晶体硅太阳电池工艺技术.ppt
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1、 晶体硅太阳电池工艺技晶体硅太阳电池工艺技术术 无锡尚德太阳能电力有限公司无锡尚德太阳能电力有限公司无锡尚德太阳能电力有限公司无锡尚德太阳能电力有限公司(SUNTECH POWER CO.LTD.SUNTECH POWER CO.LTD.)汪义川汪义川 2004 2004年年年年9 9月月月月一一、晶体硅太阳电池工艺原则、晶体硅太阳电池工艺原则高效化高效化低成本低成本大批量大批量二、表现方式二、表现方式2.1 2.1 大片化,薄片化,高效化大片化,薄片化,高效化大片化,薄片化,高效化大片化,薄片化,高效化 大片化大片化 多晶硅片多晶硅片210*210(mm)面积面积441cm2 单晶硅片单晶硅
2、片156*156(mm)cm22.2 2.2 薄片化薄片化薄片化薄片化220220 薄薄片片化化是是把把双双刃刃剑剑,薄薄片片化化可可以以降降低低成成本本。但但是是,碎碎片片率率会会增增加加。国国际际上上晶晶片片供供应应商商都都是是朝朝220方方向向看看齐齐,薄薄片片化化会会对对第第三三世世界界太太阳阳电电池池生生产产商商而而言言会会形形成成一道强大技术壁垒。一道强大技术壁垒。中国有可能在未来中国有可能在未来156156(mm)单晶单晶硅片生产上,占有让国际光伏圈内不可小硅片生产上,占有让国际光伏圈内不可小视的一席之地。视的一席之地。中国有批量生产中国有批量生产8吋单晶炉设备的厂家;吋单晶炉设
3、备的厂家;各各地地已已有有不不少少厂厂家家在在上上8吋吋单单晶晶炉炉,150150(mm)晶晶片片已已问问世世。高高邮邮江江苏苏顺顺大大半半导导体体发发展展有有限限公公司司拉拉的的8吋吋单单晶晶,镇镇江江环环太太硅硅科科技技公公司切片;司切片;无锡尚德太阳能电力有限公司刚之竣工一条年产无锡尚德太阳能电力有限公司刚之竣工一条年产25MW,生产单晶硅生产单晶硅和多晶硅和多晶硅156156(mm)、)、150150(mm)太阳电池生产线。太阳电池生产线。三、光伏技术的发展三、光伏技术的发展 晶晶体体硅硅太太阳阳电电池池是是光光伏伏行行业业的的主主导导产产品品,占占市市场场份份额额的的90%,尤尤其其
4、是是多多晶晶硅硅太太阳阳电电池池的的市市场场份份额额已已远远超超过过单单晶晶硅硅电电池池的的市市场场份份额额,自自从从六六十十年年代代太太阳阳能能电电池池作作为为能能源源应应用用于于宇宇航航技技术术以以来来,太太阳阳能能电电池池的的技技术术得得到到非非常常迅迅速速的的发发展展,单单晶晶硅硅太太阳阳能能电电池池的的转转换换效效率率已已接接近近25%,多多晶晶硅硅太太阳阳能能电电池池的的转转换换效效率率已已接接近近20%。图图1显显示示了了单单晶晶硅硅太太阳阳能能电电池池转转换换效效率率的的发发展展过过程程,1980年年以以后后的的转转换换效效率率的的世世界界纪纪录录主主要要由由澳澳大大利利亚亚新
5、新南威尔斯大学保持。南威尔斯大学保持。图图图图1 1单晶硅太阳能电池转换效率的发展过程单晶硅太阳能电池转换效率的发展过程单晶硅太阳能电池转换效率的发展过程单晶硅太阳能电池转换效率的发展过程 3.1 实验室高效太阳能电池的研究实验室高效太阳能电池的研究 太太阳阳能能电电池池是是一一种种少少数数载载流流子子工工作作器器件件,当当光光照照射射到到一一个个P型型半半导导体体的的表表面面上上,光光在在材材料料内内的的吸吸收收产产生生电电子子与与空空穴穴对对。在在这这种种情情况况下下,电电子子是是少少数数载载流流子子,它它的的寿寿命命定定义义为为从从其其产产生生到到其其与与空空穴穴复复合合之之间间所所生生
