太阳能电池的开展新趋势
紧紧围绕进步光电转化功率和下降出产本钱两大方针的各种新式太阳能电池的研讨作业，一直在各发达国家及一些开展中国家活跃进行。所谓新式太阳能电池，是指用新资料、新结构和新工艺制作的太阳能电池。现在晶体硅高效太阳能电池和各类薄膜太阳能电池是全球新式太阳能电池研讨开发的两大热门和要点。高效单晶硅太阳能电池的光电转化功率已挨近２５％，高效多晶硅太阳能电池的光电转化功率已超越２０％。薄膜太阳能电池的研讨作业首要会集在非晶硅薄膜电池、ＣｄＴｅ系薄膜电池、ＣＩＳ系薄膜电池和多晶硅薄膜电池上。非晶硅薄膜电池的研制，要点是研讨处理电池的光致衰降和进步功率问题。经过尽力，已有许多新的打破，实验室的安稳功率已达１５％。ＣｄＴｅ系薄膜电池的实验室功率已抵达１６．４％，ＣＩＳ系薄膜电池实验室功率已抵达１９．２％，并且都已建立了功率超越１０％的中试规划的出产线。多晶硅薄膜电池的研讨作业，自１９８７年以来开展迅速，现在实验室功率已超越１７％，成为引起国际光伏界注目的新热门，远景看好。
下面临２１世纪前２０年期间国际太阳能电池的开展趋势作一扼要猜测。
高功率低本钱晶体硅太阳能电池的研讨开发
晶体硅太阳能电池在２１世纪的前２０年内仍将是居主导位置的光伏器材，在出产和运用总量中占首位，并将向功率更高、本钱更低的方向开展。
自１９５４年有用的太阳能电池面世以来，晶体硅太阳能电池一直在国际光伏商场居控制位置，占太阳能电池总产量的８０％～９０％。估计这种位置在适当一个时期之内，还将会持续坚持。但将硅资料变成适合于制作电池的硅片，要选用大容量的晶体成长设备和价格昂贵的切开设备，并且制作温度高，要耗费适当多的电能，因而现在硅片的出产本钱高达１．５美元/Ｗ左右。正在研讨实验用切薄硅片、扩展平面晶体或选用聚光等办法，力求把硅片的出产本钱下降一半左右。猜测选用各种新办法和新工艺，在往后５～１０ａ间有望把硅片的出产本钱下降到１美元/Ｗ左右，并将在１５ａ间进一步下降到挨近０．５美元/Ｗ。这样，太阳能电池组件的出产本钱，就会从现在的约２～２．５美元/Ｗ，下降到１０～１５ａ后的１美元/Ｗ左右。跟着光伏商场的不断开展扩展，１０ａ后光伏体系的价格将会降到６美元/Ｗ，２０ａ左右能够进一步下降到挨近３美元/Ｗ，发电本钱约为０．１美元/ｋＷ．ｈ。假如民生电价在往后２０ａ间翻一番的话，那么民用光伏体系的电价到２０２０年前后就可抵达与惯例动力的电价相相等，而进入公共电网。
为完成这样的想象，有必要立项目、投资金，活跃开展高功率、低本钱晶体硅太阳能电池的研讨开发作业。
约束晶体硅太阳能电池光电转化功率进一步进步的首要技能妨碍有：①电池外表栅线遮光影响；②电池外表光反射丢失；③光传导丢失；④内部复合丢失；⑤外表复合丢失等。针对这些妨碍，近些年来研讨开发了许多新技能、新工艺，首要有：①双层减反射膜，②激光或机械刻槽埋藏栅线技能；③绒面技能；④背点触摸电极战胜技能；⑤高效反射器技能；⑥光吸收技能等。
下降硅资料的出产费用，是下降太阳能电池本钱的要害。多晶硅电池的资料本钱比单晶硅电池的资料本钱低，应作为研讨开发的要点。首要研制的问题有：①多晶硅资料制备的新技能；②快速掺杂外表处理技能；③进步硅片质量的新技能、新工艺等。
