太陽能電池轉換效率受到光吸收
、載流子輸運、載流子收集的限製。對於單晶矽矽太陽能電池，由於上光子帶隙的多餘能量透射給下帶隙的光子，其轉換效率的理論最高值是28%。實際上由於額外的損失太陽能電池的效率很低。隻有通過理解並盡量減少損失才能開發出效率足夠高的太陽能電池。

 

 

太陽能電池轉換效率損失機理

提高太陽能電池的轉換效率是太陽光電產業最重要的課題之一。一般而言太陽能電池效率每提升1%，成本可下降7%，其對於降低成本的效果相當顯著。

 

研究表明，影響晶體矽太陽能電池轉換效率的原因主要來自兩個方麵：

 

1、光學損失，包括電池前表麵反射損失
、接觸柵線的陰影損失以及長波段的非吸收損失。

 

2、電學損失，它包括半導體表麵及體內的光生載流子複合
、半導體和金屬柵線的接觸電阻，以及金屬和半導體的接觸電阻等的損失。

 

 

zheqizhongzuiguanjiandeshijiangdiguangshengzailiuzidefuhe，tazhijieyingxiangtaiyangnengdianchidekailudianya。guangshengzailiuzidefuhezhuyaoshiyouyugaonongdudekuosancengzaiqianbiaomianyinrudaliangdefuhezhongxin。ciwai，dangshaoshuzailiuzidekuosanchangduyuguipiandehouduxiangdanghuochaoguoguipianhoudushi
，beibiaomiandefuhesududuitaiyangnengdianchitexingdeyingxiangyehenmingxian。

 

提高轉換效率方法

 

提高晶矽太陽能電池轉換效率有如下方法：

 

1
、光陷阱結構

 

一般高效單晶矽電池采用化學腐蝕製絨技術，製得絨麵的反射率可達到10％以下。目前較為先進的製絨技術是反應等離子蝕刻技術（RIE）

，該技術的優點是和晶矽的晶向無關，適用於較薄的矽片，通常使用SF6/O2混合氣體
，在蝕刻過程中
，F自由基對矽進行化學蝕刻形成可揮發的SiF4，O自由基形成SixOyFz對側牆進行鈍化處理，形成絨麵結構。目前韓國周星公司應用該技術的設備可製得絨麵反射率低於在2%~20%範圍。

 

2

、減反射膜

 

它(ta)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)是(shi)位(wei)於(yu)介(jie)質(zhi)和(he)電(dian)池(chi)表(biao)麵(mian)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)折(zhe)射(she)率(lv)的(de)膜(mo)，可(ke)以(yi)使(shi)入(ru)射(she)光(guang)產(chan)生(sheng)的(de)各(ge)級(ji)反(fan)射(she)相(xiang)互(hu)間(jian)進(jin)行(xing)幹(gan)涉(she)從(cong)而(er)完(wan)全(quan)抵(di)消(xiao)。單(dan)晶(jing)矽(gui)電(dian)池(chi)一(yi)般(ban)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)TiO2、SiO2
、SnO2、ZnS、MgF2單層或雙層減反射膜。在製好絨麵的電池表麵上蒸鍍減反射膜後可以使反射率降至2％左右。

 

3、鈍化層

 

鈍化工藝可以有效地減弱光生載流子在某些區域的複合。一般高效太陽電池可采用熱氧鈍化
、原子氫鈍化
，或利用磷、硼、lvbiaomiankuosanjinxingdunhua。reyangdunhuashizaidianchidezhengmianhebeimianxingchengyanghuaguimo，keyiyouxiaodizuzhizailiuzizaibiaomianchudefuhe。yuanziqingdunhuashiyinweiguidebiaomianyoudaliangdexuanguajian，zhexiexuanguajianshizailiuzideyouxiaofuhezhongxin，eryuanziqingkeyizhonghexuanguajian，suoyijianruolefuhe。

 

4、增加背場

 

如在P型材料的電池中
，背麵增加一層P+濃摻雜層

，形成P+/P的結構，在P+/P的界麵就產生了一個由P區指向P+的內建電場。由於內建電場所分離出的光生載流子的積累，形成一個以P+端為正，P端為負的光生電壓，這個光生電壓與電池結構本身的PN結兩端的光生電壓極性相同，從而提高了開路電壓Voc。tongshiyouyubeidianchangdecunzai，shiguangshengzailiuzishoudaojiasu
，zheyekeyikanzuoshizengjialezailiuzideyouxiaokuosanchangdu，yinerzengjialezhebufenshaozideshoujijilv，duanludianliuJsc也就得到提高。

 

5
、改善襯底材料

 

選用優質矽材料，如N型矽具有載流子壽命長、製結後硼氧反應小
、電導率好、飽和電流低等。

 

細述幾種高效晶體矽太陽能電池技術

 

PERL 電池

 

PERL（Passivated Emitter and Rear Locally-diffused）電池是鈍化發射極、背麵定域擴散太陽能電池的簡稱。1990年，新南威爾士大學的J.ZHAO在PERC電池結構和工藝的基礎上，在電池背麵的接觸孔處采用了BBr3定域擴散製備出PERL電池。PERL電池效率達到24.7％
，接近理論值。

 

 

PERL電池具有高效率的原因在於：

 

1
、電池正麵采用“倒金字塔”，這種結構受光效果優於絨麵結構，具有很低的反射率，從而提高了電池的JSC.

