1、上海太阳能工程技术研究中心Page 1太阳能电池的分类太阳能电池的分类上海太阳能工程技术研究中心Page 2晶体硅太阳能电池发展简史晶体硅太阳能电池发展简史上海太阳能工程技术研究中心晶体硅太阳能电池的新技术晶体硅太阳能电池的新技术上海太阳能工程技术研究中心分析下表的内容得出以下结论：要将电池的生产成本降低到分析下表的内容得出以下结论：要将电池的生产成本降低到1美元美元/WP以下以下，电池的转换效率必须要高于，电池的转换效率必须要高于18%，并要求生产成本低、生产能力高。，并要求生产成本低、生产能力高。350（$/m2）300（$/m2）250（$/m2）200（$/m2）150（$/m2）10
2、%$3.5$3.0$2.5$2.0$1.512%$3.0$2.5$2.08$1.67$1.2515%$2.33$2.0$2.0$1.33$1.018%$2.05$1.67$1.67$1.11$0.83成本成本效率效率晶体硅太阳能电池的发展趋势晶体硅太阳能电池的发展趋势上海太阳能工程技术研究中心Page 5晶体硅太阳能电池的发展趋势晶体硅太阳能电池的发展趋势上海太阳能工程技术研究中心n 澳大利亚澳大利亚新南威尔士大学研发新南威尔士大学研发n 钝化发射区和背面局部扩散（钝化发射区和背面局部扩散（PERL）单晶硅电池）单晶硅电池n 24.7%单晶硅高效化：单晶硅高效化：PERL电池电池上海太阳能工程
3、技术研究中心制造过程相当烦琐，涉及到多道光刻工艺，工艺高，很难应用于大规模工业生产。制造过程相当烦琐，涉及到多道光刻工艺，工艺高，很难应用于大规模工业生产。单晶硅高效化：单晶硅高效化：PERL电池电池上海太阳能工程技术研究中心单晶硅高效化：单晶硅高效化：PPC电池电池n 斯坦福大学研发斯坦福大学研发n 背面点接触（背面点接触（PCC）电池）电池n 22.3上海太阳能工程技术研究中心单晶硅高效化：单晶硅高效化：LBSF电池电池n 德国德国 Fraunhofer研究所研发研究所研发n 深结局部背场深结局部背场（LBSF）电池）电池n 2cm2cm电池效率达到电池效率达到 23.3%上海太阳能工程技
4、术研究中心 该电池完全采用背电极接触方式，正负该电池完全采用背电极接触方式，正负极交叉排列在背面，前表面没有任何遮挡，极交叉排列在背面，前表面没有任何遮挡，p-n结位于背面。最初最高效率可以达到结位于背面。最初最高效率可以达到23，但是成本很高，只是满足一些特殊需要，但是成本很高，只是满足一些特殊需要，如太阳能飞机和太阳能汽车等。，如太阳能飞机和太阳能汽车等。为了降低成本、扩大市场，在美国塞浦为了降低成本、扩大市场，在美国塞浦路斯半导体公司帮助下，路斯半导体公司帮助下，Sunpower公司做公司做了大量的研究，终于推出了低成本高效太阳了大量的研究，终于推出了低成本高效太阳电池电池A-300，效
5、率为，效率为20.0以上。以上。单晶硅高效化：单晶硅高效化：BIB电池电池n 美国美国Sunpower公司研发公司研发n 双面指双面指叉叉背接触（背接触（Bifacial Interdigitated Back-contact）太阳电池太阳电池n效率达到效率达到20%以上以上上海太阳能工程技术研究中心激光刻槽埋栅电池激光刻槽埋栅电池 新南威尔士大学新南威尔士大学北京太阳能研究所北京太阳能研究所 19.6%18.6%晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势高效化高效化 这个电池结构的特这个电池结构的特点是表面电极通过化学点是表面电极通过化学镀埋在硅衬底的沟槽里镀埋在硅衬底的沟
6、槽里，电极与沟槽接触部位，电极与沟槽接触部位采用重掺杂，表面的其采用重掺杂，表面的其它地方进行淡磷扩散。它地方进行淡磷扩散。上海太阳能工程技术研究中心埋栅电池具有高效的原因是：埋栅电池具有高效的原因是：（1）绒面、减反射膜和背面反射器的结合使太阳光充分被利用；）绒面、减反射膜和背面反射器的结合使太阳光充分被利用；（2）栅指电极只占电池表面积）栅指电极只占电池表面积24，遮光率很小，提高短路电流密度；，遮光率很小，提高短路电流密度；（3）栅指电极排列紧密减小发射极电阻；）栅指电极排列紧密减小发射极电阻；（4）淡磷扩散避免形成）淡磷扩散避免形成“死层死层”，增加对短波的吸收；，增加对短波的吸收；（
