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基于高效太阳能电池研究现状

     摘要:太阳能电池产业化生产技术日益成熟,实验室的高效电池工艺也逐步运用于产业化生产。本文综述了目前几种高效太阳能电池的研究现状。


  人类生存离不开能源,特别是人类现代文明更离不开能源。常规的化石能源对环境的严重污染所导致的生态破坏、地球温室效应等正日趋严重的威胁着人类生存,而且化石能源迟早会枯竭耗尽。因此以太阳能为代表的可再生能源,实现能源工业的可再生发展具有重要意义。


  太阳能电池的种类很多,按照所用材料的不同可分为:硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池等。经过半个多世纪的发展,太阳能电池经历了第一代晶硅太阳能电池,第二代薄膜太阳电池,第三代高效太阳电池的研究。目前,市场上大量产的是单晶硅和多晶硅太阳电池。随着产业化生产技术日益成熟,实验室的高效电池也逐步运用于产业化生产。


  1染料敏化太阳能电池


  染料敏化他也能电池(DSC)是一种有机化合物和无机化合物杂化的太阳能电池,在太阳光的照射下,光敏染料具有较高的摩尔消光系数和较宽的吸收光谱收集太阳能,同时处于光激发态的染料可以有效的进行电荷分离,半导体薄膜将染料激发态的电子传导至外电路。


  经过二十多年的发展染料敏化太阳能电池的实验室能量转换效率由最初的7.1%提高到11%以上。大面积的DSC组件可以提供相对较高的工作电压和工作电流,为用电装置制结提供驱动电力。目前DSC的结构以三明治式的结构最为普遍(如图1-1)由导电基板、纳米介孔半导体、光敏染料、电解质和对电极几部分



  DSC工艺优化主要可从电解质、光敏染料、光阳极、对电极以及金属栅电极几方面进行研究。


  DSC的原料相对低廉且广泛,制作工艺简单,工序少,且不需要大型设备,成本核算仅为硅太阳电池的1/5-1/10。具有很好的发展前景。


  2刻槽埋栅电池


  刻槽埋栅电池是由澳大利亚新南威尔士大学StuartR.Wenham等人在1988年最早研制成功的。刻槽埋栅电池的最大特点是采用激光刻槽,然后二次扩散重刻槽区,使之形成选择性发射极,然后在采用化学镀和电镀的方法制备前电极。


  刻槽埋栅电池的优点在于:1、采用沟槽制备前电极,可以吧前电极栅线做得很细,从而减少了阴影阻挡;2、采用选择性发射极,重扩的接触区域减少了接触电阻,提高电池的填充因子;3、采用蒸镀、化学镀、电镀制备金属电极,可以获得致密的电极材料,从而减小了电极的电阻率。但是从产业化的角度来看,刻槽埋栅电池还有一些技术问题需要解决。首先制备电极的时间较长,工艺稳定性不好,还需要开发研制多光束激光开槽设备以提高产业化效率等。


  刻槽埋栅电池的改良是亟需解决的,目前刻槽埋栅电池主要有简化刻槽埋栅电池、混合结构刻槽埋栅电池、双面刻槽埋栅电池。


  (1为混合结构刻槽埋栅电池,2为双面刻槽埋栅电池,3为简化刻槽埋栅电池)



  1


 


 2



  3


  3发射极贯孔电池(EWT)


  EWT电池是一种背面接触电池。EWT采用前表面扩散,PN结位于电池的正面,有利于提高载流子的收集效率。


  该电池完全去除了正表明的栅线电极,依靠电极中的无数小孔收集载流子,增加了有效受光面积,提高了广生电流的密度,从而得到较高的效率。EWT电池的正负极都在电池背面,能更好的简化光伏组件的安装,且可实现从电池的前结和背结共同收集电荷,故有很高的电荷收集率。而且,薄的硅片因为减少了电荷的传输路径,降低了孔电阻,故也可以提高电池的填充因子。因此,低品质的薄基硅片更能体现EWT太阳电池结构的优越性。


  EWT硅太阳电池的结构如图1所示。



  由于EWT硅太阳电池本身的特殊结构,决定了电池的开路电压和填充因子不高,故提高电池的开路电压和填充因子是下一步EWT太阳电池研究的重点。另外,EWT硅太阳电池的制造工艺与常规硅太阳电池相比,技术还是比较复杂,在激光打孔或激光刻槽后硅片也易碎,对生产工艺和封装技术有更改哦的要求,而且背面PN区域和正负栅线都比较容易短路,这就需要继续改良生产工艺和栅线设计,使EWT硅太阳电池向简单化、工业化方向发展。


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