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  • 【視角】從內(nèi)部構(gòu)造分析單、多晶電池性能差異

    2018-04-19 15:01:11 大云網(wǎng)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
    單晶硅片因具有完美的晶體結(jié)構(gòu),易制備高品質(zhì)的PN結(jié)。多晶硅片由于內(nèi)部晶界、缺陷、雜質(zhì)等的大量存在,會(huì)影響PN結(jié)本身的品質(zhì),導(dǎo)致PN結(jié)內(nèi)部旁路的增加,電池外在電性能則表現(xiàn)為開路電壓,填充因子的下降,并聯(lián)電阻的降低。

    一、晶硅太陽(yáng)能電池的分類

    晶硅太陽(yáng)能電池從結(jié)構(gòu)來(lái)分,分為P型和N型(詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考:P型和N型電池結(jié)構(gòu)的詳細(xì)介紹)。目前主流的電池多為P型,其電池片結(jié)構(gòu)如圖1所示:一般以P型Si作為基底,表面擴(kuò)散磷形成PN結(jié),外面再鍍一層減反射膜。PN結(jié)是太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵結(jié)構(gòu),PN結(jié)品質(zhì)的好壞直接決定電池光電轉(zhuǎn)換能力的高低。

    圖1:P型晶硅電池結(jié)構(gòu)示意圖

    晶硅太陽(yáng)能電池從制造工藝來(lái)分,又分為單晶硅電池和多晶硅電池。

    單晶硅片來(lái)自于單晶硅硅棒切割,硅棒采取類似藍(lán)寶石等單晶材料的生長(zhǎng)方式。因此,其原子排列短程有序、長(zhǎng)程也有序,得到的半導(dǎo)體雜質(zhì)、缺陷相對(duì)較少,但相應(yīng)的成本也更高。

    多晶硅片來(lái)自于多晶硅鑄錠切割,硅錠的工藝路線類似鋼鐵材料。因此,其原子排列僅短程有序,存在晶界。

    圖2:?jiǎn)巍⒍嗑Ч杈Ц袷疽鈭D

    圖3:多晶材料晶界示意圖

    二、單、多晶硅太陽(yáng)能電池的差異

    1PN結(jié)構(gòu)造的差異

    單晶硅片因具有完美的晶體結(jié)構(gòu),易制備高品質(zhì)的PN結(jié)。

    多晶硅片由于內(nèi)部晶界、缺陷、雜質(zhì)等的大量存在,會(huì)影響PN結(jié)本身的品質(zhì),導(dǎo)致PN結(jié)內(nèi)部旁路的增加,電池外在電性能則表現(xiàn)為開路電壓,填充因子的下降,并聯(lián)電阻的降低。

    圖4:多晶硅擴(kuò)散后獲得的PN結(jié),因晶界存在導(dǎo)致漏電流高于單晶

    2少子壽命的差異

    單晶硅片完美的晶體結(jié)構(gòu),極低的缺陷密度和雜質(zhì)含量,使其具有更高的少子壽命,即光照產(chǎn)生的正電荷和負(fù)電荷具有較長(zhǎng)的壽命,在被PN結(jié)分離前及輸運(yùn)至電極的過(guò)程中不會(huì)消失(被雜質(zhì)、缺陷捕獲),而后被分離的正負(fù)電荷,經(jīng)由電極收集輸出,形成電流。電池外在電性能表現(xiàn)為電流的上升,效率的提高。

    多晶硅片中的少子壽命則相對(duì)較低,光照所激發(fā)的正負(fù)電荷很快復(fù)合在一起并釋放出能量,相比單晶,光能更多的轉(zhuǎn)化為熱能而非電能。單、多晶硅片的少子壽命分布 如圖5所示。紅色表示少子壽命短,藍(lán)色表示少子壽命長(zhǎng)。

    圖5:?jiǎn)巍⒍嗑Ч杵纳僮訅勖植紙D

    3轉(zhuǎn)換效率的差異

    單晶在轉(zhuǎn)換效率方面優(yōu)勢(shì)更明顯,尤其PERC技術(shù)的量產(chǎn),對(duì)于單晶效率的提升顯著。另外,從產(chǎn)業(yè)技術(shù)趨勢(shì)來(lái)看,單晶技術(shù)路線相對(duì)其他技術(shù)路線擁有更高的轉(zhuǎn)換效率和更大的效率提升空間。圖6為2015國(guó)際光伏技術(shù)路線圖。

    圖6:國(guó)際光伏技術(shù)路線圖(2015版)

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    責(zé)任編輯:蔣桂云

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