影响晶体硅太阳能电池片效率的因素分析及改善措施_张希堂

３ ６ 影响晶体硅太阳能电池片效率的因素分析及改善措施张希堂 １ ， 任明淑 ２（ １ ． 中国乐凯集团有限公司 ， 保定 ０ ７ １ ０ ５ ４ ；２ ． 中国乐凯胶片集团股份有限公司 研究开发部 ， 保定 ０ ７ １ ０ ５ ４ ）摘 要 光电转换效率是晶体硅太阳能电池的核 心 技 术 指 标 。 本 文 分 析 了 影 响 晶 体 硅 太 阳 能 电 池 效 率 的 主要因素 光学损失和电学损失 ， 总结了改善光学损 失 和 电 学 损 失 的 技 术 措 施 。 目 前 业 界 在 太 阳 能 电 池 技 术 发 展的重点在于改良现有制程与高效率的新结构 。 在太阳 能 电 池 效 率 的 提 升 上 必 须 仰 赖 更 密 切 的 产 学 合 作 、 商 讨 才能够达到最佳经济效益 ， 寻找到有效提升太阳能电池转换效率的方法 。关键词 光电转换效率 ； 光学损失 ； 电学损失 ； 欧姆接触中图分类号 Ｔ Ｑ １ ５ 文献标准码 Ａ 文章编号 １ ０ ０ ９ － ５ ６ ２ ４ － （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ０ ３ ６ － ０ ７收稿日期 ２ ０ １ ３ － ０ ７ － ２ ６作者 简 介 张 希 堂 （ １ ９ ６ ５ － ） ， 男 ， 邯 郸 人 ， 高 工 ， 现 主 要 从 事 专 利 管 理工作 。１ 引言随着煤 、 石 油 等 传 统 能 源 的 日 益 枯 竭 和 环 境污染的加 剧 ， 新 型 清 洁 能 源 受 到 了 人 们 的 重 视 ，其中最受 瞩 目 的 当 属 太 阳 能 电 池 。 太 阳 能 电 池 是可以直接 将 光 转 换 为 电 能 的 装 置 ， 且 转 换 过 程 中不产生任 何 污 染 。 晶 体 硅 太 阳 能 电 池 是 目 前 多 种太阳能电池中技术最为成熟 、 光 电转换效率最高 、应用最为 广 泛 的 一 种 ， 目 前 国 外 单 晶 硅 太 阳 能 电池实验室转 换 效 率 最 高 已 达 到 ２ ４ ． ７ ％ ， 多 晶 硅 太阳能电池达 到 １ ９ ． ８ ％ 。 晶 体 硅 （ 多 晶 和 单 晶 ） 占据主流市场地位 ， 未来 １ ０ ～ １ ５ 年 将仍然以晶体硅为主 。２ 太阳能电池结构简介太阳能电 池 是 一 种 利 用 光 电 转 换 效 应 把 光 能直接转变为 电 能 的 半 导 体 器 件 。 目 前 ， 晶 体 硅 太阳能电池制 造 工 艺 多 基 于 Ｐ 型 硅 晶 片 ， 经 由 硅 片清洗 、 绒面织构 、 热扩散制 Ｐ ｎ 结 、 等离子增强型化 学 气 相 沉 积 （ Ｐ Ｅ Ｃ Ｖ Ｄ ） 制 氮 化 硅 减 反 射 膜 、正 、 背面厚 膜 浆 料 丝 网 印 刷 及 烧 结 制 金 属 化 电 极等一系列过程来实现 。为了使 硅 太 阳 电 池 产 生 的 电 能 可 以 输 出 ， 必须在电池上 制 作 正 、 负 两 个 电 极 。 晶 硅 太 阳 能 电池片生产需使用 ３ 种烧结浆料作为电极材料 背铝浆 、 背银浆 、 正银浆 。 ３ 种浆料均使用丝网印刷法印制在硅 片 表 面 ， 并 经 过 干 燥 烧 结 形 成 金 属 化 电极 。 其中背铝 浆 烧 结 后 ， 背 铝 浆 中 的 铝 粉 与 硅 材料发生合 金 共 熔 ， 形 成 Ｐ Ｐ ＋ 冶 金 结 ， 即 背 电 场DOI10.16009/j.cnki.cn13-1295/tq.2013.04.011３ ７ （ Ｂ Ｓ Ｆ ） 。 背银浆用于电池背面印刷 ， 烧结形成的电极与铝背 场 形 成 良 好 的 导 电 接 触 。 正 面 电 极 分 为栅电极线 和 主 电 极 线 ， 都 是 由 正 银 浆 印 刷 烧 结 而成 。 栅线 主 要 是 吸 收 光 能 ， 产 生 载 流 子 ； 而 主 电极主要 是 收 集 载 流 子 ， 并 使 电 池 片 与 外 部 线 路连接 。要判别 一 个 太 阳 电 池 性 能 的 好 坏 ， 最 重 要 的就是转换 效 率 ， 光 电 转 换 效 率 是 晶 体 硅 太 阳 能 电池的核心技术指标 。 太阳能电池转换效率受到光吸收 、 载流 子 输 运 、 载 流 子 收 集 的 限 制 。 