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【工艺】PERC光伏电池技术最新探究

2016-02-24 00:02
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  太阳能光伏发电是新能源的重要组成部分,近年来在国内外受到了高度重视并迅速发展。光伏发电的核心技术——晶体硅电池技术也在取得持续进步。

  钝化发射极及背局域接触电池(PERC)最早是由新南威尔士大学研发的,由于对电池进行了双面钝化,背面电极采用局域接触的形式,有效地降低了表面复合,减少了电池的翘曲断裂。另外,对电池背面进行了抛光处理,提高了对长波的吸收。PERC电池制作流程如图1所示。

  目前,国内晶体硅电池的硅片原始厚度为180~190μm,硅料消耗成本大幅降低,极大地促进了光伏产业的迅速发展。采用金刚线切割技术可以切割出厚度为100μm的硅片,将超薄电池的工艺技术又推进了一步。Jan Hendrik Petermann采用蒸镀的方法已制备出厚度为43μm、效率达19.1%的高效PERC电池。

  硅片减薄,会影响太阳电池的机械性能和吸光性能,而且必须对常规电池生产线进行改进,以适合批量投产。本文对不同厚度PERC电池的效率进行了模拟,并对常规电池生产工艺进行改进,制作出厚度分别为110,130,150,170μm的PERC电池。

  1.不同厚度电池的效率模拟

  PC1D是一款用于模拟晶体硅太阳电池的软件,它通过求解太阳电池中电子和空穴在准一维传输时所满足的半导体基本方程进行器件模拟。PC1D对计算机软、硬件要求较低,操作简单,可以输出载流子浓度、电流密度、I-U特性、量子效率和反射率曲线等多种物理量关系图。新版的PC1D完善了材料物理模型和特性等参数,对晶体硅电池模拟具有很高的准确性和可靠性。反射模型如图2所示。

  在模拟中,硅的体电阻率设为3Ω·cm;背面场反射率为92%,即I4/I3=92%;前表面反射率平均值为7%,即I2/I1=7%;前表面二次反射率为90%,即I6/I5=90%。反射率、扩散方阻以及硅材料本身的参数设定后,改变特定厚度下的表面复合速率,即可得到同一厚度下不同复合速率的硅片模拟效率。

  改变特定复合速率下的硅片厚度,即可得到同一复合速率下不同厚度的硅片模拟效率。JSchmidt通过ALD沉积Al2O3钝化膜,将表面复合速率降低至20cm/s。

  硅片抛光后,结合高效的钝化膜可以将表面复合降低至10cm/s以下。模拟中将背表面复合速率设置为10cm/s和100cm/s,忽略背面开膜部分的复合,得到不同厚度的PERC电池在不同复合速率下的模拟效率(图3)。

  从图3中可以看到,只有当表面复合速率处于很低水平时,电池的效率才会超过21%。当电池的厚度超过110μm时,效率的提升幅度明显降低。

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