阳能，造福全人类”人类这一美好的愿景随着硅材料技术、半导体工业装备制造技术以及光伏电池关键制造工艺技术的不断获得突破而离我们的现实生活越来越近！近20年来，光伏科学家与光伏电池制造工艺技术人员的研究成果已经使太阳能光伏发电成本从最初的几美元/KWh减少到低于20美分/KWh。而这一趋势通过研发更新的工艺技术、开发更先进的配套装备、更廉价的光伏电子材料以及新型高效太阳能电池结构，太阳能光伏（PV）发电成本将会进一步降低，到本世纪中叶将降至4美分/KWh，优于传统的发电费用。 大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。通过降低峰瓦电池的硅材料成本，通过提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本，通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本，通过合理的机制建立优秀的技术团队、避免人才的不合理流动、充分保证技术上的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在！ 一、晶体硅太阳能电池工作原理 太阳能电池是一种把光能转换成电能的能量转换器，太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。
硅太阳能电池的结构及工作原理
一.引言： 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。 全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19％，整个市场产值已正式突破100亿美元大关。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。 中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。 目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。 中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。 太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总 绿色环保节能太阳能 能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显
太阳能电池设计参考
ln( L 1) Solar Cell 基础知识： 不论是一般的化学电池还是太阳能电池,其输出特性一般都是用如下图所示的电流-电压曲线来表 示.由光电池的伏安特性曲线,可以得到描述太阳能电池的四个输出参数. 图 9.1 太阳电池和锰干电池的 IV 曲线 ① 开路电压 V oc R=∞,I=0,即:IL=IF.将 I=0 代入光电池的电流电压方程,得开路电压为: k T q I I S (9.1) ② 短路电流 Isc 如将 pn 结短路（V=0）,因而 IF=0,这时所得的电流为短路电流 Isc.显然,短路电流 等于光生电流,即:Isc=IL. ③ 填充因子 FF 它表示了最大输出功率点所对应的矩形面积在 V oc 和 Isc 所组成的矩形面积中所占的百分比. 特性好的太阳能电池就是能获得较大功率输出的太阳能电池,也就是 Voc,Isc 和 FF 乘积较大的电池. 对于有合适效率的电池,该值应在 0.70-0.85 范围之内. 9-2 其值越大表示太阳能电池的输出功率越大.FF 的值始终小于 l.FF 可由下列经验公式给出:
1
ln （） (9.2) 式中VOC 是归一化的开路电压,即UOC/(nKT/q).当VOC>15 时,该公式的精度可达4 位有效数字.实际上,由于受串联电阻和并联电阻的影响,实际太阳能电池填充因子的值要低于上式所给出的理想 值. ④能量转化效率η 它表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能. η=（太阳能电池的输出功率/入射的太阳光功率)×100% =（VOPIOP/PinS）×100% = VOC I SC FF Pin S (9.3) Example 1: 单晶硅太阳能电池 在本例中,将首先用ATHENA 模拟的是晶体硅太阳能电池的结构(pn 结),接着用A TLAS 模拟太阳能 电池的一些基本性质:V oc、Isc、光谱反应及考虑增加增透膜后对光谱反应的影响. 在太阳能电池的模拟实验中,将考虑到外部光源的影响.因此,模拟中将用到BEAM 语句. 例1:单色光 beam num=1 wavelength=0.6 x=0.5 y=-2.0 ang=90.0 min=-0.1 max=0.1 \ Min.power=0.05 该语句定义了一传输角度为90 度、波长为0.6μm 的单色光,其起始坐标为(0.6,-0.5).当光强降至初 始光功率的5%时传输终止.(入射光线图如图10.3) 例2:多光谱光线 beam num=2 x=0.0 y=-1.0 ang=45.0 power.file=source.spc wavel.start=0.4 \ wavel.end=0.6 wave.num=4 该语句定义一起始于(0.0,-1.0)、入射角度为45 度的多光谱光线.该光线由光谱文件soure.spc 引入, 波长范围为0.4μm 至0.6μm. 图9.3 入射光线图 此外,本实验还将用到增透膜(或称减反射膜,anti–reflection coating).INTERFACE 语句可用来 2
