太阳能电池水平电镀专利

(1)硅基太阳能电池

1，单晶硅太阳能电池

在硅系太阳能电池中，单晶硅太阳能电池的转换效率最高，技术也最成熟。高性能单晶硅电池是基于高质量的单晶硅材料和相关的发热加工技术。目前，单晶硅的电接地技术已接近成熟。在电池制造中，诸如表面纹理化、发射区钝化、分区掺杂等技术。被普遍采用。开发的电池主要有平面单晶硅电池和沟槽埋栅电极单晶硅电池。提高转换效率主要依靠单晶硅的表面微结构处理和分区掺杂工艺。

在这方面，德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所保持着世界领先的水平。在这项研究中，通过光刻和摄影对电池表面进行纹理化，以制作倒金字塔结构。并在表面放了一个13nm。厚氧化钝化层结合两层抗反射涂层，通过改进的电镀工艺提高了板栅的宽高比:上述方法制作的电池转换效率超过23%，但最大值可达23.3%。京瓷公司制备的大面积(225cm2)单晶硅太阳能电池转换效率为19.44%，中国北京太阳能研究所也在积极从事高效晶体硅太阳能电池的研发。平面高效单晶硅电池(2cmX2cm)的转换效率为19.79%，沟槽埋栅电极晶体硅电池(5cmX5cm)的转换效率为8.6%。单晶硅太阳能电池的转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍然占据主导地位。但由于单晶硅材料价格的影响以及相应繁琐的电池技术，单晶硅成本居高不下，大幅降低其成本难度很大。为了节约优质材料，寻找单晶硅电池的替代产品，薄膜太阳能电池得到了发展，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池是典型代表。

2.多晶硅薄膜太阳能电池

通常的晶体硅太阳能电池是在350 ~ 450微米厚的优质硅片上制作的，硅片是从拉制或铸造的硅锭上锯下来的。所以实际上消耗了更多的硅材料。为了节省材料，人们在20世纪70年代中期开始在廉价的衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长出的硅膜的晶粒尺寸，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大晶粒尺寸的薄膜，人们从未停止研究，提出了许多方法。目前，化学气相沉积(CVD)被广泛用于制备多晶硅薄膜电池，包括低压化学气相沉积(LPCVD)和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。此外，液相外延(LPPE)和溅射沉积也可用于制备多晶硅薄膜电池。化学气相沉积主要采用SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4作为反应气体，在一定的保护气氛下反应生成硅原子，沉积在加热的衬底上。衬底材料通常是硅、二氧化硅、氮化硅等。

然而，发现难以在非硅衬底上形成大晶粒，并且容易在晶粒之间形成间隙。解决这个问题的方法是首先通过LPCVD在衬底上沉积一层薄的非晶硅层，然后退火该非晶硅层以获得更大的晶粒，然后在该籽晶上沉积一层厚的多晶硅膜。因此，重结晶技术无疑是一个非常重要的环节。目前采用的主要技术有固态结晶法和区熔重结晶法。除了再结晶工艺，多晶硅薄膜电池几乎采用了所有制备单晶硅太阳能电池的工艺，使得制备的太阳能电池的转换效率明显提高。德国弗莱堡太阳能研究所在FZSi衬底上制备的多晶硅电池转换效率为19%，日本三菱公司为16.42%。液相外延(LPE)的原理是熔化基质中的硅，并降低温度以沉淀硅膜。美国Astropower公司LPE制备的电池效率达到12.2%。

中国光电发展技术中心的陈哲良利用液相外延在冶金级硅片上生长硅晶粒，设计出一种类似晶体硅薄膜太阳能电池的新型太阳能电池，称为“硅晶粒”太阳能电池，但尚未见到有关其性能的报道。多晶硅薄膜电池用硅量远少于单晶硅，不存在效率下降的问题，并且可以在廉价的衬底材料上制备。其成本远低于单晶硅电池，但效率高于非晶硅薄膜电池。因此，多晶硅薄膜电池将很快在太阳能市场占据主导地位。

3.非晶硅薄膜太阳能电池

发展太阳能电池的两个关键问题是:提高转换效率和降低成本。非晶硅薄膜太阳能电池因其成本低、便于大规模生产而受到人们的关注并得到迅速发展。事实上，早在20世纪70年代初，卡尔森等人就已经开始了非晶硅电池的研发工作，近年来，他们的研发工作发展迅速。目前世界上很多公司都在生产这种电池产品。非晶硅虽然是一种很好的太阳能电池材料，但其光学带隙为1.7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，从而限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。另外，它的光电效率会随着光照时间的延长而下降，也就是所谓的光致衰减S-W效应，使电池性能不稳定。解决这些问题的方法是制备叠层太阳能电池，这种电池是通过在制备的P、I和N单结太阳能电池上沉积一个或多个P-i-n子电池制成的。

提高转换效率和解决单结太阳能电池不稳定性的关键问题有:①它结合了不同带隙的材料，提高了光谱响应范围；(2)顶部电池的I层较薄，光照产生的电场强度变化不大，保证了I层中光生载流子的提取；(3)底电池产生的载流子约为单电池的一半，光致衰落效应减小；(4)叠层太阳能电池的每个子电池串联连接。制备非晶硅薄膜太阳能电池的方法有很多，包括反应溅射、PECVD、LPCVD等。反应原料气体是用H2稀释的SiH4，基底主要是玻璃和不锈钢片。非晶硅薄膜可以通过不同的电池工艺制成单结电池和叠层太阳能电池。

目前，非晶硅太阳能电池研究取得两大进展:第一、三叠层非晶硅太阳能电池转换效率达到13%，创下新纪录；二、三层太阳能电池年产能达到5MW。美国联合太阳能公司(VSSC)制造的单结太阳能电池最大转换效率为9.3%，三带隙三层电池最大转换效率为13%，如表1所示。上述最大转换效率是在小面积(0.25cm2)电池上实现的。据报道，单结非晶硅太阳能电池的转换效率超过65，438+02.5%。日本中央研究院采取了一系列新措施，非晶硅太阳能电池的转换效率为13.2%。国内对非晶硅薄膜电池，尤其是叠层太阳能电池的研究不多。南开大学耿新华等人利用工业材料制备了面积为20X20cm2、转换效率为8.28%、铝背电极的A-Si/A-Si叠层太阳能电池。非晶硅太阳能电池因其转换效率高、成本低、重量轻而具有巨大的潜力。但同时，由于其稳定性较低，直接影响了其实际应用。如果能进一步解决稳定性问题，提高转换率，那么非晶硅太阳能电池无疑将是太阳能电池的主要发展产品之一。