 

2
、淡磷、濃磷的分區擴散。柵指電極下的濃磷擴散可以減少柵指電極接觸電阻；而受光區域的淡磷擴散能滿足橫向電阻功耗小，且短波響應好的要求
；

 

3、背麵進行定域
、小麵積的硼擴散P+區。這會減少背電極的接觸電阻，又增加了硼背麵場，蒸鋁的背電極本身又是很好的背反射器
，從而進一步提高了電池的轉化效率；

 

4、雙shuang麵mian鈍dun化hua。發fa射she極ji的de表biao麵mian鈍dun化hua降jiang低di表biao麵mian態tai，同tong時shi減jian少shao了le前qian表biao麵mian的de少shao子zi複fu合he。而er背bei麵mian鈍dun化hua使shi反fan向xiang飽bao和he電dian流liu密mi度du下xia降jiang
，同tong時shi光guang譜pu響xiang應ying也ye得de到dao改gai善shan；但是這種電池的製造過程相當繁瑣，其中涉及到好幾道光刻工藝
，所以不是一個低成本的生產工藝中。

 

HIT 電池

 

HIT 電池是異質結( hetero-junction with intrinsic thin-layer , HIT) 太陽能電池的簡稱。電池製作過程大致為：利用PECVD在表麵織構化後的n型CZ-Si片的正麵沉積很薄的本征α-Si:H層和p型α-Si:H，然後在矽片的背麵沉積薄的本征α-Si:H層和n型α-Si:H層；利用濺射技術在電池的兩麵沉積透明氧化物導電薄膜（TCO），用絲網印刷的方法在TCO上製作Ag電極。值得注意的是所有的製作過程都是在低於200 ℃的條件下進行，這對保證電池的優異性能和節省能耗具有重要的意義。

 

 

HIT電池具有高效的原理是：

 

1、全部製作工藝都是在低溫下完成，有效地保護載流子壽命
；

 

2、雙麵製結
，可以充分利用背麵光線

；

 

3、表麵的非晶矽層對光線有非常好的吸收特性；

 

4、采用的n型矽片其載流子壽命很大，遠大於p型矽
，並且由於矽片較薄，有利於載流子擴散穿過襯底被電極收集；

 

5、織構化的矽片對太陽光的反射降低；

 

6、利用PECVD在矽片上沉積非晶矽薄膜過程中產生的原子氫對其界麵進行鈍化，這是該電池取得高效的重要原因。

 

IBC 電池

 

IBC 電池是背電極接觸( Interdigitated Back-contact )矽太陽能電池的簡稱。其特點是正麵無柵狀電極

，正負極交叉排列在背後。這種把正麵金屬柵極去掉的電池結構有很多優點：1、減少正麵遮光損失


，相當於增加了有效半導體麵積；2、組件裝配成本降低；3、外觀好。

 

由於光生載流子需要穿透整個電池，被電池背表麵的PN節所收集，故IBC電池需要載流子壽命較高的矽晶片，一般采用N型FZ單晶矽作為襯底；正麵采用二氧化矽或氧化矽/氮化矽複合膜與N+層結合作為前表麵電場
，並製成絨麵結構以抗反射。背麵利用擴散法做成P+和N+交(jiao)錯(cuo)間(jian)隔(ge)的(de)交(jiao)叉(cha)式(shi)接(jie)麵(mian)，並(bing)通(tong)過(guo)氧(yang)化(hua)矽(gui)上(shang)開(kai)金(jin)屬(shu)接(jie)觸(chu)孔(kong)
，實(shi)現(xian)電(dian)極(ji)與(yu)發(fa)射(she)區(qu)或(huo)基(ji)區(qu)的(de)接(jie)觸(chu)。交(jiao)叉(cha)排(pai)布(bu)的(de)發(fa)射(she)區(qu)與(yu)基(ji)區(qu)電(dian)極(ji)幾(ji)乎(hu)覆(fu)蓋(gai)了(le)背(bei)表(biao)麵(mian)的(de)大(da)部(bu)分(fen)，十(shi)分(fen)有(you)利(li)於(yu)電(dian)流(liu)的(de)引(yin)出(chu)。

 

 

這種背電極的設計實現了電池正麵“零遮擋”，增加了光的吸收和利用。但製作流程也十分複雜，工藝中的難點包括P+擴散
、金屬電極下重擴散以及激光燒結等。

 

MWT 電池

 

MWT 電池是金屬穿孔卷繞（metallization wrap-through, MWT）矽太陽能電池的簡稱。該技術應用P型多晶矽，通過激光鑽孔將電池正麵收集的能量穿過電池轉移至電池的背麵。這種方法使每塊電池的輸出效率提高了2%

，再與電池組件相連接，所得的輸出效率能提高9%。

 

