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晶体硅太阳能电池产业化技术现状

导读: 大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。通过降低峰瓦电池的硅材料成本,通过提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本,通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本等是未来光伏企业发展的核心竞争力所在!

  0引言

  “处处阳光处处电”人类这一美好的愿景随着硅材料技术、半导体工业装备制造技术以及光伏电池关键制造工艺技术的不断获得突破而离我们的现实生活越来越近!近20年来,光伏科学家与光伏电池制造工艺技术人员的研究成果已经使太阳能光伏发电成本从最初的几美元/KWh减少到低于25美分/KWh。而这一趋势通过研发更新的工艺技术、开发更先进的配套装备、更廉价的光伏电子材料以及新型高效太阳能电池结构,太阳能光伏(PV)发电成本将会进一步降低,到本世纪中叶将降至4美分/KWh,优于传统的发电费用。

  大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。通过降低峰瓦电池的硅材料成本,通过提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本,通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本,通过合理的机制建立优秀的技术团队、避免人才的不合理流动、充分保证技术上的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在!

  1、太阳能电池产业化技术发展

  晶体硅太阳能电池的发展可划分为三个阶段(如图1所示),每一阶段效率的提升都是因为新技术的引入。

晶体硅太阳能电池产业化技术现状

图1电池效率发展路程图

  1954年贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅太阳能电池到1960年为第一发展阶段,导致效率提升的主要技术是硅材料的制备工艺日趋完善、硅材料的质量不断提高使得电池效率稳步上升,这一期间电池效率在15%。1972年到1985年是第二个发展阶段,背电场电池(BSF)[1]技术、“浅结”结构[2]、绒面技术、密栅金属化是这一阶段的代表技术,电池效率提高到17%,电池成本大幅度下降。1985年后是电池发展的第三阶段,光伏科学家探索了各种各样的电池新技术、金属化材料和结构来改进电池性能提高其光电转换效率:表面与体钝化技术、Al/P吸杂技术、选择性发射区技术、双层减反射膜技术等。许多新结构新技术的电池在此阶段相继出现,如效率达24.4%钝化发射极和背面点接触(PERL)[3]电池。目前相当多的技术、材料和设备正在逐渐突破实验室的限制而应用到产业化生产当中来。目前已经有多家国内外公司对外宣称到2008年年底其大规模产业化生产转换效率单晶将达到18%,多晶将超过17%。

  1.1表面织构

  减少入射光学损失是提高电池效率最直接方法。化学腐蚀工艺是最成熟的产业化生产技术,也是行业内最广泛使用的技术,工艺门槛低、产量大;但绒面质量不易控制、不良率高,且减反射效果有限(腐蚀后的反射率一般仍在11%以上),并产生大量的化学废液和酸碱气体,非环境友好型生产方式。反应离子刻蚀技术(RIE)是最有发展前景的技术,它首先在硅片表面形成一层MASK(掩膜)再显影出表面织构模型,然后再利用反应离子刻蚀方法制备表面织构。用这种方法制备出的减反射绒面非常完美,表面反射率最低可降至0.4%,单多晶技术统一,生产工艺与设备都可移植于IC工业,如果生产成本能够进一步降低可望取代化学腐蚀方法而大规模使用。京瓷产业化17.2%~17.7%的多晶硅电池就是采用等离子刻蚀工艺的一个成功典范。

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