晶体硅太阳电池新工艺实验研究和理论分析

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高效、低成本,是光伏研究的两个重要方向。本文围绕常规结构太阳电池的新工艺开展研究,涉及激光、制绒、扩散以及低纯度硅片电池制作等等。论文共有5章。   第一章回顾了光伏市场的发展现状;描述了常规电池的结构和制作工艺;分析了晶体硅太阳电池效率的限制和损失;综述了激光在高效晶体硅电池中的应用。激光刻蚀在制绒、扩散、电学通道制作等工艺上得到广泛应用;激光开槽、激光掺杂在制备选择性发射极太阳电池中具有先天的优势,并已有设备厂家提供完整的turnkey line生产线,量产的SE单晶硅电池,效率可达18%以上,但激光加工的稳定性,激光对硅片的损伤造成的碎片率高,是激光技术产业化的瓶颈所在;   第二章利用TMAH和NaOH各向异性腐蚀液在5英寸单晶硅片上制作出平均尺寸1-6μm不等的金字塔绒面,并利用常规工艺制作成电池;利用酸减薄+TMAH制绒,制作出平均尺寸为1.97μm的金字塔绒面;在NaOH制绒液中添加表面活性剂,制作出1-2μm金字塔绒面;对于常规结构电池,单晶硅小绒面并没有性能上的优势。但随着激光在晶体硅电池制造工艺中的广泛应用,单晶硅小绒面将显示出与激光工艺相匹配的优势;   第三章介绍了p-n+结在电池中的作用,阐述了磷扩散的原理和过程,通过实验优化了drive-in的时间和温度,对比了不同方块电阻和扩散方式对电池性能的影响。通过电池的I-V性能分析,优化的drive-in时间为180s,温度为790℃;随着方块电阻增大,接触电阻增大,串联电阻随之增大,同时表面复合速率降低,短路电流增大,p-n+结深变小,较易烧穿,并联电阻减少,最终导致填充因子下降,转换效率降低;双面扩散比单面扩散的转换效率高0.19%:   第四章利用常规工艺在物理提纯法硅片和西门子法硅片上制作电池,并对这两种电池的性能作了对比。物理提纯电池的效率比西门子法提纯电池效率绝对值低0.79%,相对值低5.0%,最主要是由短路电流的差异引起的;经过135分钟的卤素灯的照射,物理提纯硅电池转换效率衰减13.81%,远大于西门子法硅电池。转换效率的衰减主要是由短路电流的衰减引起的;   第五章为总结。
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