太阳能电池光谱响应测量系统介绍
太阳能电池量子效率/光谱响应/IPCE测试系统，适用于普通高校与研究所等高端实验室。独特的直流测量模式，可以测试几乎所有类型的太阳能电池，特别适合用于测量染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cell, DSSC）和光电化学电池（Photoelectrochemical cell, PEC）,以及钙钛矿结构电池 (Perovskite)。 ◆测量范围350 ~ 1100 nm，满足近紫外，可见光，近红外波段的全光谱测量。 ◆光源系统光谱平滑，无毛刺，在可见光和近红外范围比传统氙灯更准确。 ◆高强度单色光单位光强，测量重复性高于99%。 ◆直流测量模式 (DC Mode)，比传统交流测量模式速度更快。 ◆直流测量模式加直流偏置光测量优化。 ◆低杂散光暗箱，提高直流测量准确性。 ◆EQE和IQE同点原位测试。 ◆量子效率/光谱响应/IPCE ◆各种光谱短路电流密度计算Jsc ◆染料敏化电池 DSSC ◆光电化学电池 PEC, RC cell ◆钙钛矿电池 Perovskite ◆晶硅电池 c-Si, mc-Si ◆薄膜电池 a-Si,CdTe, CIGS, OPV 图1-2 HIT结构电池测试结果图1-1 各式薄膜电池测试结果 ◆内量子效率测量 ◆反射率，透射率测量 ◆光电输出衰减测量 ◆电解池样品测量 系统其他功能 太阳能电池光谱响应测量系统介绍 (特别适用于钙钛矿与染料敏化电池测量)系统特点 系统应用 系统主要功能
图2 XQ灯源光谱平滑，在800 ~ 1000 nm没有特征 峰，比传统Xe灯更加稳定，在可见光和近红外范围 比传统氙灯更准确 图3-1 出色的电子电路设计和优化，滤除直流偏置光 产生的噪音信号，使得样品可以在有偏置光的情况 下进行直流测量。DSSC电池在不加偏置光情况下测 量结果和加偏置光的结果完全吻合。证明偏置光对 小信号的读取测量没有影响 图3-2 优异的测试重复性和设备稳定性，碲化镉电池 实测重复性优于99.5% 图4 对于钙钛矿电池等一些多缺陷样品，需要非常强 的单位面积单色光强才能测量出准确的结果。特殊的 光学光路设计有效提高单色光的单位面积光强，使测 量结果更加准确稳定 QE-mini Perovskite/DSSC Solar Cell Spectral Response Measurement System 图1-3 钙钛矿结构电池在DC模式下测量更准确
几种商业化的高效晶体硅太阳能电池技术
高效晶体硅太阳能电池技术 摘要：晶体硅太阳能电池是目前应用技术最成熟、市场占有率最高的太阳能电池。本文在解释常规太阳能电池能量损失机理的基础上，介绍了可应用于商业化生产的高效晶体硅太阳能电池技术及其工艺流程，并对每种电池技术的优、缺点及工艺难度进行了评价。 关键词：晶体硅电池；高效电池；商业化 1 引言 能源是一个国家经济和社会发展的基础. 目前广泛使用的石油、天然气、煤炭等化石能源面临着严峻的挑战. 2005年2 月我国通过了《中华人民共和国可再生能源法》,从立法角度推进可再生能源的开发和利用,这是解决我国能源与环境、实现可持续发展的重要战略决策。 不论从资源的数量、分布的普遍性,还是从清洁性、技术的可靠成熟性来说,太阳能在可再生能源中都具有更大的优越性,光伏发电已成为可再生能源利用的首要方式。而晶硅太阳电池一直占据着光伏市场的最大份额. 与其它的可再生能源一样,目前要使之从补充能源过渡到替代能源,太阳电池光伏发电推广的最大制约因素仍然是发电成本。围绕着降低生产成本的目标,以高效电池获取更多的能量来代替低效电池一直是科学研究的的热门[1]. 近年来 高效单晶硅太阳能电池研究已取得巨大成就，在美国、德国和日本,高效太阳能电池研究正如火如荼，特别是美国，商品化高效电池的转换效率已超过20%。 . 2 硅太阳能电池能量损失机理 目前研究成果表面，影响晶体硅太阳能电池转换效率的原因主要来自两个方面：①光学损失. 包括电池前表面反射损失、接触栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失,其中反射和阴影损失是可以通过技术措施减小的,而长波非吸收损失与半导体性质有关；②电学损失. 它包括半导体表面及体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻以及金属-半导体接触（欧姆接触）电阻损失. 相对而言,欧姆损失在技术上比较容易降低,其中最关键的是降低光生载流子的复合,它直接影响太阳电池的开路电压。