多晶硅太阳能电池

       多晶硅太阳能电池兼具单晶硅电池的高转换效率和长寿命以及非晶硅薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点的新一代电池，其转换效率一般为17-18%左右，稍低于单晶硅太阳电池，没有明显效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池。

概述

       多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约17-18%左右。多晶硅片生产能耗低，生产过程无污染，与单晶硅太阳电池相比，多晶硅太阳电池更加经济。 从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。

       单晶硅太阳能电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料，而制造这些材料工艺复杂，电耗很大，在太阳能电池生产总成本中己超二分之一。加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状，切片制作太阳能电池也是圆片，组成太阳能组件平面利用率低。因此，80年代以来，欧美一些国家投入了多晶硅太阳能电池的研制。由于多晶硅内存在明显的晶粒界面，晶格错位等缺陷，其效率还比较低。还有载流子迁移率、寿命和扩散长度等，与单晶硅太阳电池相比，多晶硅太阳电池都低很多。

制造工艺

       太阳电池从研究室走向工厂，实验研究走向规模化生产是其发展的道路，所以能够达到工业化生产的特征应该是：

       [1]、电池的制作工艺能够满足流水线作业；

       [2]、能够大规模、现代化生产；

       [3]、达到高效、低成本。

       当然，其主要目标是降低太阳电池的生产成本。多晶硅电池的主要发展方向朝着大面积、薄衬底。例如，市场上可见到125×125mm2、156×156mm2甚至更大规模的单片电池，厚度从原来的300微米减小到250、200及200微米以下。效率得到大幅度的提高。日本京磁（Kyocera）公司150×150的电池小批量生产的光电转换效率达到17.1%，该公司1998年的生产量达到25.4MW。

       （1）丝网印刷及其相关技术

       多晶硅电池的规模化生产中广泛使用了丝网印刷工艺，该工艺可用于扩散源的印刷、正面金属电极、背接触电极，减反射膜层等，随着丝网材料的改善和工艺水平的提高，丝网印刷工艺在太阳电池的生产中将会得到更加普遍的应用。

       a、发射区的形成

       利用丝网印刷形成PN结，代替常规的管式炉扩散工艺。一般在多晶硅的正面印刷含磷的浆料、在反面印刷含铝的金属浆料。印刷完成后，扩散可在网带炉中完成（通常温度在900度），这样，印刷、烘干、扩散可形成连续性生产。丝网印刷扩散技术所形成的发射区通常表面浓度比较高，则表面光生载流子复合较大，为了克服这一缺点，工艺上采用了下面的选择发射区工艺技术，使电池的转换效率得到进一步的提高。

       b、选择发射区工艺

       在多晶硅电池的扩散工艺中，选择发射区技术分为局部腐蚀或两步扩散法。局部腐蚀为用干法（例如反应离子腐蚀）或化学腐蚀的方法，将金属电极之间区域的重扩散层腐蚀掉。最初，Solarex应用反应离子腐蚀的方法在同一台设备中，先用大反应功率腐蚀掉金属电极间的重掺杂层，再用小功率沉积一层氮化硅薄膜，该膜层发挥减反射和电池表面钝化的双重作用。在100cm2的多晶上作出转换效率超过13%的电池。在同样面积上，应用两部扩散法，未作机械绒面的情况下转换效率达到16%。

       c、背表面场的形成

       背PN结通常由丝网印刷A浆料并在网带炉中热退火后形成，该工艺在形成背表面结的同时，对多晶硅中的杂质具有良好的吸除作用，铝吸杂过程一般在高温区段完成，测量结果表明吸杂作用可使前道高温过程所造成的多晶硅少子寿命的下降得到恢复。良好的背表面场可明显地提高电池的开路电压。

       d、丝网印刷金属电极

       在规模化生产中，丝网印刷工艺与真空蒸发、金属电镀等工艺相比，更具有优势，在当今的工艺中，正面的印刷材料普遍选用含银的浆料，其主要原因是银具有良好的导电性、可焊性和在硅中的低扩散性能。经丝网印刷、退火所形成的金属层的导电性能取决于浆料的化学成份、玻璃体的含量、丝网的粗糟度、烧结条件和丝网版的厚度。八十年度初，丝网印刷具有一些缺陷，Ⅰ)如栅线宽度较大，通常大于150微米；Ⅱ)造成遮光较大，电池填充因子较低；Ⅲ)不适合表面钝化，主要是表面扩散浓度较高，否则接触电阻较大。如今用先进的方法可丝网印出线宽达50微米的栅线，厚度超过15微米，方块电阻为2.5~4mΩ，该参数可满足高效电池的要求。有人在15×15平方厘米的Mc—Si上对丝网印刷电极和蒸发电极所作太阳电池进行了比较，各项参数几乎没有差距。

优缺点

       多晶硅太阳能电池以其生产原材料丰富、成本低、转换效率高、稳定性好等优点而备受青睐,也顺应社会的需求占据了太阳能电池市场的主要份额。 [3]重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为：

       [1]、可供应太阳电池的头尾料愈来愈少；

       [2]、 对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；

       [3]、多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；

       [4]、由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米，高度达到15微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过14%。据报道，在50～60微米多晶硅衬底上制作的电池效率超过16%。利用机械刻槽、丝网印刷技术在100平方厘米多晶上效率超过17%，无机械刻槽在同样面积上效率达到16%，采用埋栅结构，机械刻槽在130平方厘米的多晶上电池效率达到15.8%。  

性能测试条件

       （1）由于太阳能组件的输出功率取决于太阳辐照度和太阳能电池温度等因素，因此太阳能电池组件的测量在标准条件下（STC）进行，标准条件定义为： 大气质量AM1.5， 光照强度1000W/m2，温度25℃。

       （2）在该条件下，太阳能电池组件所输出的最大功率称为峰值功率，在很多情况下，组件的峰值功率通常用太阳能模拟仪测定。影响太阳能电池组件输出性能的主要因素有以下几点：

       1）负载阻抗

       2）日照强度

       3）温度

       4）阴影

电池板寿命

       太阳能电池板厂家提供的数据是包用25年。

功率计算

       太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。下面以100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法：

       1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)：若逆变器的转换效率为90%，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90%=111W；若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。

       2.计算太阳能电池板：按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。