7、5）埋栅电极处实行重掺杂使接触电阻降低，有利于欧姆接触；）埋栅电极处实行重掺杂使接触电阻降低，有利于欧姆接触；（6）埋栅电极深入到硅衬底内部增加对基区光生电子的收集；）埋栅电极深入到硅衬底内部增加对基区光生电子的收集；（7）浓磷扩散降低浓磷区电阻功耗和栅指电极与衬底的接触电阻功耗，提高）浓磷扩散降低浓磷区电阻功耗和栅指电极与衬底的接触电阻功耗，提高电池的开路电压。电池的开路电压。晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势高效化高效化 此电池由澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最先研制成功的此电池由澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最先研制成功的，由于，由于具有高效、低成本
8、和适合大批量生产具有高效、低成本和适合大批量生产的特点，很快引起注意。的特点，很快引起注意。西西班牙班牙BP Solar公司购买了其专利，成功地进行了产业化生产。公司购买了其专利，成功地进行了产业化生产。上海太阳能工程技术研究中心日本日本Sanyo a-Si/c-Si异质结异质结（HIT）电池）电池实验室最好效率：实验室最好效率：21.2%，面积，面积100cm100cm晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势高效化高效化上海太阳能工程技术研究中心 HIT电池具有高效的原理是：电池具有高效的原理是：（1）全部制作工艺都是在低温下完成，有效地保护载流子寿命；）全部制作工艺都是
9、在低温下完成，有效地保护载流子寿命；（2）双面制结，可以充分利用背面光线；）双面制结，可以充分利用背面光线；（3）表面的非晶硅层对光线有非常好的吸收特性；）表面的非晶硅层对光线有非常好的吸收特性；（4）采用的）采用的n型硅片其载流子寿命很大，远大于型硅片其载流子寿命很大，远大于p型硅，并且由于硅片较薄，型硅，并且由于硅片较薄，有利于载流子扩散穿过衬底被电极收集；有利于载流子扩散穿过衬底被电极收集；（5）织构化的硅片对太阳光的反射降低；）织构化的硅片对太阳光的反射降低；（6）利用）利用PECVD在硅片上沉积非晶硅薄膜过程中产生的原子氢对其界面进行在硅片上沉积非晶硅薄膜过程中产生的原子氢对其界面进
10、行钝化，这是该电池取得高效的重要原因。钝化，这是该电池取得高效的重要原因。晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势高效化高效化 这种电池具有结特性优秀、温度系数低、生产成本低廉和转换效率这种电池具有结特性优秀、温度系数低、生产成本低廉和转换效率高等优点，所以在光伏市场上受到青睐，高等优点，所以在光伏市场上受到青睐，商业化生产速度发展很快，仅商业化生产速度发展很快，仅仅两三年时间，产品已占整个光伏市场的仅两三年时间，产品已占整个光伏市场的5 上海太阳能工程技术研究中心（2）多晶硅高效电池）多晶硅高效电池 多晶硅材料制造成本低于单晶硅多晶硅材料制造成本低于单晶硅CZ材料材料能直
11、接制备出适于规模化生产的大尺寸方型硅锭，能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方型硅锭，240kg,400kg 制造过程简单、省电、节约硅材料制造过程简单、省电、节约硅材料因此比单晶硅电池具有更大降低成本的潜力。因此比单晶硅电池具有更大降低成本的潜力。晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势高效化高效化上海太阳能工程技术研究中心澳大利亚新南威尔士大学澳大利亚新南威尔士大学采用类似采用类似PERL电池技术使电池的效率达电池技术使电池的效率达19.8，该工艺打破了多晶硅电池不适合采用高温过程的观念该工艺打破了多晶硅电池不适合采用高温过程的观念，但电池但电池的制造过程烦琐，不适合的制
12、造过程烦琐，不适合商业化商业化。美国乔治亚美国乔治亚(Geogia)工大工大采用磷吸杂和双层反射膜技术，使用电阻率采用磷吸杂和双层反射膜技术，使用电阻率0.65 cm、厚度、厚度280 m的的HEM（热交换法）多晶硅片制作电池，使电池（热交换法）多晶硅片制作电池，使电池的效率达到的效率达到18.6。德国德国 Fraunhofer研究所研究所 20.3%世界记录，如能在工业生产中大规模世界记录，如能在工业生产中大规模使用该新技术，基于成本低廉的优势，预计多晶硅电池不久将会在太阳使用该新技术，基于成本低廉的优势，预计多晶硅电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位能电地市场上占据主导地位。晶体硅太
