晶硅太阳能电池基础知识

NORTHWESTUNIVERSITY晶硅电池基础知识及文献介绍NORTHWESTUNIVERSITY主要内容n-p(PANDA)电池的优缺点2减反膜的减反原理1文献汇报3NORTHWESTUNIVERSITYARC减反原理-薄膜干涉切片制绒后的硅片反射率在20%以上根据薄膜干涉原理，在电池表面制作一层（多层）薄膜，可有效降低太阳光反射率未镀膜时,光线由空气(折射率=n0)垂直入射进硅片(折射率=nSi)，其反射率为一.ARC减反原理及设计(1)NORTHWESTUNIVERSITY在硅片表面镀膜后，入射光在薄膜的两个表面发生反射上下表面反射光束相位差为时，两束光干涉相消，无能量损耗对应减反膜的厚度为n+/4，此时反射后空气中的光能量为零，最终实现减反目的NORTHWESTUNIVERSITY最终反射率的表达式为：r1为光在空气与薄膜界面的反射系数r2为光在薄膜与硅界面的反射系数为入射光波长d为薄膜厚度称为相位角(2)NORTHWESTUNIVERSITY薄膜光学厚度nd=/4时，由(2)可得要使波长为的入射光实现零反射，即令(3)中R=0，可推得n=(n0nSi)1/2计算得n=2.0-2.1SiNx薄膜对600-650nm响应最强，此时电池最高计算得d=75-85nm(3)NORTHWESTUNIVERSITYn-Si(PANDA)电池的结构N型双面电池技术和MWT(金属穿孔卷绕)电池技术的集成N型双面电池技术二.n-Si与p-Si电池的比较N-Si在下，p-Si在上正面采用Ag/Al浆印刷提升场钝化，有效降低接触电阻背面采用Ag浆降印刷正面和背面皆采用栅线结构网版电池具有双面受光特性NORTHWESTUNIVERSITYn-Si(PANDA)电池的结构MWT是采用激光钻孔将电池正面收集的能量穿过电池转移至背面一般MWT每块硅片需钻约200个通孔二.n-Si与p-Si电池的比较NORTHWESTUNIVERSITY与传统的硼(其他3价元素)扩散的p-Si不同，“熊猫”电池的基础是磷掺杂的n-Si将主栅线从传统的正面转移至背面，正面只保留细金属栅线，降低表面栅线遮挡损失，又称背电极电池PANDA电池结构NORTHWESTUNIVERSITY采用磷扩散形成有效背场，通过类似正面的栅线设计实现接触方式，使电池具有双面发电能力，提高发电效率B/SidiffusionPassivationMetalprintCo-firingTexturingNORTHWESTUNIVERSITYN-Si（PANDA)电池的几大技术优势N-Si的杂质对少子空穴的捕获能力低于P-Si相同电阻率的N-Si的少子寿命比P-Si的高光致衰减效应极其微弱，电池效率稳定N-Si少子的表面复合速率低于P-SiN-Si对金属污杂的容忍度要高于P-SiN-Si电池在弱光下发电特性优于常规P-Si型电池NORTHWESTUNIVERSITYn-Si(PANDA)电池的优点ECNn-WMTtechnologyNORTHWESTUNIVERSITYn-MWTvs.n-PasHa:CellperformanceNORTHWESTUNIVERSITYHowtoreduceRseriesandinceraseofn-WMTcellNORTHWESTUNIVERSITYHowtoreduceRseriesandincreaseofn-WMTcellNORTHWESTUNIVERSITYZincoxideasanactiven-layerandantireflectioncoatingforsiliconbasedheterojunctionsolarcellBabarHussain,AbasifrekeEbong,IanFergusonSolarEnergyMater.SolarCells2015,139,95-100三.