超薄异质结电池研究-李正平

超薄硅异质结太阳电池的研究 Study on the Ultrathin Silicon Heterojunction Solar Cells 李正平 (LI Zhengping) 上海交通大学太阳能研究所 Institute of Solar Energy, SJTU 2018.11.8 薄型硅异质结电池研究现状 Status of Thin SHJ Solar Cells 提纲： 超薄硅电池研究情况 Status of Ultrathin Silicon Solar Cells 超薄硅异质结电池的研究 Research of Ultrathin SHJ 1、薄型硅异质结电池研究现状 硅片减薄对常规硅电池的影响  碎片率可能上升、电池片翘曲  短路电流 Isc下降。因为硅是间接带隙 半导体材料，在近红外区的吸收系数 较低，近红外波长的光穿透薄型硅片 而不会被吸收 ＝ ＋  开路电压 Voc下降。如果硅片的表面复 合速度 S不是很低时，随着硅片厚度的 减小，有效少子寿命 τeff会减小，从而 导致电池 Voc的减小 35th IEEE PVSC2010:3137-3140 硅片减薄对 SHJ电池的影响  SHJ的对称结构、低温工艺，适合使用薄片  开路电压 Voc反而上升。因为 SHJ电池 优异的表面钝化性能。当 S100 cm/s时 (异质结电池的 S约为 4 cm/s)，随着厚度 的减小， Voc增大  优化制绒和 TCO，将硅片减薄 Isc的影 响降到最低 35th IEEE PVSC, 2010: 3137-3140 37th IEEE PVSC, 2011: 57-61 100μm左右的 SHJ电池 减小硅片厚度对 SHJ电池性能影响 Meyer Burger技术资料 2、超薄硅电池研究情况 100μm厚的硅电池可望逐步导入量产，而 50 μm厚的超薄 硅电池还处于研究阶段 已有多种超薄硅电池技术，大体可以分为两类：  一种是需要其他衬底 （如玻璃、不锈钢）支撑的超 薄型硅 ，如在衬底上沉积或再晶化多晶硅薄膜或非晶硅薄 膜、在多孔硅上外延生长硅薄层并转移到衬底上； Towards wafer quality crystalline silicon thin-film solar cells on glass. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2014, 128: 190−197 (1) 在玻璃上沉积硅薄膜，然后再晶化，获得了 11.5%效率的超薄 (10 μm)的硅电池 (2) 在玻璃上 PECVD外延生长 3μm的 c-Si外延层薄膜，在外延层上实现 纳米结构，使得电池的短路电流密度提高 40% Ultrathin Epitaxial Silicon Solar Cells with Inverted Nanopyramid Arrays for Efficient Light Trapping (3) Development of a 16.8% Efficient 18-μm Silicon Solar Cell on Steel 另外一种超薄硅电池技术 ：不需其他衬底支撑 的超 薄型硅， 如在多孔硅上外延生长硅薄层并层转移的独立薄 硅、商业硅片的机械或化学减薄获得的超薄型硅。 (a) 19%-efficient and 43 μm-thick crystalline Si solar cell from layer transfer using porous silicon 工艺复杂、易碎 （ b） 21.5% efficient thin silicon (47μm) solar cell 化学减薄硅片 Prog. Photovolt.: Res. Appl., 1996, 4: 55-58. 从制作超薄晶硅电池的情况来看：  吸收层厚度在 40~50 μm左右电池效率可达 20%以上，  而吸收层厚度在 20 μm以下的电池效率还普遍较低。 因此，可以认为，未来一段时间要使超薄硅电池能够实 现产业应用，硅吸收层的厚度不应低于 20μm，否则制备 出的电池效率过低而没有产业意义 3、 超薄 硅异质结电池研究 超薄硅异质结电池 光学性能 纳米绒面结构 电学性能 a-Si优异的钝化性能 全 溶液法制备硅纳米金字塔 Applying the all-solution-processed nanopyramids to ultrathin c- Si (30μm), near-Lambertian light trapping effect is achieved, the calculated Jsc is far higher than that of the planar c-Si. 超薄硅 SHJ电池的性能： 超薄硅 SHJ电池的准全向特性 (Quasi-Omnidirectional Characteristic)： 超薄硅 SHJ电池的铜金属化 (Direct Copper Metallization)： 小结： 1. ~100 μm的薄型 SHJ电池技术已基本成熟，可望产业化推进； 2. 50 μm的超薄 SHJ电池还处于初步研究阶段； 3. 纳米结构绒面的超薄 SHJ电池实现了光学和电学性能的平 衡；纳米结构超薄 SHJ电池表现出准全向特性 Thank You Very Much For Your Attention!