而提高电池效率的关键之一就是提高开路电压V oc。光生载流子的复合主要是由于高浓度的扩散层在前表面引入了大量的复合中心。此外,当少数载流子的扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片厚度时,背表面的复合速度S b 对太阳电池特性的影响也很明显。而从商业太阳电池来看,为了降低太阳电池的成本和提高效率,现在生产厂家也在不断地减小硅片的厚度,以降低原材料的价格.因此必须有减少前、背两个表面的光生载流子复合的结构和措施. 3 高效晶体硅太阳能电池技术 3.1 背接触电池IBC/MWT/EWT （1）IBC电池（PCC电池） 背接触电池是由Sunpower公司开发的高效电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背面，量产效率可达19%～20%。 这种把正面金属栅线去掉的电池结构有很多优点[2]：（1）减少正面遮光损失，相当于增加了有效半导体面积，有利于增加电池效率；（2）有可能大大降低组件装配成本，因为全部外部接触均在单一表面上；（3）从建造结构的观点看来提供了增值，因为汇流条和焊线串接存在引起的视觉不适被组件背面所替代。
光谱响应解读
太阳能电池的光谱灵敏度是短路光谱电流密度与光谱福照度的比值 光谱响应 (1)指光阴极量子效率与入射波长之间的关系. (2)光谱响应表示不同波长的光子产生电子-空穴对的能力。定量地说，太阳电池的光谱响应就是当某一波长的光照射在电池表面上时，每一光子平均所能收集到的载流子数。太阳电池的光谱响应又分为绝对光谱响应和相对光谱响应。各种波长的单位辐射光能或对应的光子入射到太阳电池上，将产生不同的短路电流，按波长的分布求得其对应的短路电流变化曲线称为太阳电池的绝对光谱响应。如果每一波长以一定等量的辐射光能或等光子数入射到太阳电池上，所产生的短路电流与其中最大短路电流比较，按波长的分布求得其比值变化曲线，这就是该太阳电池的相对光谱响应。但是，无论是绝对还是相对光谱响应，光谱响应曲线峰值越高，越平坦，对应电池的短路电流密度就越大，效率也越高。 (3)太阳电池并不能把任何一种光都同样地转换成电。例如：通常红光转变为电的比例与蓝光转变为电的比例是不同的。由于光的颜色（波长）不同，转变为电的比例也不同，这种特性称为光谱响应特性。光谱响应特性的测量是用一定强度的单色光照射太阳电池，测量此时电池的短路电流，然后依次改变单色光的波长，再重复测量以得到在各个波长下的短路电流，即反映了电池的光谱响应特性。 (4)光谱响应特性与太阳电池的应用：从太阳电池的应用角度来说，太阳电池的光谱响应特性与光源的辐射光谱特性相匹配是非常重要的，这样可以更充分地利用光能和提高太阳电池的光电转换效率。例如，有的电池在太阳光照射下能确定转换效率，但在荧光灯这样的室内光源下就无法得到有效的光电转换。不同的太阳电池与不同的光源的匹配程度是不一样的。而光强和光谱的不同，会引起太阳能电池输出的变动。[1] 什么是光谱响应 悬赏分：0 | 解决时间：2010-11-4 00:08 | 提问者：匿名 什么是光谱响应 最佳答案 光谱响应指光阴极量子效率与入射波长之间的关系 光谱响应表示不同波长的光子产生电子-空穴对的能力。定量地说，太阳电池的光谱响应就是当某一波长的光照射在电池表面上时，每一光子平均所能收集到的载流子数。太阳电池的光谱响应又分为绝对光谱响应和相对光谱响应。各种波长的单位辐射光能或对应的光子入射到太阳电池上，将产生不同的短路电流，按波长的分布求得其对应的短路电流变化曲线称为太阳电池的绝对光谱响应。如果每一波长以一定等量的辐射光能或等光子数入射到太阳电池上，所产生的短路电流与其中最大短路电流比较，按波长的分布求得其比值变化曲线，这就是该太阳电池的相对光谱响应。但是，无论是绝对还是相对光谱响应，光谱响应曲线峰值越高，越平坦，对应电池的短路电流密度就越大，效率也越高。
晶硅太阳能电池的特点和种类
晶体硅太阳能电池的种类及特点 太阳能电池已经有30多年的发展历史。目前世界各国研制的硅太阳能电池种类繁多，；主要系列有单晶、多晶、非晶硅几种。其中单晶硅太阳能电池占50％，多晶硅电池占20％、非晶占30％。我国光伏发电发展需解决的关键问题。太阳能光伏发电发展的瓶颈 是成本高。为此，需加大研发力度，集中在降低成本和提高效率的关键技术上有所突破，主要包括：a)晶体硅电池技术。降低太阳硅材料的制备成本：开发专门用于晶体硅太阳 能电池的硅材料，是生产高效和低成本太阳电池的基本条件；同时实现硅材料国产化和 提高性能，从产业链的源头，抓好降低成本工作。提高电池／组件转换效率：高效钝化 技术，高效陷光技术，选择性发射区，背表面场，细栅或者单面技术，封装材料的最佳 折射率等高效封装技术等。光伏技术的发展以薄膜电池为方向，高效率、高稳定性、低 成本是光伏电池发展的基本原则。 单晶硅在太阳能的有效利用当中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，也是最具 活力的研究领域。