只 有 尽 量减少损失才能开发出效率足够高的太阳能电池 。３ 影 响 晶 体 硅 太 阳 能 电 池 效 率 的 因素分析太阳光之所以仅有 很少的百 分比转换为电能 ，原因归结于 不 管 是 哪 一 种 材 料 的 太 阳 能 电 池 都 不能将全部 的 太 阳 光 转 换 为 电 能 。 晶 体 硅 太 阳 电 池的光谱敏感 最 大 值 没 有 与 太 阳 辐 射 的 强 度 最 大 值完全重合 。 在 光 能 临 界 值 之 上 一 个 光 量 子 只 产 生一个电 子 空 穴 对 ， 余 下 的 能 量 又 被 转 换 为 未利用的热量 。 由 于 光 的 反 射 ， 阳 光 中 的 一 部 分 不能进入电池中 。 随温度升高 ， 在 Ｐ Ｎ 结附近的厚度减少 ， 从而 电 池 的 转 换 效 率 就 会 下 降 ， 所 以 电池的转换效率在冬季要高于炎热的夏天 ［ １ ］ 。太阳能 电 池 转 换 效 率 受 到 光 吸 收 、 载 流 子 输运 、 载流子收集的限 制 。 对 于 单 晶 硅 太 阳 能 电 池 ，由于上光子带隙的多余能量透射给下带隙的光子 ，其转换效率 的 理 论 最 高 值 是 ２ ８ ％ 。 只 有 尽 量 减 少损失才能开发出效率足够高的太阳能电池 。影响晶体 硅 太 阳 能 电 池 转 换 效 率 的 原 因 主 要来自 两 个 方 面 ， 光 学 损 失 和 电 学 损 失 ［ ２ ］ 。 如 图 １所示 图 １ 普通太阳能电池多种损失机制Ｆ ｉ ｇ １ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｓ ｓ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ３ ． １ 光学损失 ， 包括 电 池 前 表 面反射损 失 、 接触栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失 。当光线 照 射 太 阳 能 电 池 表 面 时 ， 一 部 分 光 被硅基片吸收 ， 一 部 分 光 被 硅 基 片 反 射 ； 未 经 处 理的硅太阳能 电 池 只 能 吸 收 ６ ７ ． ４ ％ 的 阳 光 ， 这 意 味着近三分 之 一 的 阳 光 被 反 射 掉 了 ， 从 经 济 和 效 率的角度来 看 ， 这 种 情 况 已 经 成 为 太 阳 能 吸 收 的 一个主要障碍 。由于电池 的 正 面 被 接 触 发 射 极 的 金 属 栅 线 电极所覆盖 ， 由此遮蔽阳光而造成一部分光学损失 。３ ８ 普通硅基电 池 的 正 面 遮 光 面 积 一 般 在 ７ ％ 左 右 ［ ３ ］ ，如果能够进 一 步 减 少 遮 光 损 失 则 可 直 接 提 高 效 率和降低银浆耗量 。太阳光中包含了多种不同波长的光 ， 多 （ 单 ） 晶硅的能带宽度为 １ ． １ ｅ Ｖ ， 所以其光谱响应范围为紫外到约 １ １ ０ ０ ｎ ｍ 波长的范围 。 一般考虑的范围是 ４ ０ ０ ８ ０ ０ ｎ ｍ 左右 ， 由于电池材料本身的光谱响应特性 ， 对应波长大于 １ ． １ μ ｍ 的光透过 ， 波长小于 １ ． １ μ ｍ 的光子能量大于 Ｅ ｇ ， 一个光子只产生一个电子 ， 多余能量变热量 ， 造成了这部分的能量损失 ， 从而降低了少子的寿命和扩散长度 ， 影响了转换效率 ［ ４ ］ 。３ ． ２ 电学损失 ， 它包括半导体表面及体内的光生载流子复合损失及半导体和金属栅线的接触电阻损失 。这其中 最 关 键 的 是 降 低 光 生 载 流 子 的 复 合 ，它直接影 响 太 阳 能 电 池 的 开 路 电 压 。 光 生 载 流 子的复合主要 是 由 于 高 浓 度 的 扩 散 层 在 前 表 面 引 入大量的复合 中 心 。 此 外 ， 当 少 数 载 流 子 的 扩 散 长度与硅片 的 厚 度 相 当 或 超 过 硅 片 厚 度 时 ， 背 表 面的复合速度对太阳能电池特性的影响也很明显 。在任何 一 个 实 际 的 太 阳 电 池 中 ， 都 存 在 着 串联电阻 ， 其来 源 可 以 是 引 线 、 金 属 接 触 栅 或 电 池体电阻 。 