晶體矽太陽能電池的種類及特點

TIME: 2021-02-24 電池行業動態資訊

目前世界各國研制的矽太陽能電池种类繁多，主要系列有单晶、多晶、非晶硅几种。其中单晶硅太阳能電池占50%，多晶硅電池占20%、非晶占30%。我国光伏发电发展需解决的关键问题。太阳能光伏发电发展的瓶颈是成本高。

爲此，需加大研發力度，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）晶体硅電池技术。降低太阳硅材料的制备成本：开发专门用于晶体硅太阳能電池的硅材料，是生产高效和低成本太阳電池的基本条件；同时实现硅材料国产化和提高性能，从产业链的源头，抓好降低成本工作。提高電池/组件转换效率：高效钝化技术，高效陷光技术，选择性发射区，背表面场，细栅或者单面技术，封装材料的最佳折射率等高效封装技术等。光伏技术的发展以薄膜電池为方向，高效率、高稳定性、低成本是光伏電池发展的基本原则。

单晶硅在太阳能的有效利用当中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，也是最具活力的研究领域。而硅材料太阳能電池无疑是市场的主体，硅基（多晶硅、单晶硅）太阳能電池占80%以上，每年全世界需消费硅材料3000t左右。生产太阳能電池用单晶硅，虽然利润比较低，但是市场需求量大，供不应求，如果进行规模化生产，其利润仍然很可观。目前，中国拟建和在建的太阳能電池生产线每年将需要680多吨的太阳能電池用多晶硅和单晶硅材料，其中单晶硅400多吨，而且，需求量还以每年15%~20%的增长率快速增长。

硅系列太阳能電池中，单晶硅太阳能電池在实验室里最高的转换效率为23%，而规模生产的单晶硅太阳能電池，其效率为15%，技术也最为成熟。高性能单晶硅電池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成熟的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的電池工艺已近成熟，在電池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的電池主要有平面单晶硅電池和刻槽埋栅电极单晶硅電池。提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将電池表面织构化，制成倒金字塔结构。通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的電池转化效率超过23%。单晶硅具有完整的金刚石结构。通过掺杂得到n，P型单晶硅，进而制备出p/n结、二极管及晶体管，从而使硅材料有了真正的用途。单晶硅太阳能電池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的電池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。

多晶硅众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳電池的光电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标，从目前国际太阳電池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为：

（1）可供应太阳電池的头尾料愈来愈少；

（2）对太阳電池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；

（3）多晶矽的生産工藝不斷取得進展，全自動澆鑄爐每生産周期（50小時）可生産200kg以上的矽錠，晶粒的尺寸達到厘米級；

（4）由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其工艺也被应用于多晶硅電池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到很小的范围，快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多晶硅片上作出的電池转换效率超过14%。多晶硅太阳能電池具有独特的优势，与单晶硅比较，多晶硅半导体材料的价格比较低廉，但是由于它存在着较多的晶粒间界而有较多的弱点。多晶硅太阳能電池的实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为12%~14%。

目前，太陽能多晶矽主要有三個來源，一是半導體多晶矽的碎片；二是半導體多晶矽的副産品，三是半導體多晶矽廠商用多余的産能生産的太陽能多晶矽。高純多晶矽原料是半導體工業和光伏産業共同的上遊原材料，2003年年底以來，光伏産業多晶矽原料供不應求，市場短缺非常嚴重。多晶矽由于成本低，制備簡單，並能與傳統的矽工藝技術相容，因此它在一些場合成爲單晶矽的替代品。

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