文献汇报NORTHWESTUNIVERSITYChallenge提高电池转换效率，降低成本是光伏界永恒的目标晶硅太阳电池的极限效率为29.43%商用化晶硅电池最高未超过22%Considerationandhighlights寻求Si、GaAs及其它异质结电池来替代传统晶硅电池本文制备Si背电极，ZnO前电极异质结电池ZnO既作为ARC，又作为前电极NORTHWESTUNIVERSITYProposedmodelusingZnOP-Si为背电极，n-ZnO为前电极，二者之间形成p-n结N-ZnO既作为前电极，又作为减反层(ARC)N-ZnO在Vis-IR区域透明度高，便于光吸收NORTHWESTUNIVERSITYN-ZnOasfrontsideZnO是一种直接宽带隙半导体ZnO与其他金属形成合金，带隙宽度可达3-5eV纤锌矿结构的ZnO具有高稳定性ZnO激子结合能较高(60meV)，保证其高效发光及光伏特性ZnO能有效抵制辐射损伤，提高电池寿命NORTHWESTUNIVERSITYZnOasARC太阳光谱的峰值在600nm，该波长下ZnO的消光系数可忽略600nm处空气折射率为1，Si的为3.95，ZnO的理论折射率为1.99，若用玻璃封装，ZnO的理论折射率为2.3ZnO的实际折射率为2，与二者符合较好，可作为减反层，简化工艺NORTHWESTUNIVERSITYZnOasARC600nm处公式计算，ZnO-ARC厚度应为75nmPC1D计算ZnO厚度应为0.1m，此时反射最小0.1mZnO的方阻大，要求密栅线结构遮光率增加，降低Jsc和更厚的ARC可增加ZnO方阻，降低反射率ZnO厚度从0.1m增至0.5m，从19.4%降低至19%，与方阻增大及遮光率比可忽略综合考虑，ZnO厚度为0.5m最佳NORTHWESTUNIVERSITYEffectofN-ZnOthicknessonEQENORTHWESTUNIVERSITYEffectofn-ZnOthicknessonelectricalperformanceNORTHWESTUNIVERSITY随ZnO厚度增加，空间电荷区光子数目减少，Jsc减小同样原因，Voc随ZnO厚度增加而减小Voc低于传统c-Si，因为ZnO-Si异质结电池载流子复合速率快，本实验选取106cm/s作为模拟条件ZnO厚度增加，串联电阻降低，导致FF增加，降低总之，PC1D计算ZnO厚度为0.1m最佳0.1m-ZnO对应的方阻为500/sq，要求栅线细度极高因此ZnO厚度为0.5m最佳NORTHWESTUNIVERSITYExperimentsandopticalcharacterizationZnO的的光学透过率对电池性能影响较大采用MOCVD法，在300-600oC制备ZnO薄膜将ZnO生长在蓝宝石透明衬底上，便于测量透光率采用Filmetrics测定ZnO的透光率和折射率结果表明，550oC条件下透光率最高，达90%以上PL强度最大，半峰宽最小NORTHWESTUNIVERSITYExperimentsandZnO-bandgap本实验中ZnO的带隙为3.25eV，吸收382nm的太阳光谱ZnO吸收系数为105cm-1，吸光深度为100nm该深度处于电中性区域，因而不能产生光生电流在ZnO中重掺杂Ga形成合金，提高带隙最高至5eV此时吸光能量增强，移动载流子数目增多，空间电荷区变厚，能产生光生电流ZnO-Ga合金能提高薄膜的透光率和电学性能NORTHWESTUNIVERSITYResultsandDiscussionZnO作为ARC的报道较多，折射率和厚度是影响减反性能的重要因素未见ZnO作为n型前电极的相关报道因为ZnO蓝光响应差，形成ZnO-Ga合金弥补ZnO-Si异质界面载流子复合速率高异质结界面载流子复合速率高归因于两种材料晶格错配引起的缺陷引入AlN或TiN作为缓冲层，可减小ZnO和Si的晶格错配NORTHWESTUNIVERSITYDiscussion纤锌矿ZnO的c/a=1.603，接近1.633理想稳定结构稳定结构使ZnO作为前电极能经受UV辐射及严酷环境ZnO-Ga合金表现出类似金属电极的特性ZnO-Ga异质结表现出肖特基二极管的特性，而非p-n结该结构能改善电池性能及参数NORTHWESTUNIVERSITYNORTHWESTUNIVERSITYThankyouforyourattention!