不过 通 常 情 况 下 ， 串 联 电 阻 主 要 包 括 半导体材料 的 体 电 阻 、 金 属 电 极 体 电 阻 和 正 背 面 金属电极与 半 导 体 材 料 的 接 触 电 阻 三 部 分 。 串 联 电阻增大 ， 会降 低 电 池 片 的 短 路 电 流 ， 从 而 影 响 电池片的转换效率 。引起串联 电 阻 增 大 的 因 素 主 要 有 以 下 几 个 方面 原始硅片 电 阻 率 偏 大 ； 硅 片 扩 散 方 块 电 阻 偏大 ； 印 刷 时 浆 料 出 现 虚 印 ； 浆 料 配 方 存 在 缺 陷 ；浆料与烧结工艺不匹配等 。对电池 片 而 言 ， 始 终 是 有 一 些 有 害 的 杂 质 和缺陷的 ， 有些 是 材 料 本 身 就 有 的 ， 也 有 的 是 工 艺中形成的 ， 这 些 有 害 的 杂 质 和 缺 陷 可 以 起 到 复 合图 ２ 效率对串联电阻的拟合曲线Ｆ ｉ ｇ ２ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｔ ｆ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｔ ｏ ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ中心的作用 ， 可以虏 获 空 穴 和 电 子 ， 使 它 们 复 合 ，复合的过 程 始 终 伴 随 着 载 流 子 的 定 向 移 动 ， 必 然会有微小 的 电 流 产 生 ， 这 些 电 流 对 测 试 所 得 的 暗电流的值 是 有 贡 献 的 ， 由 薄 层 贡 献 的 部 分 称 之 为薄层漏电流 ， 由体区贡献的部分称之为体漏电流 。电池边缘 漏 电 、 电 池 表 面 污 浊 或 耗 尽 区 内 的 复 合电流构成 了 电 池 的 并 联 电 阻 。 并 联 电 阻 使 光 生 电流产生反向 分 流 ， 降 低 工 作 电 压 ， 严 重 影 响 电 池片的填充因 子 。 而 并 联 电 阻 越 大 ， 漏 电 流 也 就 越小 ， 电池片的 开 路 电 压 越 大 ， 有 利 于 提 高 电 池 片的转换效率 。引起并联电阻小的因素主要有以下几个方面 片源本身金 属 杂 质 含 量 过 高 或 缺 陷 密 度 过 大 导 致体内漏电 ； 硅 片 边 缘 蚀 刻 不 彻 底 或 蚀 刻 过 宽 ； 由于背面印刷铝浆 过 程 污 染 正 面 ， 导 致 Ｐ Ｎ 结 烧 穿 ；硅片方阻和 烧 结 不 匹 配 或 银 浆 料 与 烧 结 不 匹 配 导致的 Ｐ Ｎ 结烧穿等 ［ ５ ］ 。４ 提 高 晶 硅 太 阳 能 电 池 转 换 效 率 的方法４ ． １ 减少光学损失的办法（ １ ） 光 陷 阱 结 构 一 般 晶 硅 电 池 采 用 化 学 腐３ ９ 蚀制绒技术 ， 采 用 选 择 性 腐 蚀 溶 液 ， 利 用 腐 蚀 液对各个晶 面 腐 蚀 速 率 的 不 同 ， 形 成 非 均 匀 腐 蚀 ，在硅表面 形 成 类 似 金 字 塔 形 状 的 绒 面 。 制 得 绒 面的反射率可 达 到 ２ ０ ％ 。 依 靠 表 面 金 字 塔 形 的 方 锥结构 ， 对光进行多次 反 射 ， 不 仅 减 少 了 反 射 损 失 ，而且改变 了 光 在 硅 中 的 前 进 方 向 ， 延 长 了 光 程 ，增加了光 生 载 流 子 的 产 量 ； 曲 折 的 绒 面 又 增 加 了ｐ ｎ 结面 积 ， 从 而 增 加 对 光 生 载 流 子 的 收 集 率 ；并改善了电池的红光响应 ［ ６ ］ 。目前较为 先 进 的 制 绒 技 术 是 反 应 等 离 子 蚀 刻技术 （ Ｒ Ｉ Ｅ ） ， 该技术的优点是和晶硅的晶向无关 ，适用于较 薄 的 硅 片 ， 通 常 使 用 Ｓ Ｆ ６ ／ Ｏ ２ 混 合 气 体 ，在蚀刻过程中 ， Ｆ 自由基对硅进行化学蚀刻形成可挥发的 Ｓ ｉ Ｆ ４ ， Ｏ 自 由 基 形 成 Ｓ ｉ ｘ Ｏ ｙ Ｆ ｚ 对 侧 墙 进 行钝化处理 ， 形 成 绒 面 结 构 。 目 前 韩 国 周 星 公 司 应用该 技 术 的 设 备 可 制 得 绒 面 反 射 率 低 于 在 ２ ％ ～２ ０ ％ 范围 ［ ７ ］ 。（ ２ ） 减反 射 膜 减 少 太 阳 能 电 池 入 射 光 的 表面反射 ， 是电池设计和 制造最重 要组成部分之一 。