13、阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势高效化高效化上海太阳能工程技术研究中心日本日本 京瓷（京瓷（Kyocera）公司采用了）公司采用了PECVD/SiN+表面织构化使表面织构化使15cm 15cm大面积多晶硅电池效率达大面积多晶硅电池效率达17.7，已实现商业化。已实现商业化。采用的采用的PECVDSiN钝化钝化技术对商业化多晶硅电池技术对商业化多晶硅电池的效率提高起到了关键性的效率提高起到了关键性的作用。目前此商业化多的作用。目前此商业化多晶硅电池的效率达到晶硅电池的效率达到1316。晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势高效化高效化上海太阳能工程技术研
14、究中心（1）硅片减薄）硅片减薄 硅片是晶体硅电池成本构成中的主要部分。硅片是晶体硅电池成本构成中的主要部分。降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低晶体硅太阳能电池成本的降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低晶体硅太阳能电池成本的有效技术措施，是光伏技术进步的重要方面之一有效技术措施，是光伏技术进步的重要方面之一。早期的硅片通常是用内圆锯切割，厚度约早期的硅片通常是用内圆锯切割，厚度约350-400 m，切片损，切片损耗约耗约50%左右左右。线锯发明后，不但硅片大大减薄，而线锯发明后，不但硅片大大减薄，而且且切片损耗大切片损耗大大降低大降低。目前硅片的一般厚度为目前硅片的一般厚度为180-240 m，未
15、来可以薄到，未来可以薄到150-180，甚至更薄，甚至更薄，从而大大降低成本从而大大降低成本.B：向薄片化方向发展：向薄片化方向发展晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势薄片化薄片化上海太阳能工程技术研究中心n30 多年来，太阳电池硅片厚度从多年来，太阳电池硅片厚度从70 年的年的450500 m 降低到目前的降低到目前的180240 m。硅片厚度的发展硅片厚度的发展晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势薄片化薄片化上海太阳能工程技术研究中心日本日本Sharp单晶硅组件单晶硅组件晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势薄片化薄片化
16、上海太阳能工程技术研究中心德国德国Fraunhofer-超薄多晶硅高效太阳能超薄多晶硅高效太阳能电池电池20.3%-世界记录世界记录 晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势薄片化薄片化上海太阳能工程技术研究中心澳大利亚澳大利亚Origin Energy公司高效长条薄片太阳电池（公司高效长条薄片太阳电池（Sliver Solar Cells）比目前普通晶硅太阳电池组件能够比目前普通晶硅太阳电池组件能够节省高达节省高达90%的硅的消耗，长条薄的硅的消耗，长条薄片厚度不到片厚度不到70微米，效率可以达到微米，效率可以达到19.5%，该产品还具有柔性和能够，该产品还具有柔性和能够
17、卷曲的性能卷曲的性能。晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势薄片化薄片化上海太阳能工程技术研究中心 Kyocera公司于公司于2019年年6月月11日宣布，开发了新的太阳能电池日宣布，开发了新的太阳能电池制造工艺，该工艺可在其用于制造制造工艺，该工艺可在其用于制造光伏太阳能电池光伏太阳能电池和模块用的多晶硅和模块用的多晶硅同样消费量情况下使效率提高。同样消费量情况下使效率提高。新的大规模生产工艺可使新的大规模生产工艺可使Kyocera公司制造的太阳能电池厚度减公司制造的太阳能电池厚度减薄至薄至180 m，采用了硅锭切片和晶片涂层的最新技术。，采用了硅锭切片和晶片涂层的最新
18、技术。采用这一技术可使该公司在今后采用这一技术可使该公司在今后3年内使太阳能模块生产能力翻年内使太阳能模块生产能力翻一倍以上，而使其硅的消费减少至最大限度。一倍以上，而使其硅的消费减少至最大限度。晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势薄片化薄片化上海太阳能工程技术研究中心（2）带状多晶硅制造技术）带状多晶硅制造技术 为了减少切片损失，在过去几十年里开发过很多种制造片状硅为了减少切片损失，在过去几十年里开发过很多种制造片状硅或带硅的技术。在或带硅的技术。在80年代国际上曾出现过很多种生长硅带的方法，年代国际上曾出现过很多种生长硅带的方法，但大部分都处于实验室阶段，其原因是：