而硅材料太阳能电池无疑是市场的主体，硅基(多晶硅、单晶硅)太阳 能电池占80％以上，每年全世界需消费硅材料3000t左右。生产太阳能电池用单晶硅， 虽然利润比较低，但是市场需求量大，供不应求，如果进行规模化生产，其利润仍然很 可观。目前，中国拟建和在建的太阳能电池生产线每年将需要680多吨的太阳能电池用 多晶硅和单晶硅材料，其中单晶硅400多吨，而且，需求量还以每年15％～20％的增长 率快速增长。硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池在实验室里最高的转换效率为23％，而规模生产的单晶硅太阳能电池，其效率为15％，技术也最为成熟。高性能单晶 硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成熟的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅 的电池工艺已近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂 等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率 主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳 能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制 成倒金字塔结构。通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得 的电池转化效率超过23％。单晶硅具有完整的金刚石结构。通过掺杂得到n，P型单晶硅，进而制备出p／n结、二极管及晶体管，从而使硅材料有了真正的用途。单晶硅太阳能电 池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶 硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度 降低其成本是非常困难的。 多晶硅众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但 目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光 电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标，从目前国际太阳电池的发展过 程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料(包括微晶硅基薄膜、化合 1
高效晶体硅太阳能电池介绍
高效晶体硅太阳电池简介（1） PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究 的高效电池。它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％[26]。由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。为了尽可能降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。另外，在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。 为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。这种想法早已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。后来在实验过程中发现采用液态源BBr3进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小，并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。1990年在PERC结构和工艺的基础上，J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示[27]。定域掺硼的温度为900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，2 h）。经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 μm，大大减少了横
