多晶硅太陽(yáng)能電池 又名：多晶硅電池

       多晶硅太陽(yáng)能電池兼具單晶硅電池的高轉(zhuǎn)換效率和長(zhǎng)壽命以及非晶硅薄膜電池的材料制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)化等優(yōu)點(diǎn)的新一代電池，其轉(zhuǎn)換效率一般為17-18%左右，稍低于單晶硅太陽(yáng)電池，沒(méi)有明顯效率衰退問(wèn)題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池。

概述

       多晶硅太陽(yáng)能電池的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)電池差不多，但是多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約17-18%左右。多晶硅片生產(chǎn)能耗低，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，與單晶硅太陽(yáng)電池相比，多晶硅太陽(yáng)電池更加經(jīng)濟(jì)。 從制作成本上來(lái)講，比單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜一些，材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。此外，多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池短。

       單晶硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)需要消耗大量的高純硅材料，而制造這些材料工藝復(fù)雜，電耗很大，在太陽(yáng)能電池生產(chǎn)總成本中己超二分之一。加之拉制的單晶硅棒呈圓柱狀，切片制作太陽(yáng)能電池也是圓片，組成太陽(yáng)能組件平面利用率低。因此，80年代以來(lái)，歐美一些國(guó)家投入了多晶硅太陽(yáng)能電池的研制。由于多晶硅內(nèi)存在明顯的晶粒界面，晶格錯(cuò)位等缺陷，其效率還比較低。還有載流子遷移率、壽命和擴(kuò)散長(zhǎng)度等，與單晶硅太陽(yáng)電池相比，多晶硅太陽(yáng)電池都低很多。

制造工藝

       太陽(yáng)電池從研究室走向工廠，實(shí)驗(yàn)研究走向規(guī)?；a(chǎn)是其發(fā)展的道路，所以能夠達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的特征應(yīng)該是：

       [1]、電池的制作工藝能夠滿足流水線作業(yè)；

       [2]、能夠大規(guī)模、現(xiàn)代化生產(chǎn)；

       [3]、達(dá)到高效、低成本。

       當(dāng)然，其主要目標(biāo)是降低太陽(yáng)電池的生產(chǎn)成本。多晶硅電池的主要發(fā)展方向朝著大面積、薄襯底。例如，市場(chǎng)上可見(jiàn)到125×125mm2、156×156mm2甚至更大規(guī)模的單片電池，厚度從原來(lái)的300微米減小到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的電池小批量生產(chǎn)的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到17.1%，該公司1998年的生產(chǎn)量達(dá)到25.4MW。

       （1）絲網(wǎng)印刷及其相關(guān)技術(shù)

       多晶硅電池的規(guī)?；a(chǎn)中廣泛使用了絲網(wǎng)印刷工藝，該工藝可用于擴(kuò)散源的印刷、正面金屬電極、背接觸電極，減反射膜層等，隨著絲網(wǎng)材料的改善和工藝水平的提高，絲網(wǎng)印刷工藝在太陽(yáng)電池的生產(chǎn)中將會(huì)得到更加普遍的應(yīng)用。

       a、發(fā)射區(qū)的形成

       利用絲網(wǎng)印刷形成PN結(jié)，代替常規(guī)的管式爐擴(kuò)散工藝。一般在多晶硅的正面印刷含磷的漿料、在反面印刷含鋁的金屬漿料。印刷完成后，擴(kuò)散可在網(wǎng)帶爐中完成（通常溫度在900度），這樣，印刷、烘干、擴(kuò)散可形成連續(xù)性生產(chǎn)。絲網(wǎng)印刷擴(kuò)散技術(shù)所形成的發(fā)射區(qū)通常表面濃度比較高，則表面光生載流子復(fù)合較大，為了克服這一缺點(diǎn)，工藝上采用了下面的選擇發(fā)射區(qū)工藝技術(shù)，使電池的轉(zhuǎn)換效率得到進(jìn)一步的提高。

       b、選擇發(fā)射區(qū)工藝

       在多晶硅電池的擴(kuò)散工藝中，選擇發(fā)射區(qū)技術(shù)分為局部腐蝕或兩步擴(kuò)散法。局部腐蝕為用干法（例如反應(yīng)離子腐蝕）或化學(xué)腐蝕的方法，將金屬電極之間區(qū)域的重?cái)U(kuò)散層腐蝕掉。最初，Solarex應(yīng)用反應(yīng)離子腐蝕的方法在同一臺(tái)設(shè)備中，先用大反應(yīng)功率腐蝕掉金屬電極間的重?fù)诫s層，再用小功率沉積一層氮化硅薄膜，該膜層發(fā)揮減反射和電池表面鈍化的雙重作用。在100cm2的多晶上作出轉(zhuǎn)換效率超過(guò)13%的電池。在同樣面積上，應(yīng)用兩部擴(kuò)散法，未作機(jī)械絨面的情況下轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16%。

       c、背表面場(chǎng)的形成

       背PN結(jié)通常由絲網(wǎng)印刷A漿料并在網(wǎng)帶爐中熱退火后形成，該工藝在形成背表面結(jié)的同時(shí)，對(duì)多晶硅中的雜質(zhì)具有良好的吸除作用，鋁吸雜過(guò)程一般在高溫區(qū)段完成，測(cè)量結(jié)果表明吸雜作用可使前道高溫過(guò)程所造成的多晶硅少子壽命的下降得到恢復(fù)。良好的背表面場(chǎng)可明顯地提高電池的開(kāi)路電壓。

