《太阳能电池基础与应用》无机硅电池第四讲

电池效率发展表各类商用电池市场份额晶体硅电池一枝独秀，薄膜电池步履蹒跚。非晶/微晶硅薄膜电池远景惨淡。成本变化图体硅电池高效、高成本非晶、微晶硅薄膜电池低效、低成本晶体硅薄膜电池高效、低成本？？Why晶体硅薄膜电池？晶Si电池组件及系统成本构成晶体硅材料成本约占组件成本的40%！晶体硅薄膜电池多晶硅薄膜电池单晶硅薄膜电池高温路线低温路线实现方法：籽晶层、低温CVD生长；目标：成本与非晶/微晶硅薄膜电池接近、效率大幅超过非晶/微晶硅薄膜电池。实现方法：可剥离单晶衬底、高温CVD生长；目标：效率接近晶体硅电池、成本大幅低于晶体硅电池。技术路线Why晶体硅薄膜电池？（600°C以下）（1000°C以上）技术路线一：低温路线籽晶层制备：层交换技术Al诱导结晶（AIC）形成多晶硅籽晶层示意图技术路线一：低温路线层交换可用衬底与金属(1)a-Si越过表面扩散;(2)Si在Al基质中扩散;(3)Si晶粒形核；形核位置：Al/Si界面(或Al/基底界面)；(4)Si晶粒长大——纵向、横向生长；(5)生长过程即置换过程（Al扩散）。技术路线一：低温路线思考:高温置换工艺（577ºC）可行吗？AIC原理技术路线一：低温路线组分mappingRaman谱600ºC生长有籽晶无籽晶AIC籽晶层的必要性2.2μmη:3.2%1.8μmη:8.4%技术路线一：低温路线2μm多晶硅薄膜电池技术路线一：低温路线晶界！晶界影响极为严重！H钝化可改善电池开压，但不能彻底解决问题。短期内无竞争力。晶界！Totalthickness:2-4μm;Growthtemperature:1130ºC。电池结构尽管效率有提高，但属于高温工艺。路线错误！技术路线一：低温路线多晶硅薄膜电池（高温）技术路线二：高温路线单晶硅薄膜电池优势从开压的角度讲，电池的黄金厚度在20-50μm；单晶硅薄膜电池有望取得高效率，前提:1)降低表面复合速率；2）做好电池陷光结构，避免光学损失；节省Si材料，降低电池成本；可原位掺杂，电池工艺简化。技术路线二：高温路线多孔硅模板法（PSI）制备单晶硅薄膜传统上，最常用方法是电化学法;多孔硅主要用途:Si基光电子学；电化学法显然不适应单晶硅薄膜电池研究的需要。多孔硅技术路线二：高温路线多孔硅光致发光SOI离子注入H，形成气泡;智能剥离工艺制备SOI结构。技术路线二：高温路线外延生长技术路线二：高温路线从SOI到层转移Si外延膜借助多孔硅智能剥离衬底可重复利用，极大地降低了材料成本。此方法得到的电池重复性与稳定性均较为理想。技术路线二：高温路线可重复利用基底Si外延膜截面图技术路线二：高温路线高质量的界面;完美的表面绒面。Si外延膜截面图（制绒后）技术路线二：高温路线PERC,ISFHIBC,Solexel单晶硅薄膜电池现状主要有两大机构：Solexel和ISFH。最近日本Choshu异军突起。技术路线二：高温路线优越的长波、短波响应;表面反射可控。目前已提升至21.2%。技术路线二：高温路线Solexel技术路线二：高温路线ISFHHIT结构，n型外延硅薄膜;厚度：130μm；效率：25.2%；Voc：735mV;Isc:38.6mA/cm2;FF:0.791。技术路线二：高温路线外延Si也能高效（Choshu,Japan）243.4cm22015年晶体硅薄膜电池多晶硅薄膜电池单晶硅薄膜电池高温路线低温路线实现方法：Al诱导法制备籽晶、低温CVD生长；目标：成本与非晶/微晶硅薄膜电池接近、效率大幅超过非晶/微晶硅薄膜电池。实现方法：PSI法制备籽晶、高温CVD生长；目标：效率接近晶体硅电池、成本大幅低于晶体硅电池。（600°C以下）（1000°C以上）总结：实验室电池性能已逼近体硅电池，商业化尚需时日，但前景光明。基本不可能实现！降厚度、工艺流程谢谢！