为了进一 步 减 少 表 面 反 射 ， 还 需 要 沉 积 一 层 减 反射膜 。 它的基本原理是用一种厚为 １ ／ ４ 波长 、 折射率等于 ｎ （ ｎ 为 Ｓ ｉ 的折射率 ） 的涂层涂覆于硅基材表面 ， 可以 使 入 射 光 产 生 的 各 级 反 射 相 互 间 进 行干 涉 从 而 完 全 抵 消 。 可 以 采 用 Ｔ ｉ Ｏ ２ 、 Ｓ ｉ Ｏ ２ 、Ｓ ｎ Ｏ ２ 、 Ｚ ｎ Ｓ 、 Ｍ ｇ Ｆ ２ 单层或双 层 减 反 射 膜 。 在 制 好绒面的电池 表 面 上 蒸 镀 减 反 射 膜 后 可 以 使 反 射 率降至 ２ ％ 左右 。 现在工业生产 中广泛使 用 Ｐ Ｅ Ｃ Ｖ Ｄ设备在硅片表面淀积一层 Ｓ ｉ Ｎ ｘ 作为减反射膜 ， 由于 Ｐ Ｅ Ｃ Ｖ Ｄ 淀积 Ｓ ｉ Ｎ ｘ 时 ， 不光是生长 Ｓ ｉ Ｎ ｘ 作为减反射膜 ， 同时 生 成 了 大 量 的 原 子 氢 ， 这 些 氢 原 子能对多晶硅片具有表面钝化和体 钝化的双重作用 ，有效降低 了 载 流 子 的 复 合 ， 提 高 了 电 池 的 短 路 电流和开路电压 ， 效率也有相当的提高 ［ ８ ］ 。德国夫朗 霍 费 莱 堡 太 阳 能 系 统 研 究 所 采 用 光刻照相技 术 将 电 池 表 面 织 构 化 ， 制 成 倒 金 字 塔 结构 。 并在表面把一 １ ３ ｎ ｍ 厚的氧化物钝化层与两层减反射涂 层 相 结 合 。 在 电 镀 过 程 中 增 加 栅 极 的 宽度和高度的比率 ， 制得的电池转化效率超过 ２ ３ ％ ，最大值可达 ２ ３ ． ３ ％ ［ ９ ］ 。（ ３ ） 电极形状在前表 面 上 的 金 属 栅 线 不 能 透 过 阳 光 ， 为 了最大程度 的 利 用 太 阳 光 ， 金 属 栅 的 遮 挡 的 面 积 应最小 。 一般 把 不 透 光 的 金 属 栅 做 成 又 密 又 细 的 手指状 （ ｆ ｉ ｎ ｇ ｅ ｒ ） （ 图 三 ） 或是网状 ， 经过层层反射 ，可使大部 分 的 入 射 光 都 能 进 入 半 导 体 材 料 中 ， 并有效克服扩散层的方块电阻 ［ １ ０ ］ 。图 ３ 手指状栅线电极Ｆ ｉ ｇ ３ Ｆ ｉ ｎ ｇ ｅ ｒ ｇ ａ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ４ ． ２ 减少电学损失的办法（ １ ） 钝化 层 钝 化 工 艺 可 以 有 效 地 减 弱 光 生载流子在 某 些 区 域 的 复 合 。 一 般 高 效 太 阳 电 池 可采用热氧 钝 化 、 原 子 氢 钝 化 ， 或 利 用 磷 、 硼 、 铝表面扩散 进 行 钝 化 。 热 氧 钝 化 是 在 电 池 的 正 面 和背面形成 氧 化 硅 膜 ， 可 以 有 效 地 阻 止 载 流 子 在 表面处的复 合 。 原 子 氢 钝 化 是 因 为 硅 的 表 面 有 大 量的悬挂键 ， 这些悬挂键是载流子的有效复合中心 ，而原子氢可 以 中 和 悬 挂 键 ， 所 以 减 弱 了 复 合 。 最有效的钝化是沉积 Ｓ ｉ Ｎ ｘ 前先热生长一层 Ｓ ｉ Ｏ ２ 钝化层 ， 用氧原子 将 硅 表 面 的 悬 挂 件 封 闭 起 来 ， 可 以有效地阻止载流子的复合 ［ １ １ ］ 。（ ２ ） 增加 背 场 如 在 Ｐ 型 材 料 的 电 池 中 ， 背４ ０ 面印刷铝背 场 ， 在 烧 结 过 程 中 Ｓ ｉ 与 Ａ Ｌ 形 成 合 金共熔体 ， Ｓ ｉ 与 Ａ Ｌ 的共熔体在降温时 ， Ｓ ｉ 与 Ａ Ｌ 重新结晶 析 出 ， 析 出 的 硅 形 成 高 掺 杂 Ａ Ｌ （ ～ ３ ＊１ ０ １ ８ ） 的 Ｐ ＋ 层 ， 与 Ｐ 型 基 区 构 成 Ｐ ＋ ／ Ｐ 高 低 结 ，形成 Ｐ ＋ ／ Ｐ 的结构 ， 在 Ｐ ＋ ／ Ｐ 的界面就产生了一个由 Ｐ 区指向 Ｐ ＋ 的内建电场 。 由于内建电场所分离出的光生载 流 子 的 积 累 ， 形 成 一 个 以 Ｐ ＋ 端 为 正 ，Ｐ 端为负的光生电压 ， 这个光生电压与电池结构本身的 Ｐ Ｎ 结两端的光生电压极性相同 ， 从而提高了开路电压 Ｖ ｏ ｃ 。 同时由于背电场的存在 ， 使光生载流子受到 加 速 ， 这 也 可 以 看 作 是 增 加 了 载 流 子 的有效扩散 长 度 ， 因 而 增 加 了 这 部 分 少 子 的 收 集 几率 ， 短路电流 Ｊ ｓ ｃ 也就得到提高 ［ １ ２ ］ 。