晶體硅太陽能電池的種類及特點(diǎn)

目前世界各國(guó)研制的硅太陽能電池種類繁多，主要系列有單晶、多晶、非晶硅幾種。其中單晶硅太陽能電池占50%，多晶硅電池占20%、非晶占30%。我國(guó)光伏發(fā)電發(fā)展需解決的關(guān)鍵問題。太陽能光伏發(fā)電發(fā)展的瓶頸是成本高。

為此，需加大研發(fā)力度，集中在降低成本和提高效率的關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，主要包括：

a）晶體硅電池技術(shù)。降低太陽硅材料的制備成本：開發(fā)專門用于晶體硅太陽能電池的硅材料，是生產(chǎn)高效和低成本太陽電池的基本條件；同時(shí)實(shí)現(xiàn)硅材料國(guó)產(chǎn)化和提高性能，從產(chǎn)業(yè)鏈的源頭，抓好降低成本工作。提高電池/組件轉(zhuǎn)換效率：高效鈍化技術(shù)，高效陷光技術(shù)，選擇性發(fā)射區(qū)，背表面場(chǎng)，細(xì)柵或者單面技術(shù)，封裝材料的最佳折射率等高效封裝技術(shù)等。光伏技術(shù)的發(fā)展以薄膜電池為方向，高效率、高穩(wěn)定性、低成本是光伏電池發(fā)展的基本原則。

單晶硅在太陽能的有效利用當(dāng)中，太陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，也是最具活力的研究領(lǐng)域。而硅材料太陽能電池?zé)o疑是市場(chǎng)的主體，硅基（多晶硅、單晶硅）太陽能電池占80%以上，每年全世界需消費(fèi)硅材料3000t左右。生產(chǎn)太陽能電池用單晶硅，雖然利潤(rùn)比較低，但是市場(chǎng)需求量大，供不應(yīng)求，如果進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，其利潤(rùn)仍然很可觀。目前，中國(guó)擬建和在建的太陽能電池生產(chǎn)線每年將需要680多噸的太陽能電池用多晶硅和單晶硅材料，其中單晶硅400多噸，而且，需求量還以每年15%~20%的增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)。

硅系列太陽能電池中，單晶硅太陽能電池在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為23%，而規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池，其效率為15%，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熟的加工處理工藝基礎(chǔ)上的?，F(xiàn)在單晶硅的電池工藝已近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。提高轉(zhuǎn)化效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。在此方面，德國(guó)夫朗霍費(fèi)費(fèi)萊堡太陽能系統(tǒng)研究所保持著世界領(lǐng)先水平。該研究所采用光刻照相技術(shù)將電池表面織構(gòu)化，制成倒金字塔結(jié)構(gòu)。通過改進(jìn)了的電鍍過程增加?xùn)艠O的寬度和高度的比率：通過以上制得的電池轉(zhuǎn)化效率超過23%。單晶硅具有完整的金剛石結(jié)構(gòu)。通過摻雜得到n，P型單晶硅，進(jìn)而制備出p/n結(jié)、二極管及晶體管，從而使硅材料有了真正的用途。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。

多晶硅眾所周知，利用太陽能有許多優(yōu)點(diǎn)，光伏發(fā)電將為人類提供主要的能源，但目前來講，要使太陽能發(fā)電具有較大的市場(chǎng)，被廣大的消費(fèi)者接受，提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本應(yīng)該是我們追求的最大目標(biāo)，從目前國(guó)際太陽電池的發(fā)展過程可以看出其發(fā)展趨勢(shì)為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。從工業(yè)化發(fā)展來看，重心已由單晶向多晶方向發(fā)展，主要原因?yàn)椋?/p>

（1）可供應(yīng)太陽電池的頭尾料愈來愈少；

（2）對(duì)太陽電池來講，方形基片更合算，通過澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料；

（3）多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷取得進(jìn)展，全自動(dòng)澆鑄爐每生產(chǎn)周期（50小時(shí)）可生產(chǎn)200kg以上的硅錠，晶粒的尺寸達(dá)到厘米級(jí)；

（4）由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展很快，其工藝也被應(yīng)用于多晶硅電池的生產(chǎn)，例如選擇腐蝕發(fā)射結(jié)、背表面場(chǎng)、腐蝕絨面、表面和體鈍化、細(xì)金屬柵電極，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可使柵電極的寬度降低到很小的范圍，快速熱退火技術(shù)用于多晶硅的生產(chǎn)可大大縮短工藝時(shí)間，單片熱工序時(shí)間可在一分鐘之內(nèi)完成，采用該工藝在100平方厘米的多晶硅片上作出的電池轉(zhuǎn)換效率超過14%。多晶硅太陽能電池具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，與單晶硅比較，多晶硅半導(dǎo)體材料的價(jià)格比較低廉，但是由于它存在著較多的晶粒間界而有較多的弱點(diǎn)。多晶硅太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為12%~14%。

目前，太陽能多晶硅主要有三個(gè)來源，一是半導(dǎo)體多晶硅的碎片；二是半導(dǎo)體多晶硅的副產(chǎn)品，三是半導(dǎo)體多晶硅廠商用多余的產(chǎn)能生產(chǎn)的太陽能多晶硅。高純多晶硅原料是半導(dǎo)體工業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)共同的上游原材料，2003年年底以來，光伏產(chǎn)業(yè)多晶硅原料供不應(yīng)求，市場(chǎng)短缺非常嚴(yán)重。多晶硅由于成本低，制備簡(jiǎn)單，并能與傳統(tǒng)的硅工藝技術(shù)相容，因此它在一些場(chǎng)合成為單晶硅的替代品。