19、但大部分都处于实验室阶段，其原因是：1、在高温过程中通过设备、在高温过程中通过设备引入了过多杂质，达不到要求的纯度；引入了过多杂质，达不到要求的纯度；2、在再结晶过程中要求的高、在再结晶过程中要求的高冷却速率会使晶体中产生过多的缺陷。在生长速度与硅带质量之间冷却速率会使晶体中产生过多的缺陷。在生长速度与硅带质量之间寻找平衡，其降低成本的技术难度比晶锭硅高。下边介绍几种比较寻找平衡，其降低成本的技术难度比晶锭硅高。下边介绍几种比较成熟的带硅技术。成熟的带硅技术。晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势薄片化薄片化上海太阳能工程技术研究中心限边限边喂膜（喂膜（EFG）带硅技术）
20、带硅技术 采用采用适当的适当的石墨模具电池效率石墨模具电池效率1315。该技术于。该技术于90年代初实年代初实现了商业化生产，目前属于现了商业化生产，目前属于ASE公司所有。公司所有。晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势薄片化薄片化上海太阳能工程技术研究中心 用限边喂膜法进行大批量生产时，用限边喂膜法进行大批量生产时，应满足的主要技术条件为：采用自动应满足的主要技术条件为：采用自动控制温度梯度、固液交界的新月形的高控制温度梯度、固液交界的新月形的高度及硅带的宽度等，以有效地保证晶体度及硅带的宽度等，以有效地保证晶体生长的稳定性。在模具对硅料的污染生长的稳定性。在模具对硅
21、料的污染方面进行控制。方面进行控制。该技术的工艺过程如下：采用适当的石墨模具从熔硅中直接拉出该技术的工艺过程如下：采用适当的石墨模具从熔硅中直接拉出正八角硅筒，正八角的边长比正八角硅筒，正八角的边长比10cm略长，总管径约略长，总管径约30cm，管壁厚度（，管壁厚度（硅片厚）与石墨模具毛细形状、拉制温度和速度有关，约硅片厚）与石墨模具毛细形状、拉制温度和速度有关，约200一一400 m，管长约，管长约5m。采用激光切割法将硅管切成。采用激光切割法将硅管切成10cml0cm方形硅片。方形硅片。电池工艺中采用针头注入法制备电池栅线，其它工艺与常规电池工艺电池工艺中采用针头注入法制备电池栅线，其它工
22、艺与常规电池工艺相同。相同。晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势薄片化薄片化上海太阳能工程技术研究中心枝蔓蹼状（枝蔓蹼状（WEB）带硅技术）带硅技术在表面张力的作用下在表面张力的作用下,插在熔硅中的两条枝蔓晶的中间会同时长插在熔硅中的两条枝蔓晶的中间会同时长出一层如蹼状的薄片出一层如蹼状的薄片,所以称为蹼状晶。切去两边的枝晶，用中间的所以称为蹼状晶。切去两边的枝晶，用中间的片状晶制作太阳电池。蹼状晶为各种硅带中质量最好，但其生长速度片状晶制作太阳电池。蹼状晶为各种硅带中质量最好，但其生长速度相对较慢。相对较慢。Delaware大学多晶片状硅制造技术大学多晶片状硅制造技术
23、 该技术基于液相外延工艺，衬底为可以重复使用的廉价陶该技术基于液相外延工艺，衬底为可以重复使用的廉价陶瓷。在电池制作中采用了瓷。在电池制作中采用了Al和和POCl3，吸杂和低温，吸杂和低温PECVD-Si3N4，钝化技术。，钝化技术。1cm2太阳能电池效率达到太阳能电池效率达到15.6，Delaware大学和大学和Astropower公司合作通过了中试产业化技术。公司合作通过了中试产业化技术。晶体硅太阳能电池的技术发展趋势晶体硅太阳能电池的技术发展趋势薄片化薄片化上海太阳能工程技术研究中心总结总结 晶体硅太阳能电池总体趋势：多晶硅电池由于其成本优势将会逐晶体硅太阳能电池总体趋势：多晶硅电池由于
24、其成本优势将会逐渐取代单晶硅电池，并向着高效率和薄片化发展。带来的结果是更好渐取代单晶硅电池，并向着高效率和薄片化发展。带来的结果是更好的电池性能和更低的电池价格。的电池性能和更低的电池价格。本文综述了近几年晶体硅太阳能电池进展的成果，介绍了几类典本文综述了近几年晶体硅太阳能电池进展的成果，介绍了几类典型的高效和超薄太阳能电池技术，这些电池在未来极有可能成为主导型的高效和超薄太阳能电池技术，这些电池在未来极有可能成为主导性光伏产品，我们国家光伏企业对此应予以足够的重视。性光伏产品，我们国家光伏企业对此应予以足够的重视。上海太阳能工程技术研究中心Page 29谢谢！谢谢！谢谢你的阅读v知识就是财富v丰富你的人生
