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

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］Ｋｎｏｂｌｏｃｈ Ｊ，Ｇｌｕｎｚ Ｓ．Ｗ，ＢｉｒｏＤ，ｅｔ ａｌ，Ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ａｂｏｖｅ ２１％ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｆｒｏｍ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ ｇｒｏｗｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ［Ｃ］／／ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔ Ｃｏｎｆ．，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）．
表 1 多晶组件试验数据
表 2 n 型太阳电池组件试验数据
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。
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
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。
关键词：多晶；ｎ 型晶体硅；太阳电池组件；光谱响应
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 Ｓ（ｉ 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 1.2.1 Ｉｓｃ 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
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
阴离子交换树脂装填参数
规格 容积 高径 装填 水分 湿体 树脂层 干重 排空体
（ｍｌ） 比 量（）ｇ （％） 积（ｍ）ｌ 高（ｃｍ） （ｇ） 积（ｍｌ）
Φ２２×１１００ ４１０ ５０ ２３０ ５０．０９ ３１０ ８５ １１４．７９ ２２０
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
关 键 词 ：柠檬酸酸解液；线速度；离子交换；树脂；阴离子
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。
科学实践
常规多晶与高效率 n 型晶体硅Biblioteka 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。