图 ４ 背场 Ｐ ＋ ／ Ｐ 的结构Ｆ ｉ ｇ ４ Ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ Ｂ Ｓ Ｆ（ ３ ） 最佳的前场效果太阳能正 面 银 浆 的 质 量 和 性 能 对 提 高 硅 太 阳能电池的 效 率 起 着 非 常 重 要 的 作 用 ， 在 硅 光 伏 业界 ， 电池效率的提高约为每年 ０ ． ５ ％ ， 主要来自金属化浆料方 面 ， 尤 其 是 正 面 银 浆 ， 这 已 被 公 众 所认可 。太阳能 电 池 正 银 浆 料 ， 是 根 据 电 池 表 面 扩 散薄层方块 电 阻 、 扩 散 结 深 以 及 表 面 减 反 射 膜 厚 度与密度等 开 发 的 专 用 浆 料 ， 采 用 高 品 质 超 细 银 粉作为导电 功 能 相 、 超 细 玻 璃 粉 作 为 无 机 粘 接 相 、独特的掺杂相和优化的有机物作 为载体配制而成 。为达到 最 佳 的 前 场 效 果 ， 正 银 浆 料 应 具 备 以 下要求 ａ ． 浆料的 粘 度 、 流 平 性 、 触 变 性 要 好 ， 具 有优异的丝 网 印 刷 性 能 ， 制 备 的 电 极 和 栅 线 高 宽 比大 、 光滑 度 和 平 整 度 高 ， 确 保 厚 膜 不 断 线 、 不 堆积 、 无瑕疵 ， 适用 于 电 池 正 面 电 极 和 栅 线 厚 膜 的高速 、 高分辨率的丝网印刷工艺要求 ；ｂ ． 浆料在烧 结 过 程 中 能 有 效 穿 透 氮 化 硅 减 反射层 ， 在优化 的 掺 杂 相 作 用 下 ， 使 得 电 池 主 电 极和栅线与硅基板具有良好的欧姆接触特性 ；ｃ ． 正银浆 料 工 艺 窗 口 宽 ， 满 足 快 速 烘 干 和 烧结工艺不同特性的要求 ；ｄ ． 在获得 稳 定 高 效 的 光 电 转 换 效 率 ， 达 到 太阳能电 池 开 路 电 压 、 短 路 电 流 、 填 充 因 子 、 并 联电阻 、 串联电 阻 的 最 佳 匹 配 效 果 的 同 时 ， 还 必 须兼容良好的 导 电 性 、 可 靠 的 附 着 力 、 优 良 的 可 焊性 、 良好的线膨胀系数匹配性 。（ ４ ） 浅结设计太阳能电 池 的 浅 结 结 构 是 实 现 高 效 太 阳 能 电池的有效途径之一 。 通常所说的浅结结构是指 Ｐ Ｎ结结深小于 ０ ． ３ μ ｍ 。 波 长 越 短 ， 光 的 吸 收 系 数 越大 ， 在硅片中 被 吸 收 的 位 置 越 靠 近 光 照 表 面 。 利用浅结设计 可 以 显 著 降 低 太 阳 能 电 池 表 面 少 数 载流子的复合速度 ， 提高短波段的光谱响应 ［ １ ３ ］ 。图 ５ 少子寿命与掺杂量的关系Ｆ ｉ ｇ ５ Ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｄ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ ａ ｍ ｏ ｕ ｎ ｔ ｔ ｏｍ ｉ ｎ ｏ ｒ ｉ ｔ ｙ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ｌ ｉ ｆ ｅ ｔ ｉ ｍ ｅ但浅结 设 计 与 丝 网 印 刷 工 艺 的 矛 盾 是 浅 结的实现需 要 低 浓 度 掺 杂 扩 散 ， 硅 片 的 表 面 掺 杂 浓度过低将 使 上 电 极 与 硅 之 间 的 接 触 电 阻 增 大 ， 也４ １ 图 ６ 载流子收集几率和产生几率与电池片位置的关系Ｆ ｉ ｇ ６ Ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｂ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ不能再屏蔽 金 属 － 硅 接 触 区 的 严 重 复 合 ， 且 结 深过浅容易被 烧 穿 。 并 且 方 阻 越 高 ， 需 要 越 密 的 栅线与之配合 。 这 其 中 有 两 个 难 点 其 一 是 高 方 阻均匀性的控 制 ， 其 二 是 银 浆 的 选 择 ， 需 要 综 合 考虑银浆的导 电 特 性 、 粘 度 等 ， 使 之 符 合 密 栅 高 方阻的印刷烧结 。