向电阻。如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。 1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。这种PERL电池取得高效的原因是[28]：（1）正面采光面为倒金字塔结构，结合背电极反射器，形成了优异的光陷阱结构；（2）在正面上蒸镀了MgF2/ZnS双层减反射膜，进一步降低了表面反射；（3）正面与背面的氧化层均采用TCA工艺（三氯乙烯工艺）生长高质量的氧化层，降低了表面复合；（4）为了和双层减反射膜很好配合，正面氧化硅层要求很薄，但是随着氧化层的减薄，电池的开路电压和短路电流又会降低。为了解决这个矛盾，相对于以前的研究，增加了“alneal”工艺，即在正面的氧化层上蒸镀铝膜，然后在370 ℃的合成气氛中退火30 min，最后用磷酸腐蚀掉这层铝膜。经过“alneal”工艺后，载流子寿命和开路电压都得到较大提高，而与正面氧化层的厚度关系不大。这种工艺的原理是，在一定温度下，铝和氧化物中OH-离子发生反应产生了原子氢，在Si/SiO2的界面处对一些悬挂键进行钝化。（5）电池的背电场通过定域掺杂形成，掺杂的温度和时间至关重要，对实现定域掺杂的接触孔的设计也非常重要，因为这关系到能否在整个背面形成背电场以及体串联电阻的大小。在这个电池中浓硼扩散区面积为30 μm×30 μm，接触孔的面积为10 μm ×10 μm，孔间距为250 μm，浓硼扩散区的面积仅占背面积的1.44%。定域扩散
晶体硅太阳能电池依然是主流
未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜太阳能电池的发展等原因而下降，但其主导地位仍不会根本改变；而薄膜电池如果能够解决转换效率不高，制备薄膜电池所用设备价格昂贵等问题，会有巨大的发展空间。 目前太阳能电池主要包括晶体硅电池和薄膜电池两种，它们各自的特点决定了它们在不同应用中拥有不可替代的地位。但是，专家认为，未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜太阳能电池的发展等原因而下降，但其主导地位仍不会根本改变；而薄膜电池如果能够解决转换效率不高、制备薄膜电池所用设备价格昂贵等问题，会有巨大的发展空间。晶体硅太阳能电池依然是主力 在太阳能光伏领域，晶体硅太阳能电池的转换效率较高，原材料来源简单，因此虽然薄膜太阳能电池迅速崛起，但晶体硅太阳能电池目前仍是太阳能电池行业的主力。在2007年全球前十大太阳能电池生产商中，有9家是以生产晶体硅太阳能电池为主的。 据应用材料公司提供的PV（光伏）产业预测，尽管多晶硅太阳能电池技术相对市场占有率有下降趋势(即2007年45%，2010年40%，2015年37%)，但总体上多晶硅太阳能电池年增长率在以40%—50%的速度发展，未来市场相当可观。 硅是自然界存量最多的元素之一，硅材料来源广泛、价格低廉且容易获得，大生产制造技术成熟，电池制造成本持续下降，业内专家预计，未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜电池的发展等原因而下降，但主导地位仍不会根本改变。而随着太阳能电池尺寸的加大，多晶硅太阳能电池制造技术的成熟，其转换效率和单晶硅电池的差距越来越小，制造成本优势逐渐显现，所占份额也会不断提高。以高纯多晶硅为原料而制备的晶硅电池占据现有太阳能电池80%以上的市场，由于其原料易于制备，电池制备工艺最为成熟，在硅系太阳能电池中转换效率最高，无论其原料还是产品都对人类无毒无害等优点而获得了广泛的开发和应用。预计在未来的20年～30年里还不可能有其他材料和技术能取代晶硅电池位居第一的地位。 多晶硅产能扩大成本降低 多晶硅太阳能电池之所以占据主流，除取决于此类电池的优异性能外，还在于其充足、廉价、无毒、无污染的硅原料来源，而近年来多晶硅成本的降低更将使多晶硅太阳能电池大行其道。 随着硅太阳能商业化电池效率不断提高、商业化电池硅片厚度持续降低和规模效应等影响，硅太阳能成本仍在降低，规模每扩大1倍，成本降低约20%。
几种商业化的高效晶体硅太阳能电池技术
几种商业化的高效晶体硅太阳能电池技术 摘要：晶体硅太阳能电池是目前应用技术最成熟、市场占有率最高的太阳能电池。本文在解释常规太阳能电池能量损失机理的基础上，介绍了可应用于商业化生产的高效晶体硅太阳能电池技术及其工艺流程，并对每种电池技术的优、缺点及工艺难度进行了评价。 关键词：晶体硅电池；高效电池；商业化 1 引言 能源是一个国家经济和社会发展的基础. 目前广泛使用的石油、天然气、煤炭等化石能源面临着严峻的挑战. 2005年2 月我国通过了《中华人民共和国可再生能源法》,从立法角度推进可再生能源的开发和利用,这是解决我国能源与环境、实现可持续发展的重要战略决策。 不论从资源的数量、分布的普遍性,还是从清洁性、技术的可靠成熟性来说,太阳能在可再生能源中都具有更大的优越性,光伏发电已成为可再生能源利用的首要方式。而晶硅太阳电池一直占据着光伏市场的最大份额. 与其它的可再生能源一样,目前要使之从补充能源过渡到替代能源,太阳电池光伏发电推广的最大制约因素仍然是发电成本。围绕着降低生产成本的目标,以高效电池获取更多的能量来代替低效电池一直是科学研究的的热门[1]. 近年来 高效单晶硅太阳能电池研究已取得巨大成就，在美国、德国和日本,高效太阳能电池研究正如火如荼，特别是美国，商品化高效电池的转换效率已超过20%。 . 2 硅太阳能电池能量损失机理 目前研究成果表面，影响晶体硅太阳能电池转换效率的原因主要来自两个方面：①光学损失. 