 

在MWT器件中，工藝的難點包括：激光打孔和劃槽隔絕的對準及重複性、孔的大小及形狀的控製
、激光及矽襯底造成的損傷及孔內金屬的填充等。一般MWT每塊矽片需要鑽約200個通孔

 

EWT 電池

 

EWT 電池是發射極環繞穿通（emitter-wrap-through
，EWT）矽太陽能電池的簡稱。與MWT電池不同的是，在EWT電池中
，傳遞功率的柵線也被轉移至背麵。與MWT電池類似，EWT電池也是通過在電池上鑽微型孔來連接上
、下表麵。相比MWT電池的每塊矽片約200個通孔，EWT電池每塊矽片大約有2萬個這種通孔
，故激光鑽孔成為唯一可滿足商業規模速度的工藝。

 

 

EWTdianchiyouyuzhengmianmeiyouzhaxianhedianji
，shimozuzhuangpeigengweijianbian
，tongshiyouyubimianlezheguangsunshiqieshixianleshuangmianshoujizailiuzi
，shiguangshengdianliuyoudafududetigao。yongyugongyehuadamianjiguipiandeEWT電池工藝多采用絲網印刷和激光技術

，並對矽片質量具有一定的要求，這為EWT電池工藝技術提出諸多的要求，比如無損傷激光切割的實現、絲網印刷對電極形狀的限製、孔內金屬的填充深度以及發射極串聯電阻的優化等。利用這種新型幾何結構生產出來的早期電池獲得了超過17%的效率。

 

激光刻槽埋柵電池

 

由UNSWkaifadejiguangkecaomaizhajijishu
，shiliyongjiguangjishuzaiguibiaomianshangkecao，ranhoumairujinshu，yiqidaoqianbiaomiandianjiechuzhajidezuoyong。fashejiekuosanhou
，yongjiguangzaiqianmiankechu20μm寬
、40μm深的溝槽，將槽清洗後進行濃磷擴散
，然後槽內鍍出金屬電極。電極位於電池內部，減少了柵線的遮蔽麵積，使電池效率達到19.6%。

 

與傳統工藝的前表麵鍍敷金屬層相比，這種電池具有的優點是：柵電極遮光率小、dianliumidugao
，maizhadianjishenruguichendineibukezengjiaduijiquguangshengdianzideshouji，nonglinkuosanjiangdinonglinqudianzugonghaohezhazhidianjiyuchendidejiechudianzugonghao，tigaoledianchidekailudianyadeng。

 

 

這種電池既保留了高效電池的特點
，又省去了高效電池製作中的一些複雜的工藝，很適合利用低成本、大麵積的矽片進行大規模生產。

 

OECO 電池

 

OECO 電池是傾斜蒸發金屬接觸（Obliquely evaporated contact
，OECO）矽太陽能電池的簡稱。與其他高效電池相比
，具有結構設計新穎、製作簡單
、電極原料無損耗、成本低廉和適合大批量生產等優點。OECO電池結構基於金屬－絕緣體－半導體（MIS）接觸，利用表麵溝槽形貌的遮掩在極薄的氧化隧道層上傾斜蒸鍍低成本的Al作為電極
，無需光刻
、電極燒穿、電極下重摻雜和高溫工藝即可形成高質量的接觸，並且一次性可蒸鍍大批量的電池電極。更為重要的是當這種電池製作麵積從4 cm2擴大到100 cm2時，效率也隻是從21.1％略微降到20％
，仍然屬於高效範圍，所以這種結構的電池更適宜於工藝生產。

 

 

 

OECO結構示意圖如所示，電池的表麵由許多排列整齊的方形溝槽組成
，淺發射極n+位於矽片的上表麵，在其上有一極薄的氧化隧道層
，Al電極傾斜蒸鍍於溝槽的側麵

，然後利用PECVD蒸鍍氮化矽作為鈍化層和減反射膜

 

OECO電池有以下特點：（1）電極是蒸鍍在溝槽的側麵，有利於提高短路電流
；（2）優異的MIS結構設計，可以獲得很高的開路電壓和填充因子；（3）高質量的蒸鍍電極接觸；（4）不受接觸特性限製的可以被最優化的淺發射極

；（5）高質量的低溫表麵鈍化。

 

suizhexiandaigongyedefazhan，quanqiunengyuanweijihedaqiwuranwentiriyituchu，taiyangnengzuoweilixiangdekezaishengnengyuanshoudaolegengduodezhongshi
，quanqiudeyanjiutuanduizhengzaixunzhaotigaodianchixiaolvhe/或huo降jiang低di成cheng本ben的de途tu徑jing。目mu前qian太tai陽yang能neng電dian池chi的de種zhong類lei不bu斷duan增zeng多duo，但dan晶jing體ti矽gui太tai陽yang能neng電dian池chi因yin為wei優you異yi的de特te性xing和he較jiao高gao的de轉zhuan換huan效xiao率lv，在zai未wei來lai一yi段duan時shi期qi內nei仍reng將jiang占zhan據ju主zhu導dao地di位wei。