（ ５ ） 高效晶体硅电池技术提高太阳 能 电 池 的 转 换 效 率 是 太 阳 光 电 产 业的重中之重 ， 一般太阳能电池效率提升 １ ％ ， 成本可下降 ７ ％ 。 目前业界在太阳能电池技术发展的重点在于改 良 现 有 制 程 与 高 效 率 的 新 结 构 ， 前 者 如Ｂ Ｓ Ｆ 结构 、 Ｓ ｈ ａ ｌ ｌ ｏ ｗ Ｊ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ 、 Ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｅ ｍ ｉ ｔ ｔ ｅ ｒ 等技术 ， 后者如 Ｓ ａ ｎ ｙ ｏ 之 Ｈ Ｉ Ｔ 结构电池 、 Ｓ ｕ ｎ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ之 Ｉ Ｂ Ｃ 背 电 极 接 触 电 池 、 Ｓ ｏ ｌ ｌ ａ ｎ ｄ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ 之 ＭＷＴ电池 、 新 南 威 尔 士 大 学 的 Ｐ Ｅ Ｒ Ｌ 电 池 等 ， 其 中Ｐ Ｅ Ｒ Ｌ 电池 效 率 达 到 ２ ４ ． ７ ％ ， 接 近 理 论 值 ， 是 迄今为止的最高记录 ［ １ ４ ］ 。目前实验室 所 制 造 出 的 太 阳 电 池 ， 其 转 换 效率几乎可 以 达 到 最 佳 的 水 平 ， 只 可 惜 他 们 的 制 造过程多半过 于 复 杂 ， 量 产 不 易 ； 且 实 验 室 是 在 最佳条件之 下 制 造 太 阳 电 池 ， 实 际 量 产 则 须 考 量 许多不可抗拒因素 。 而要如何制造才能提升太阳电池的转换效率 ， 一 直 是 学 术 界 努 力 的 目 标 。 主 要 的做法有 减少 太 阳 能 电 池 的 厚 度 、 降 低 电 池 与 接线的电阻 以 提 高 模 块 的 转 换 效 率 、 将 太 阳 电 池 制成串叠型电池 （ ｔ ａ ｎ ｄ ｅ ｍ ｃ ｅ ｌ ｌ ） 、 抗 反 射 层 技 术 的 提升 、 电池外型 的 改 变 （ 如 表 面 粗 化 处 理 、 电 极 形状 ） 以 增 加 阳 光 入 射 量 、 太 阳 光 版 的 角 度 调整等 ［ １ ５ ］ 。然而 ， 在研究 过 程 中 发 现 ， 许 多 影 响 太 阳 能电池转换 效 率 的 因 素 与 改 善 方 法 中 ， 理 论 和 实 际运用上会有 不 小 的 冲 突 （ 如 太 阳 能 电 池 的 薄 度在制造上的困难 ） ， 所以不难看出 ， 在太阳能电池效率的提 升 上 仍 须 仰 赖 更 密 切 的 产 学 合 作 、 商 讨才能够达 到 最 佳 经 济 效 益 ， 寻 找 到 有 效 提 升 太 阳能电池转换效率的方法 。５ 结束语光电转换 效 率 是 晶 体 硅 太 阳 能 电 池 的 核 心 技术指标 ， 各 研 究 院 校 和 企 业 都 纷 纷 投 入 极 大 的 人力物力财力去攻关突破 。 不论是单晶硅或多晶硅 ，在量产的 效 率 上 都 还 有 相 当 幅 度 的 进 步 空 间 。 大面积 、 薄片化 、 高 效 率 以 及 高 自 动 化 集 约 生 产 将是光伏硅 电 池 工 业 的 发 展 趋 势 。 通 过 降 低 电 池 的硅材料成 本 ， 提 升 光 电 转 换 效 率 与 延 长 其 使 用 寿命来降低 单 位 电 池 的 发 电 成 本 。 通 过 集 约 化 生 产节约人力 资 源 降 低 单 位 电 池 制 造 成 本 。 通 过 合 理的机制建 立 优 秀 的 技 术 团 队 、 充 分 保 证 技 术 上 的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在 。参 考 文 献［ １ ］ 庾莉萍 ． 提高太阳 能 电 池 效 率 的 主 要 措 施 ［ Ｊ ］ ． 光 源 与 照明 ， ２ ０ ０ ９ （ ４ ） １ － ２ ．［ ２ ］ 中 国 新 能 源 网 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｗ ｗ ｗ． ｃ ｈ ｉ ｎ ａ － ｎ ｅ ｎ ｇ ｙ ｕ ａ ｎ ． ｃ ｏ ｍ ／４ ２ ｎ ｅ ｗ ｓ ／ ３ ６ ９ ６ ２ ． ｈ ｔ ｍ ｌ ．