高效晶体硅太阳电池产业化技术分析-论文.pdf

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1、机械与太阳能高效晶体硅太阳电池产业化技术分析4l高效晶体硅太阳电池产业化技术分析剥、当民(西安黄河光伏科技股份有限公司西安710043)摘要：晶体硅太阳电池产业化生产技术日益成熟，实验室高效电池工艺技术也逐步运用于产业化生产。本文分析了目前各类高效电池技术的原理及技术的发展现状，并对今后的发展做了简单的评价与展望。关键词：晶硅太阳电池准单晶反应离子刻蚀背表面钝化N型电池1引言从目前来说，晶体硅太阳电池是促进光伏产业的中坚力量，其占据光伏市场产品份额的80左右。自1954年贝尔实验室研制出具有6光电转换效率的晶体硅太阳电池后，便成为现代硅太阳电池时代的开始l_1]。最早在卫星上装备了

2、太阳电池，从此，太阳电池在空间的应用不断扩大。到七十年代中期，由于石油危机，人们将注意力投入到新能源上，一些企业开始生产专门用于地面的晶体硅太阳电池，太阳电池的应用逐渐步入了平民化和大众化。经过几十年的发展，晶体硅太阳电池经历了几个快速发展期，效率不断提升，从最初的8提升至目前实验室效率25。随着光伏产业规模的不断扩大和成熟，实验室的技术在经过多年开发后走向了产业化，带动了很多可产业化新型高效晶体硅太阳电池出现，这些产业化高效技术使多晶电池转换效率达到了19以上，P型单晶电池转换效率达到了20，N型单晶电池转换转换效率达到了229／6以上E引。下面将介绍一些典型的可应用于产业化的高

3、效晶体硅电池技术。2讨论与分析2．1准单晶技术目前用于制造太阳电池的晶体硅主要采用直拉法(CZ)的单晶硅及采用铸锭技术的多晶硅。多晶硅铸锭由于投料量大、操作简单、工艺成本低，但是电池转换效率低；直拉单晶硅转换效率高，但投料量少，操作复杂，成本高。因此将两者合二为一、扬长避短，就成了国内外光伏企业研究的热点和难点。在这种背景下，介于多晶硅和单晶硅之间的准单晶逐渐进入了人们的视野。目前发展的准单晶技术主要有两种铸锭技术：无籽晶铸锭和有籽晶铸锭。无籽晶引导铸锭工艺对晶核初期成长控制过程要求很高。一种方法是使用底部开槽的坩埚。这种方式的要点是精密控制定向凝固的温度梯度和晶体生长速度来提高多

4、晶晶粒的尺寸大小，槽的尺寸及冷却的速度决定了晶粒的尺寸，凹槽有助于增大晶粒。因为需要控制的参数太多，无籽晶铸锭工艺显得尤为困难。目前量产的准单晶技术大部分为有籽晶铸锭。这种技术先把籽晶、硅料掺杂元素放置在坩埚中，籽晶一般位于坩埚底部，再加热融化硅料，并保持籽晶不被完全融掉，最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保单晶从籽晶位置开始生长。2011年东海晶澳太阳能科技有限公司预计投资建设200Mw的准单晶铸锭项目，同年晶42高效晶体硅太阳电池产业化技术分析机械与太阳能澳公司在德国Intersolar展会上宣布其研发的高效多晶电池“Maple”正式启动规模量产，量产后平均转换可达17．5

5、9／6，最高可达18．2。目前保利协鑫也已经试用准单晶技术成功，将会在后续启动大规模推广。2011年昱辉阳光已经成功研发出准单晶硅片“VirtusWafer”，该产品能够提高电池转换效率较行业标准高出1，硅片的光致衰减在0．19／6左右，比单晶硅4的衰减率低了一个数量级。同年尚德宣布其生产的准单晶电池平均转换效率达到了189／6以上引。准单晶技术集合了单晶硅和多晶硅制备的优点，有助于降低电池制造成本，促进太阳能发电实现平价上网。因此，准单晶技术正引领着光伏行业的新的风向标，其前景将十分广阔。2．2反应离子刻蚀(RIE)制绒技术RIE(ReactiveIonEtching，反应离子刻

6、蚀)在多晶硅太阳电池生产中的应用是将清洗及酸制绒后的硅片置于SF／o／Ar混合气体中，采用高频电场下气体辉光放电产生的等离子体轰击的物理效应和活性F离子的化学刻蚀相结合来实现对硅片的加工。通过RIE制绒技术，在多晶硅片表面形成200nm～250nm大小一致、分布均匀的金字塔。该技术具有表面反射率低，光吸收好，且反射率可控的优点。通过对工艺时间和参数的调整可将反射率控制在1～20的范围，从而增加光吸收。RIE技术的工艺流程为：表面清洗及酸制绒一RIE工艺一清洗一扩散一边缘刻蚀一去磷硅玻璃一正面PECVD镀膜一背电极印刷一烘干一背电场印刷一烘干一正面电极印刷一烧结一电池电性能测试。RI

7、E制绒技术在光伏行业一直处于高效电池技术研究的最前沿。在2009年的第19届国际光伏科学与工程大会，JinsuYoo等人介绍了多晶硅太阳能电池制备过程中，采用掩膜纹理表面制作技术，通入SF6／o工艺气体，使用RIE制绒技术在156mm×156mm的多晶硅片制备了0．43m、1．01m、1．56gm三种规格的绒面，实现了转换效率16．1的高效多晶硅太阳能电池。2011年DaeYoungKong等人报道采用RIE技术配备金属网进行表面绒面的制备，在通入SF／o等离子体和金