晶體硅太陽能電池的種類及特點

目前世界各國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%。我國光伏發(fā)電發(fā)展需解決的關鍵問題。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鍵技術上有所突破，主要包括：

a）晶體硅電池技術。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，是生產高效和低成本太陽電池的基本條件；同時實現(xiàn)硅材料國產化和提高性能，從產業(yè)鏈的源頭，抓好降低成本工作。提高電池/組件轉換效率：高效鈍化技術，高效陷光技術，選擇性發(fā)射區(qū)，背表面場，細柵或者單面技術，封裝材料的最佳折射率等高效封裝技術等。光伏技術的發(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域。而硅材料太陽能電池無疑是市場的主體，硅基（多晶硅、單晶硅）太陽能電池占80%以上，每年全世界需消費硅材料3000t左右。生產太陽能電池用單晶硅，雖然利潤比較低，但是市場需求量大，供不應求，如果進行規(guī)模化生產，其利潤仍然很可觀。目前，中國擬建和在建的太陽能電池生產線每年將需要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%的增長率快速增長。

硅系列太陽能電池中，單晶硅太陽能電池在實驗室里最高的轉換效率為23%，而規(guī)模生產的單晶硅太陽能電池，其效率為15%，技術也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質量單晶硅材料和相關的成熟的加工處理工藝基礎上的。現(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化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術，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。提高轉化效率主要是靠單晶硅表面微結構處理和分區(qū)摻雜工藝。在此方面，德國夫朗霍費費萊堡太陽能系統(tǒng)研究所保持著世界領先水平。該研究所采用光刻照相技術將電池表面織構化，制成倒金字塔結構。通過改進了的電鍍過程增加柵極的寬度和高度的比率：通過以上制得的電池轉化效率超過23%。單晶硅具有完整的金剛石結構。通過摻雜得到n，P型單晶硅，進而制備出p/n結、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換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應用和工業(yè)生產中仍占據主導地位，但由于受單晶硅材料價格及相應的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價格居高不下，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，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，被廣大的消費者接受，提高太陽電池的光電轉換效率，降低生產成本應該是我們追求的最大目標，從目前國際太陽電池的發(fā)展過程可以看出其發(fā)展趨勢為單晶硅、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，主要原因為：

（1）可供應太陽電池的頭尾料愈來愈少；

（2）對太陽電池來講，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）多晶硅的生產工藝不斷取得進展，全自動澆鑄爐每生產周期（50小時）可生產200kg以上的硅錠，晶粒的尺寸達到厘米級；

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

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