载流子选择性接触:高效硅太阳电池的选择

太阳电池可看成由光子吸收层和接触层两个基本单元组成,接触层是高复合活性金属界面和光子吸收层之间的区域.为了进一步提高硅太阳电池的转换效率,关键是降低光子吸收层和接触之间的复合损失.近年来,载流子选择性接触引起了光伏界的研究兴趣,其被认为是接近硅太阳电池效率理论极限的最后的障碍之一.本文分析了三种类型的载流子选择性接触:在光子吸收层与金属界面之间引入薄的重掺杂层,即所谓的发射极或背面场;利用两种材料之间的导带或价带对齐;利用高功函数的金属氧化物与晶硅接触从而在晶硅中感应能带弯曲.基于一维太阳电池模拟软件wx AMPS,模拟了扩散同质结硅太阳电池[结构为(p^+)c-Si/(n)c-Si/(n^+)c-Si]、非晶硅薄膜硅异质结太阳电池[结构为(p^+)a-Si/(i)a-Si/(n)c-Si/(i)a-Si/(n^+)a-Si]和氧化物薄膜硅异质结太阳电池[结构为(n)MoO_x/(n)c-Si/(n)TiO_x]暗态下的能带结构和载流子浓度的空间分布,其中c-Si为晶硅;a-Si为非晶硅;(i),(n)和(p)分别表示本征、n型掺杂和p型掺杂.模拟结果表明:载流子选择性接触的核心是在接触处晶硅表面附近形成载流子浓度空间分布的不对称进而使得电导率的不对称,形成了对电子的高阻和空穴的低阻或者对空穴的高阻和电子的低阻,从而让空穴轻松通过同时阻挡电子,或者让电子轻松通过同时阻挡空穴,形成空穴选择性接触或者电子选择性接触.

硅太阳电池钝化载流子选择性接触概念与现状

接触是高复合活性的金属界面和体吸收层之间的区域。为了提高硅太阳电池的转换效率,关键是降低接触处的复合损失。阐述了接触的概念和蕴含的物理机理,分析了PERC太阳电池、TOPCon太阳电池、a-Si:H/c-Si异质结太阳电池和TMO/c-Si异质结太阳电池中的接触技术,总结和展望了钝化载流子选择性接触的特性和发展前景。

基于POLO钝化接触结构的晶硅电池技术及其研究进展

多晶硅氧化物(POLO)结构是在晶硅表面依次生长一层极薄的界面氧化层与多晶硅层所形成的钝化接触结构。基于POLO结构的钝化接触技术不仅能够获得优异的表面钝化特性,而且避免了金属与晶硅表面的直接接触,极大地降低了金属与晶硅表面的接触复合。目前应用POLO钝化接触结构制作的小面积晶硅太阳能电池转换效率高达26.1%,制作的大面积晶硅太阳能电池产业化效率已经超过24.5%。同时POLO钝化接触技术应用于晶硅电池的制作可以承受高温工艺,兼容现有的晶硅电池产业化设备,是未来极具产业化潜力的钝化接触技术方案。本文主要综述了POLO钝化接触结构中载流子的传输机理及相应的量化参数表征方法;对比了POLO结构制备中界面氧化层生长、多晶硅层的沉积、掺杂及氢化处理的方法;总结了多晶硅层的寄生吸收效应、晶硅表面形貌结构、掺杂浓度分布对POLO结构钝化接触特性的影响;简述了POLO钝化接触技术的研究进展及当前POLO电池制作面临的技术难点。

高效单晶硅太阳电池的最新进展及发展趋势

晶体硅太阳电池是目前光伏市场的主流产品,其又可分为多晶硅电池和单晶硅(c-Si)电池。目前,多晶硅电池成本较低,市场份额较大,但其效率较低;单晶硅电池成本相对偏高,但其效率更高,市场份额小于多晶硅电池。随着硅材料和硅片切割技术的进步,单晶硅片的成本持续下降,且未来市场对高效率的高端光伏产品需求日益增长。因此,高效率的单晶硅电池将受到更多的关注。为进一步提高单晶硅太阳电池的效率,近几年的研究工作主要集中于提高硅片质量来降低体缺陷,寻找新型钝化材料来降低表面和界面缺陷,开发先进的减反技术(新型的绒面陷光结构和材料)以提高光的利用率,引入低电阻金属化技术降低串联电阻,优化PN结制备技术以及器件结构等。2014年至今,单晶硅太阳电池的转换效率得到连续突破。目前,最高效率是日本Kaneka公司创造的26.6%,其他效率达到或者超过25%的晶硅电池包括钝化发射极背面局部场接触(PERL)电池、交叉指式背接触(IBC)电池、硅异质结(SHJ)电池、交叉指式背接触异质结(HBC)电池、隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池、多晶硅氧化物选择钝化接触(POLO)电池等。分析这些典型电池的关键技术可以发现,栅线电极与c-Si的金属-半导体接触复合成为影响电池效率的关键因素。为减小这些复合,一方面通过电池背面局部开孔来减小金属与c-Si直接接触的面积,包括钝化发射极背场点接触(PERC)、PERL、钝化发射极和背面全扩散(PERT)等电池。另一方面则是开发既能够实现优异的表面钝化,同时又无需开孔便可分离与输运载流子的新型载流子选择性钝化接触技术,如SHJ电池、TOPCon电池等。此外,采用交叉指式背接触技术与其他电池结构结合则是最大限度提高光利用率的必然选择,包括IBC电池和HBC电池。本文介绍了当前国际上转化效率达到或超过25%的典型高效单晶硅太阳电池,分别对其器件结构、核心工艺、关键材料等进行了分析,在总结这些高效单晶硅太阳电池各自特点的基础上对该领域的发展前景进行了展望。

硅基异质结太阳电池新进展

非晶硅/晶体硅异质结太阳电池(SHJ)是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜,它综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势,具有结构简单、工艺温度低、钝化效果好、开路电压高、温度特性好、双面发电等优点,是高转换效率硅基太阳电池的热点方向之一。本文首先综述了近几年SHJ电池制造工艺技术的进步,包括臭氧清洗硅片、热丝化学气相沉积技术沉积非晶硅薄膜、透明导电薄膜沉积方法和材料的改进,以及新型金属化电极技术在SHJ电池中的应用所取得的进展。然后介绍了结合背面结技术、载流子选择性钝化接触技术的硅异质结电池以及薄型硅异质结太阳电池最新研究情况。进一步分析了与叉指式背接触技术相结合的硅异质结电池、与钙钛矿太阳电池技术相结合的钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳电池的研究现状,指出硅基异质结太阳电池是迈向更高效率太阳电池的基石。