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外延薄膜硅太阳能电池的研究分析

/?? 2013年12月20日 ?? 收藏0

多晶硅薄膜的改进

对于另一种类型的太阳能电池,也就是基于铝诱导晶化的多晶薄膜太阳能电池,我们最近获得了创纪录的7%的效率。该电池制作在高温衬底上,使用基于铝诱导晶化非晶硅的种子层,在1130℃下将种子层外延增厚成吸收层。需要指出的是,在这种工艺中硅不需要重新熔化。而在陶瓷衬底上将硅重新熔化。

获得多晶硅太阳能电池的另一种方法。然而,这种方法需要极高的温度(超过1400℃),这就要求衬底具有非常好的热稳定性,而且被污染的风险也很大。取得这些成绩的关键在于专门设计并实现的电池接触,并结合以等离子体粗糙处理的表面。

大多数适用于多晶硅太阳能电池的高温衬底都是绝缘体,所以必须开发新的金属接触方案以避免使用背接触。考虑到制造模块的低成本性,最方便的方法是将电池的互连工艺集成到电池制作过程中。我们采用的是将电池互连与电池接触相结合的单模块工艺。所有的接触都制作在电池顶部的叉指状图案中。可以使用不同的工艺序列来获得这种新颖的接触结构。目前使用的是一种简单的两步实验室工艺,将光刻与金属蒸发结合起来。而在大规模生产中,金属化可以通过单步工艺来实现,比如利用掩膜来进行丝网印刷或蒸发。

这种专门设计的接触结构被应用到有源层面积为1 cm2的电池中,并与带有外围基极接触的电池进行比较。两种接触类型的开路电压(Voc)基本相当,但是叉指状接触的电池在短路电流(Jsc)和填充因子方面的表现要好得多。根据晶粒尺寸和层厚的不同,电池效率可以达到5.6%3。

为了进一步提高电流密度,进而提高电池的效率,我们使用等离子体粗糙处理来实现新型的电池概念。迄今为止,在多晶硅太阳能电池的衬底结构中,衬底都用作背反射器。通过对电池前表面进行粗糙处理,可以降低电池的前反射率,并更好地将光耦合到电池中,从而能够更有效地俘获光子。等离子体粗糙处理是通过使用氟基化学物质在一个反应器中来完成的。结果表明,电流密度增加了约15%(在氧化铝衬底上得到这一结果)。增大的电流密度将电池的效率推进到创纪录的7%。

然而,虽然所获得的Voc (506 mV)和填充因子(71%)可谓达到了目前最好的工艺水平,但是电流密度(19.7 mA/cm2)和电池效率对于商业化而言仍然太低。通过优化等离子体粗糙处理工艺并降低电池背面场层的厚度,我们希望在不久的将来获得远超过7.0%的效率。


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