       d、絲網(wǎng)印刷金屬電極

       在規(guī)?；a(chǎn)中，絲網(wǎng)印刷工藝與真空蒸發(fā)、金屬電鍍等工藝相比，更具有優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)今的工藝中，正面的印刷材料普遍選用含銀的漿料，其主要原因是銀具有良好的導(dǎo)電性、可焊性和在硅中的低擴(kuò)散性能。經(jīng)絲網(wǎng)印刷、退火所形成的金屬層的導(dǎo)電性能取決于漿料的化學(xué)成份、玻璃體的含量、絲網(wǎng)的粗糟度、燒結(jié)條件和絲網(wǎng)版的厚度。八十年度初，絲網(wǎng)印刷具有一些缺陷，Ⅰ)如柵線寬度較大，通常大于150微米；Ⅱ)造成遮光較大，電池填充因子較低；Ⅲ)不適合表面鈍化，主要是表面擴(kuò)散濃度較高，否則接觸電阻較大。如今用先進(jìn)的方法可絲網(wǎng)印出線寬達(dá)50微米的柵線，厚度超過(guò)15微米，方塊電阻為2.5~4mΩ，該參數(shù)可滿足高效電池的要求。有人在15×15平方厘米的Mc—Si上對(duì)絲網(wǎng)印刷電極和蒸發(fā)電極所作太陽(yáng)電池進(jìn)行了比較，各項(xiàng)參數(shù)幾乎沒(méi)有差距。

優(yōu)缺點(diǎn)

       多晶硅太陽(yáng)能電池以其生產(chǎn)原材料豐富、成本低、轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞,也順應(yīng)社會(huì)的需求占據(jù)了太陽(yáng)能電池市場(chǎng)的主要份額。 [3]重心已由單晶向多晶方向發(fā)展，主要原因?yàn)椋?/p>

       [1]、可供應(yīng)太陽(yáng)電池的頭尾料愈來(lái)愈少；

       [2]、 對(duì)太陽(yáng)電池來(lái)講，方形基片更合算，通過(guò)澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料；

       [3]、多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷取得進(jìn)展，全自動(dòng)澆鑄爐每生產(chǎn)周期（50小時(shí)）可生產(chǎn)200公斤以上的硅錠，晶粒的尺寸達(dá)到厘米級(jí)；

       [4]、由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展很快，其中工藝也被應(yīng)用于多晶硅電池的生產(chǎn)，例如選擇腐蝕發(fā)射結(jié)、背表面場(chǎng)、腐蝕絨面、表面和體鈍化、細(xì)金屬柵電極，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可使柵電極的寬度降低到50微米，高度達(dá)到15微米以上，快速熱退火技術(shù)用于多晶硅的生產(chǎn)可大大縮短工藝時(shí)間，單片熱工序時(shí)間可在一分鐘之內(nèi)完成，采用該工藝在100平方厘米的多晶硅片上作出的電池轉(zhuǎn)換效率超過(guò)14%。據(jù)報(bào)道，在50～60微米多晶硅襯底上制作的電池效率超過(guò)16%。利用機(jī)械刻槽、絲網(wǎng)印刷技術(shù)在100平方厘米多晶上效率超過(guò)17%，無(wú)機(jī)械刻槽在同樣面積上效率達(dá)到16%，采用埋柵結(jié)構(gòu)，機(jī)械刻槽在130平方厘米的多晶上電池效率達(dá)到15.8%。  

性能測(cè)試條件

       （1）由于太陽(yáng)能組件的輸出功率取決于太陽(yáng)輻照度和太陽(yáng)能電池溫度等因素，因此太陽(yáng)能電池組件的測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)條件下（STC）進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)條件定義為： 大氣質(zhì)量AM1.5， 光照強(qiáng)度1000W/m2，溫度25℃。

       （2）在該條件下，太陽(yáng)能電池組件所輸出的最大功率稱為峰值功率，在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽(yáng)能模擬儀測(cè)定。影響太陽(yáng)能電池組件輸出性能的主要因素有以下幾點(diǎn)：

       1）負(fù)載阻抗

       2）日照強(qiáng)度

       3）溫度

       4）陰影

電池板壽命

       太陽(yáng)能電池板廠家提供的數(shù)據(jù)是包用25年。

功率計(jì)算

       太陽(yáng)能交流發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成；太陽(yáng)能直流發(fā)電系統(tǒng)則不包括逆變器。為了使太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)能為負(fù)載提供足夠的電源，就要根據(jù)用電器的功率，合理選擇各部件。下面以100W輸出功率，每天使用6個(gè)小時(shí)為例，介紹一下計(jì)算方法：

       1.首先應(yīng)計(jì)算出每天消耗的瓦時(shí)數(shù)(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為90%，則當(dāng)輸出功率為100W時(shí)，則實(shí)際需要輸出功率應(yīng)為100W/90%=111W；若按每天使用5小時(shí)，則耗電量為111W*5小時(shí)=555Wh。

       2.計(jì)算太陽(yáng)能電池板：按每日有效日照時(shí)間為6小時(shí)計(jì)算，再考慮到充電效率和充電過(guò)程中的損耗，太陽(yáng)能電池板的輸出功率應(yīng)為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過(guò)程中，太陽(yáng)能電池板的實(shí)際使用功率。