［ ３ ］ 滕道祥 ． 提高光伏太阳能电池效率的几种途径 － 第十一届中国光伏大会曁展览会 议 论 文 集 ［ Ｃ ］ 北 京 中 国 社 会科学出版社 ， ２ ０ １ ０ ９ ２ － ９ ４ ．［ ４ ］ 朴慧京 ． 太阳能电 池 效 率 的 上 限 或 被 突 破 ［ Ｊ ］ ． 技 术 与 市场 ， ２ ０ １ ０ （ １ ７ ） １ ２ ．［ ５ ］ 机 械 仪 表 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｗ ｅ ｎ ｋ ｕ ． ｂ ａ ｉ ｄ ｕ ． ｃ ｏ ｍ ／ ｖ ｉ ｅ ｗ ／２ ｆ ４ ｃ １ ０ ０ ４ ０ ２ ０ ２ ０ ７ ４ ０ ｂ ｅ １ ｅ ９ ｂ ７ ６ ． ｈ ｔ ｍ ｌ ．［ ６ ］ 陈强利 ， 刘彬 ． 高效晶体硅电池技术综述 ［ Ｊ ］ ． 能 源 电 力 ，２ ０ １ ０ （ ２ ） １ ２ － １ ３ ．［ ７ ］ 范文慧 ， 王永昌 ， 龚平 ． 一种有望提高太阳能电池效率的新材料 ［ Ｊ ］ ． 电子元件与材料 ， １ ９ ９ ８ （ ２ ） ５ ６ － ５ ８ ．［ ８ ］ 中 国 新 能 源 网 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｗ ｗ ｗ． ｃ ｈ ｉ ｎ ａ－ｎ ｅ ｎ ｇ ｙ ｕ ａ ｎ ． ｃ ｏ ｍ ／ｎ ｅ ｗ ｓ ／ ３ ６ ９ ６ ２ ． ｈ ｔ ｍ ｌ ．［ ９ ］ Ｂ ． Ｔ ｈ ｕ ｉ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ｒ ， Ｊ ． Ｐ ． Ｂ ｏ ｙ ｅ ａ ｕ ｘ ， Ａ． Ｋ ａ ｍ ｉ ｎ ｓ ｋ ｉ ， Ａ． Ｌ ａ ｕ ｇ ｉ ｅ ｒ ．Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ Ｄ Ｓ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆＳ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ－ ｐ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｓ Ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ Ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｅＳ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｓ ｅ ｌ ｌ ｓ ． Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，２ ０ ０ ３ ， Ｂ １ ０ ２ ５ ８ － ６ ２ ．［ ８ ］ Ｊ ． Ｈ ｏ ｏ ｒ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ， Ｋ． Ｍ． Ｂ ｒ ｏ ｅ ｋ ， Ｆ ． Ｊ ． Ｇ ｒ ａ ｎ ｅ ｋ ， Ｇ． Ｓ ｃ ｈ ｕ ｂ ｅ ｒ ｔ ， Ｃ ．Ｌ ｅ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｅ ． Ｌ ｅ ａ ｄ Ｆ ｒ ｅ ｅ Ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ａ ｓ ｔ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｅＳ ｏ ｌ ａ ｒ Ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ Ｆ ｒ ｏ ｍ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｔ ｏ Ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ． ３ １ ｓ ｔ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ －ｔ ａ ｉ ｃ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｉ ｓ ｉ ｔ ｓ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ， ２ ０ ０ ５ ， １ ２ ９ ３ － １ ２ ９ ６［ １ ０ ］ Ｇ． Ｓ ｃ ｈ ｕ ｂ ｅ ｒ ｔ ， Ｆ ． Ｈ ｕ ｓ ｔ ｅ ｒ ， ａ ｎ ｄ Ｐ ． Ｆ ａ ｔ ｈ ； Ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔＭ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｉ ｎ ｐ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ Ａ ｇ Ｔ ｈ ｉ ｎ ｋ Ｆ ｉ ｌ ｍ Ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｓ ｔ ｏ ａ ｎ ｎ －ｔ ｙ ｐ ｅ Ｅ ｍ ｉ ｔ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ａ Ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｃ ｅ ｌ ｌ ． １ ９ ｔ ｈ Ｅ ｕ －ｒ ｏ ｐ ｅ ｎ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｃ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｐ ａ ｒ ｉ ｓ ， ２ ０ ０ ４ ，８ １ ３ － ８ １ ６ ．［ １ １ ］ 能源电力 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｗ ｗ ｗ． ｄ ｏ ｃ ８ ８ ． ｃ ｏ ｍ ／ ｐ － ３ ６ ９ １ ４ ４ ９ ２ ０ ０ １ ３ ．ｈ ｔ ｍ ｌ ．［ １ ２ ］ 申兰先 ． 晶体硅太阳能电 池 电 极 系 统 的 研 究 ［ Ｄ ］ ． 昆 明 云南师范大学农业生物环境与能源工程 ， ２ ０ ０ ６ ．［ １ ３ ］ 高 方 阻 与 烧 结 介 绍 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｗ ｅ ｎ ｋ ｕ ． ｂ ａ ｉ ｄ ｕ ． ｃ ｏ ｍ ／ ｖ ｉ ｅ ｗ ／２ ｂ ｅ ｆ ２ ３ ７ ２ ０ １ ｆ ６ ９ ｅ ３ １ ４ ３ ３ ２ ９ ４ ｅ ９ ． ｈ ｔ ｍ ｌ ．［ １ ４ ］ 广 电 电 器 网 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｗ ｗ ｗ． ｇ ｏ － ｇ ｄ ｄ ｑ ． ｃ ｏ ｍ ／ ｈ ｔ ｍ ｌ ／ ｓ １ ３ ８ ／２ ０ ０ ６ － ０ ５ ／ ４ ０ １ ５ ９ １ ． ｈ ｔ ｍ．［ １ ５ ］ 能 源 化 工 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｗ ｅ ｎ ｋ ｕ ．ｂ ａ ｉ ｄ ｕ ．ｃ ｏ ｍ ／ ｖ ｉ ｅ ｗ ／９ ａ ｃ ０ ｅ ｂ １ ４ ５ ｆ ０ ｅ ７ ｃ ｄ １ ８ ４ ２ ５ ３ ６ ｄ １ ． ｈ ｔ ｍ ｌ ．Ｔ ｈ ｅ Ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃＣ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ Ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ Ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓｆ ｏ ｒ Ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｃ ｅ ｌ 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