第5章 硅太陽能電池制造技術

第五章：硅太陽能電池

制造技術2023/2/4UNSW新南威爾士大學1§5.1第一個光伏器

件§5.2早期硅太陽能

電池§5.3硅晶片和襯底§5.4硅太陽能電池

制造技術

艾德蒙?貝克勒被認為是第一個向世人展示光伏效應的人。十九歲那年在父親的實驗室工作，他嘗試用不同的光（包括太陽光）去照射電極來產(chǎn)生電流。他發(fā)現(xiàn)，在電極表面涂上感光材料如AgCl或AgBr時，電流產(chǎn)生效果最好的是藍光或紫外光。雖然他很常使用鉑電極，但偶爾也會使用銀電極來觀察光的響應。隨后，他便發(fā)明了一項利用光伏效應的技術，即使用“輻射儀”來記錄輻射的強度以測量物體的溫度。2023/2/4UNSW新南威爾士大學2§5.1

第一個光伏器件§5.1

第一個光伏器件1839年，貝克勒描述的儀器示意圖。鉑電極薄膜酸性溶液黑箱光伏效應的另一個重要進展來自于人們對硒的光導效應的關注。在研究此效應的時候，亞當斯和日發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象，他們解釋其中的原因，為內(nèi)部有電壓產(chǎn)生。之后他們又利用下圖的儀器進行更仔細的研究，已加熱的鉑電極被推進到透明硒瓶的另一端，亞當斯和日(1877)利用下面的儀器進行試驗的目的之一就是，觀察能否只用光照就能使硒產(chǎn)生電流。2023/2/4UNSW新南威爾士大學4鉑絲透明硒標記玻璃管亞當斯和日用以觀察硒的光電效應的樣本圖實驗結(jié)果令人鼓舞。這是首次全部利用固體來演示光電效應的試驗。亞當斯和日認為，光能產(chǎn)生電流是因為光照射使得硒條的表面結(jié)晶化。幾十年過后，物理學的發(fā)展讓人們能進一步了解這一現(xiàn)象。§5.1

第一個光伏器件2023/2/4UNSW新南威爾士大學5金箔硒薄層金屬層§5.1

第一個光伏器件另一個重要的進展來自弗里茨的研究工作。通過用兩種不同材料的金屬板來壓制融化的硒，硒能與其中一塊板緊緊黏住，并形成薄片。然后再用金箔壓制硒薄片的另一面，于是，歷史第一塊光伏器件就制成了。此薄膜器件大概有30cm2大。Fritts1883年制作的硒薄膜§5.1

第一個光伏器件他也是第一個認識到光伏器件有巨大潛力的人。他知道光伏器件能以非常低的成本制作，并說：“產(chǎn)生的電流如果不是馬上使用，可以在蓄電池中儲存起來，或者傳送到另外一個地方，被使用或者儲存?！比欢?，在大約50年后，一輪新的進展才開始在這個領域掀起。當研究在銅表面生長氧化亞銅層的光電導效應時，研究者發(fā)現(xiàn)了銅-氧化亞銅交界處的整流效應。這一結(jié)果引領了大面積整流器的發(fā)展，緊接著又促進了大面積光電池的發(fā)展。格朗道爾描述了銅-氧化亞銅整流器和光電池的發(fā)展。下圖描述了基于銅-氧化亞銅結(jié)的早期光電池的簡單結(jié)構(gòu)圖。一圈圈的鉛線作為電極連接電池的入光面。這種方法隨后被修改成在表面濺射金屬層，然后移走一部分，最后形成由金屬線構(gòu)成的網(wǎng)格。這些發(fā)展吸引了人們在這個領域的積極研究。在1930到1932年間，格朗道爾發(fā)表了38篇有關銅-氧化亞銅光伏太陽能電池的論文。2023/2/4UNSW新南威爾士大學7覆蓋玻璃層鉛線圈銅層氧化亞銅§5.1

第一個光伏器件§5.1

第一個光伏器件這些研究活動也似乎重新喚起了人們對把硒作為光電池材料的興趣。特別是在1931年伯格曼的研究論文提高了硒電池的質(zhì)量。此材料被證明是比Cu-Cu2O更好的光伏材料，且更具商業(yè)優(yōu)勢。1939年，Nix發(fā)表了性能相似的砣-硫化物光電池。下圖展示了由硒、砣-硫化物和Cu-Cu2O共同組成的電池。1930年代效率最高的太陽能電池。1930年代，幾乎在硒電池迅速發(fā)展的同一時間，硅也因為在點接觸整流器上的應用逐漸引起人們的重視。從1874年起，各種晶體和金屬點電極的整流特性逐漸為人所知。在收音機發(fā)展的早期，晶體整流器是最常使用的探測器，但是隨著熱電子管的發(fā)展，除了在超高頻率應用方面，晶體整流器幾乎在所有應用上都被取代了。而鎢則被認為是最適合制作硅表面電極的材料。隨著對硅的純凈化的研究，人們對它的特性也了解地更加深刻。在研究純凈硅的再結(jié)晶化的時候，奧爾（1941）發(fā)現(xiàn)了硅錠生長中攔在商業(yè)利用和高純硅之間的清晰屏障。2023/2/4UNSW新南威爾士大學9§5.2