太阳能电池的短路电流、开路电压和填充因子都抵达最大值时，能够得到最高的转化功率。但因为它们相互影响和约束，并遭到资料内涵质量的影响，一起进步三者是很困难的，一般状况下只能独自改进其间的某一项。进步短路电流可从光吸收和光谱呼应两方面尽力。在太阳光谱中短波光的能量很大，而惯例硅电池的短波呼应却很差。为展宽电池光谱呼应的峰区，研制了具有浅结、密栅及“死层”薄特征的紫光电池。惯例硅电池外表虽有减反射膜，但单层的减反射膜仍对波长有选择性。无反射电池即绒面电池，则因为外表不平坦，可屡次吸收入射光，并且没有对波长的选择性，因而在较宽波长范围内光能的吸收量增大，进一步进步了短路电流。进步电池的开路电压能进步电池的转化功率，而具有反面场的电池，开路电压、短路电流和填充因子都可得到进步。这些新工艺、新技能已在高效电池中得到运用，并取得了好的效果。当时的方针，是不但要研制新的工艺、新的技能和新的器材结构，并且也要研制向工业出产的搬运问题、下降电池和组件的本钱问题。
下面临几种高功率，低本钱硅太阳能电池的研制状况作一简介。
１．发射极钝化及反面部分分散太阳能电池?ＰＥＲＬ
电池正反两面部进行氧钝化，并选用光刻技能将电池外表的氧化硅层制作成倒金宇塔，如图１所示。两面的金属触摸面都进行缩小，其触摸点进行了硼与磷的重掺杂。用此法制备的单晶硅电池功率已达２４．７％，多晶硅电池功率已达１９．８％。
图１ ＰＥＲＬ太阳能电池
２．埋栅太阳能电池?ＢＣＳＣ
选用激光刻槽或机械刻槽。激光在硅片外表刻出宽度为２０μｍ左右的槽，然后化学镀铜，以构成电电极，如图２所示。它的首要特征是：①随机绒面，下降了外表反射率；②选择性发射极，获得了最佳的光谱呼应及最小的触摸电阻。③激光刻槽埋栅电极（ＬＧＢＧ），抵达了最小的遮光率，高电导率的铜电极。这种电池的批量出产功率已达１７％，因而已具有工业化出产的含义。现在我国这种电池的实验室功率为１９．５５％。
图２ ＢＣＳＣ太阳能电池
３．高效背外表反射器太阳能电池?ＢＳＲ
在这类电池中，太阳能电池的反面和反面触摸之间用真空蒸镀的办法堆积一层高反射率的金属外表?一般为铝 ，能被电池吸收并转化为电能光的波长。对硅电池来说，约为１１５０ｎｍ，比它更长的任何辐射波都简单透过半导体资料进入背外表反射器。电池的厚度越薄，背反射器的效果越显着。所谓背反射器，便是将电池反面做成反射面，它能反射透过电池基体抵达背外表的光，然后添加光的运用率?见图３ 。这样，可添加电池对长波光的吸收，使短路电流添加。并且它还能把抵达反面的波长大于电池光谱呼应截止波长的红光反射出去，然后下降电池的吸收系数。测验标明，一般硅电池太阳吸收系数αｓ。为０．７８１±０．０２０，而此电池为０．７４０±０．０２０。这就减轻了其有害影响，因为这部分光不只不能发作光生载流子，并且发作热效应，使电池温度升高，导致功率下降。
图３ 反面反射器太阳能电池和一般硅太阳能电池的
反射率与光波波长的联系
４．高效背外表场和背外表反射器大阳能电池（ＢＳＦＲ）。
它也称为漂移场太阳能电池。此电池是在ＢＳＲ电池结构的基础上再做一层ｐ＋层。这种场有助于光生电子－空穴对的别离和少量载流子的搜集。但这种ｐ＋场简单受空间高能粒子辐射的影响而发作衰减，比ＢＳＲ电池抗高能粒子损害的能力差。其现在的最高功率为１４．８％。
５．高效低阻硅太阳能电池?ＲＥＳＣ