6、存存的的时时间间。少少数数载载流流子子在在电电池池内内的的寿寿命命决决定定了了电电池池的的转转换换效效率率。因因此此要要提提高高电电池池的的转转换换效效率率,就就必必须须设设法法减减少少少少数数载载流流子子在在电电池池内内的的复复合合,从从而而增增加加少少数数载载流流子子的的寿寿命命。影影响响少数载流子寿命的因素有少数载流子寿命的因素有:1)体内复合;)体内复合;2)表面复合;)表面复合;3)电极区复合。)电极区复合。1)体内复合)体内复合 减减少少晶晶体体硅硅体体内内的的复复合合,首首先先要要选选用用适适当当的的掺掺杂杂浓浓度度的的衬衬底底材材料料。一一般般太太阳阳能能电电池池制制造造所所用
7、用的的硅硅片片的的电电阻阻率率在在到到1 cm 左左右右。提提高高晶晶体体的的质质量量,减减少少缺缺陷陷和和杂杂质质,是是提提高高少少数数载载流流子子寿寿命命的的重重要要手手段段。吸吸杂杂(gettering)工工艺艺能能有有效效的的提提高高材材料料的的质质量量。钝钝化化(passivation)工工艺艺能能有有效效地地减减少少晶晶体体缺缺陷陷对对少少数数载载流流子寿命的影响。子寿命的影响。2)表面复合)表面复合 减减少少表表面面复复合合通通常常采采用用在在硅硅表表面面生生成成一一层层介介质质膜膜如如二二氧氧化化硅硅(SiO2)和和氮氮化化硅硅(SiN)。这这种种介介质质膜膜完完善善了了晶晶体
8、体表表面面的的悬悬挂挂键键,从从而而达达到到表表面面钝钝化化的的目目的的。如如果果这这种种介介质质膜膜生生成成在在n型型硅硅的的表表面面,由由于于在在这这些些介介质质膜膜内内固固有有的的存存在在作作一一些些正正离离子子,这这些些正正离离子子排排斥斥了了少少数数载载流流子子空空穴穴向向表表面面移移动动。另另外外一一种种表表面面钝钝化化的的方方法法是是在在电电池池表表面面形形成成高高低低结结(high-low junction)。这这种种结结在在表表面面产产生生一一个个电电场场,从从而而排排斥斥了了少少数数载载流流子子空空穴穴向向表表面移动。面移动。3)电极区复合)电极区复合 减减少少电电极极区区
9、的的复复合合可可采采用用将将电电极极区区的的掺掺杂杂浓浓度度提提高高,从从而而降降低低少少数数载载流流子子在在电电极极区区的的浓浓度度。减减少少载载流流子在此区域的复合。子在此区域的复合。基基于于以以上上提提高高电电池池转转换换效效率率的的途途径径,派派生生了了多多种种高高效效晶晶体体硅硅太太阳阳能能电电池池的的设设计计和和制制造造工工艺艺。其其中中包包括括PESC电电池池(发发射射结结钝钝化化太太阳阳电电池池)和和表表面面刻刻槽槽绒绒面面PESC电电池池;背背面面点点接接触触电电池池(前前后后表表面面钝钝化化电电池池);PERL电电池池(发发射射结结钝钝化化和和背背面面点点接接触触电电池池)
10、。由由这这些些电电池池设设计计和和工工艺艺制制造造出出的的电电池池的的转转换换效效率率均均高高于于20%,其其中中保保持持世世界界记记录录(24.7%)的的单单晶晶硅硅和和多多晶晶硅硅电电池池(19.8%)的转换效率均是由)的转换效率均是由PERL电池实现的。电池实现的。图图图图5 5显示了由澳大利亚新南威尔斯大学设计和显示了由澳大利亚新南威尔斯大学设计和显示了由澳大利亚新南威尔斯大学设计和显示了由澳大利亚新南威尔斯大学设计和制造的高效晶体硅太阳能电池(制造的高效晶体硅太阳能电池(制造的高效晶体硅太阳能电池(制造的高效晶体硅太阳能电池(PERLPERL)示意示意示意示意图。图。图。图。图图图图
11、5 5 5 5:实验室高效太阳能电池结构示意图:实验室高效太阳能电池结构示意图:实验室高效太阳能电池结构示意图:实验室高效太阳能电池结构示意图 实验室高效太阳能电池的结构具有以下特点:实验室高效太阳能电池的结构具有以下特点:实验室高效太阳能电池的结构具有以下特点:实验室高效太阳能电池的结构具有以下特点:1)表面采用了倒金字塔结构进一步减小光在前表面的反射并更有效地表面采用了倒金字塔结构进一步减小光在前表面的反射并更有效地将进入硅片的光限制在电池之内;将进入硅片的光限制在电池之内;2)硅表面磷掺杂的浓度较低以减少表面的复合和避免表面硅表面磷掺杂的浓度较低以减少表面的复合和避免表面“死层死层”的的
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