包括电池前表面反射损失、接触栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失,其中反射和阴影损失是可以通过技术措施减小的,而长波非吸收损失与半导体性质有关；②电学损失. 它包括半导体表面及体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻以及金属-半导体接触（欧姆接触）电阻损失. 相对而言,欧姆损失在技术上比较容易降低,其中最关键的是降低光生载流子的复合,它直接影响太阳电池的开路电压。而提高电池效率的关键之一就是提高开路电压V oc。光生载流子的复合主要是由于高浓度的扩散层在前表面引入了大量的复合中心。此外,当少数载流子的扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片厚度时,背表面的复合速度S b 对太阳电池特性的影响也很明显。而从商业太阳电池来看,为了降低太阳电池的成本和提高效率,现在生产厂家也在不断地减小硅片的厚度,以降低原材料的价格.因此必须有减少前、背两个表面的光生载流子复合的结构和措施. 3 高效晶体硅太阳能电池技术 3.1 背接触电池IBC/MWT/EWT （1）IBC电池（PCC电池） 背接触电池是由Sunpower公司开发的高效电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背面，量产效率可达19%～20%。 这种把正面金属栅线去掉的电池结构有很多优点[2]：（1）减少正面遮光损失，相当于增加了有效半导体面积，有利于增加电池效率；（2）有可能大大降低组件装配成本，因为全部外部接触均在单一表面上；（3）从建造结构的观点看来提供了增值，因为汇流条和焊线串接存在引起的视觉不适被组件背面所替代。
太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率
太阳能电池板 太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率. 1.效率越大,相同面积的太阳能电池板输出功率也就越大, 用高效率的太阳能电池板可以节省安装面积, 但是价格更贵. 2.太阳能电池的功率, 在太阳能电池板的背面标牌中, 有关于太阳能电池板的输出参数, 如VOC开路电压,ISC短路电流,VMP工作电压,IMP工作电流, 等. 但我们只需要用工作电压和工作电流就可以了, 这两个相乘就可以得这块太阳能电池板的输出功率. 太阳能电池板介绍：采用高质量单晶/多晶硅材料,经精密设备树脂封装生产出来的太阳能板,有良好的光电转换效果,外形美观,使用寿命长。 太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一。 太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在相 同光照条件下的输出功率也越大。 2.太阳能电池板的种类 (1)单晶硅太阳能电池 目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。 (2)多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。 ：
太阳能电池的暗伏安特性与光谱特性实验
四、太阳能光伏电池暗伏安特性与光谱特性实验 1.实验目的 1.了解太阳能光伏电池暗伏安特性 2.了解太阳能光伏电池光谱特性 3.掌握太阳能光伏电池的暗伏安特性曲线绘制 2.实验原理 （1）光伏电池暗伏安特性 光伏电池暗伏安特性是指无光照射时，流经太阳能电池的电流与外加电压之间的关系。太阳能电池的基本结构是一个大面积平面P-N结，单个太阳能电池单元的P-N结面积已远大于普通的二极管。在实际应用中，为得到所需的输出电流，通常将若干电池单元并联。为得到所需输出电压，通常将若干已并联的电池组串连。因此，它的伏安特性虽类似于普通二极管，但取决于太阳能电池的材料，结构及组成组件时的串并连关系。 （2）光伏电池光谱特性 太阳能电池的光谱特性是指太阳能电池随能量相同但波长不同的入射光而变化的关系。在太阳能电池中只有那些能量大于其材料禁带宽度的光子才能在被吸收时在光伏材料中产生电子空穴对，而那些能量小于禁带宽度的光子即使被吸收也不能产生电子空穴对（它们只能是使光伏材料变热）。光伏材料对光的吸收存在一个截止波长。理论分析表明，对太阳光而言，能得到最佳工作性能的光伏材料应有1.5电子伏的禁带宽度，当禁带宽度增加时，被光伏材料吸收的总太阳能就会越来越少。 每种太阳能电池对太阳光都有自己的光谱响应曲线，它表明太阳能电池对不同波长光的灵敏度（光电转换能力）。当日光照到太阳能电池上时，某一种波长的光和该波长的太阳能电池光谱灵敏度，决定该波长的光电流值，而总的光电流值是各个波长光电流值的总和。 3.实验内容与步骤 （1）光伏电池暗伏安特性曲线绘制 1）关闭模拟光源，将挡光板遮住电池组件A，调节直流恒压源电压到零点，用实验导线连结如图2-1所示电路，调节电阻箱的电阻至50欧姆（限流），旋转恒压源电压旋钮，间隔0.5V左右，记录一次电压、电流值。