它是一种用电阻率为０．２Ω·ｃｍ和０．３Ω·ｃｍ的ｐ型区熔硅制成的电池。其特色是在电池的发射区制备一层钝化层。这种结构的电池，减少了外表密度，按捺了外表复合速度。其分散结较深，约为０．７μｍ，在坚持较高短路电流密度?３９．２ｍＡ/ｃｍ２ 的一起，具有适当高的开路电压?６７０ｍＶ 和较高的填充因子（８２．１％）。该电池在ＡＭ１．５、１００ｍＷ/ｃｍ２、２５℃±２℃的条件下测验，其转化功率可达２１．６％。
各类新式薄膜太阳能电池的研讨开发
薄膜太阳能电池由堆积在玻璃、不锈钢、塑料、掏瓷衬底或薄膜上的几微米或几十微米厚的半导体膜构成。因为其半导体层很薄，可大为节约电池资料，下降出产本钱，因而是最有远景的新式太阳能电池，已成为当今国际光伏技能研讨开发作业的要点项目、热门课题。下面临几种首要薄膜太阳能电池的研制状况作一简介。
１．非晶硅薄膜太阳能电池
非晶硅薄膜电池诞生于１９７６年，是用非晶硅半导体林料制备的一种薄膜电池。非晶硅半导体资料的最基本特征是组成原子的排列为长程无序、短程有序，原子间的键合相似晶体硅，构成一种共价无规网状结构。这种结构，不是无规抱负的网络模型，其间含有一定量的结构缺点、悬挂键、断键和空泛等。非晶硅电池的作业原理与单晶硅电池相似，都是运用半导体的光生伏打效应完成光电转化。与单晶硅电池不同的是，非晶硅电池光生载流子只要漂移运动而无分散运动，原因是因为非晶硅结构中的长程无序和无规网络引起的极强散射效果，使载流子的分散长度很短。假如在光生载流子的发作处或邻近没有电场存在，则光生载流子受分散长度的约束，将会很快复合而不能吸收。为能有效地搜集光生载流子，将电池规划成为ｐｉｎ型，其间ｐ层是入射光层，ｉ层是本征吸收层，处在ｐ和ｎ发作的内建电场中。当入射光经过ｐ＋层进入ｉ层后，发作电子－空穴对，光生载流子一旦发作后就由内建电场分隔，空穴漂移到ｐ＋边，电子漂移到ｎ边，构成光生电流和光生电压。
非晶硅薄膜电池能够用玻璃、不锈钢、特种塑料、陶瓷等为衬底（图4为非晶硅薄膜电池结构的示意图）。玻璃衬底的非晶硅电池，光从玻璃面入射，电池的电流从通明导电膜(TCO)和铝电极引出。不锈钢衬底的非晶硅电池与单晶硅电池相似，在通明导电膜上制备梳状银电极，电池的电流从银电极和不锈钢引出。双叠层的结构有两种：一种是两层结构运用相同的非晶硅资料；一种是上层运用非晶硅合金，基层运用非晶硅锗合金，以添加对长波光的吸收；上层运用宽能隙的非晶硅合金做本征层，以吸收蓝光光子；中间层用含锗约15%的中等带隙的非晶硅锗合金，以吸收红光。三叠层的结构与双叠层的结构相似。
非晶硅资料是由气相堆积法构成的。依据离解和堆积办法的不同，可分为辉光放电分化法(GD)、溅射法(SP)、真空蒸腾法、光化学气相堆积法(CVD)和热丝法（HW）等多种。其间等离子增强化学气相堆积法（PECVD）是已被遍及选用的办法，其设备的示意图如图5所示。在PECVD堆积非晶硅的办法中，PECVD的质料气一般选用SiH4和H2，制备叠层电池时用SiH4和GeH4，参加B2H6和PH5可一起完成掺杂。SiH4和GeH4在低温等离子体的效果下分化发作a-Si或a-SiGe薄膜。此法具有低温工艺和大面积薄膜的出产等特色，适合于大规划出产。
一般来说，pin集成型以玻璃为衬底的非晶硅电池的制作工序为：清洗并烘干玻璃衬底——成长TCO膜——激光切开TCO膜——顺次成长pin非晶硅膜——激光切开a-Si膜——蒸腾溅射AI电极——激光切开AI电极(或掩膜蒸腾AI电极)。