早期硅太陽能電池§5.2

早期硅太陽能電池（a）圖：鑄錠，在硅融化期間摻雜以形成天然的pn結(jié)（b）圖：光伏器件垂直pn結(jié)切割（c）圖：器件平行pn結(jié)切割（d）圖：器件表面平行pn結(jié)切割在1941年，即使是在對摻雜技術的有限了解之前，奧爾就已經(jīng)向世人描述了基于這種天然pn結(jié)的光伏器件。在上面的圖示中，（a）顯示了在硅鑄錠時自然生長pn結(jié)。硅錠生產(chǎn)自酸浸出冶金級硅材料，即上圖所示的從熔融到冷卻后的材料。切割硅錠便可制備太陽能電池了。此外，也可以平行著pn結(jié)切割硅錠。這種自然形成的pn結(jié)是在切割硅錠以測量電阻時被發(fā)現(xiàn)的。切割的下來硅棒顯示了良好的光電響應，熱電系數(shù)非常高，且具有良好的整流特性。當被光照射或被加熱時，硅棒的其中一端形成負電勢，且必定處于負偏壓以降低電流流過pn結(jié)或流過電極時所遇到的電阻。具有這種特性的材料就是后來被人們熟知的n（negative）型硅，而擁有與之相反特性的材料叫p（positive）型硅。隨后，制成這些材料的施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)都被人們所認識。2023/2/4UNSW新南威爾士大學11§5.2

早期硅太陽能電池§5.2

早期硅太陽能電池盡管這些光伏器件的性能與薄膜器件相似，然而其制備方法并不適合高效率的工業(yè)制造。然而，有一點是很清楚的，即如果能找到合適的方法制備大面積的均勻硅片，則有競爭力的太陽能電池就能制造出來。到了1950年，金斯伯里和奧爾共同發(fā)表了性能更好的硅太陽能電池，他們使用純硅來阻止擴大結(jié)的形成，并用離子轟擊表面以形成整流pn結(jié)。

與此同時，晶體生長技術和通過擴散形成pn結(jié)技術的發(fā)展促使蔡平、富勒和皮爾遜于1954共同研制出了第一塊現(xiàn)代太陽能電池。這種電池有雙背電極結(jié)構(gòu)（如下頁圖所示），其效率達到6%，是早期電池的15倍，并第一次真正打開光伏發(fā)電的廣闊前景。引起巨大的關注。然而，因為硅制備工藝的不成熟，很快人們便發(fā)現(xiàn)那最初的熱情有點為時過早了。但不管怎樣，太陽能電池已經(jīng)被證明適合太空使用，而這也成為了它們的主要應用之一，直到1970年代早期。2023/2/4UNSW新南威爾士大學13§5.2

早期硅太陽能電池

太陽能電池所使用的硅或其它半導體材料可以是單晶體、多晶體、微晶體或者非晶體。這些材料之間最主要的不同就是晶體結(jié)構(gòu)的規(guī)則、有序程度不同，因此，半導體材料可以通過組成材料的晶體大小來分類。2023/2/4UNSW新南威爾士大學14§5.3.1

硅晶片和襯底

硅的種類早期太陽能結(jié)構(gòu)§5.3.1

硅晶片和襯底

硅的種類晶體類型符號晶粒尺寸生長技術單晶硅sc-Si>10cm浮區(qū)拉晶法Mc-多晶硅mc-Si1mm-10cm鑄模，切片Pc多晶硅pc-Si1μm-1mm化學氣相沉積微晶硅μc-Si<1μm等離子沉積各類晶體硅的術語：

大多數(shù)的太陽能電池都是由硅片制成的，要么單晶硅要么多晶硅。單晶硅片通常都擁有比較好的材料性能，但是成本也比較高。單晶硅的晶體結(jié)構(gòu)規(guī)則、有序，每個原子都理想地排列在預先確定的位置上。單晶硅表現(xiàn)的行為可預見且十分同一，但因為需要精確和緩慢的制造過程，也使得它成為最昂貴的硅材料。2023/2/4UNSW新南威爾士大學16§5.3.2

硅晶片和襯底

單晶硅§5.3.2

硅晶片和襯底

單晶硅單晶硅原子的規(guī)則排列形成了清晰可見的價帶結(jié)構(gòu)。每個硅原子的最外層都有四個電子。與相鄰原子共享電子對，所以每個原子都與周圍原子共享四個共價鍵。單晶硅通常被制成大的圓筒形硅錠，然后切割成圓形或半方的太陽能電池。半方太陽能電池成型于圓片，但是應把邊緣切掉這樣才能在矩形模塊中裝入更多電池。

通常，人們以制造過程的不同來區(qū)別單晶硅晶片。其中，直拉晶片是使用最普遍的硅晶片類型，太陽能電池和集成芯片供應都使用到它。下面的動畫將展示直拉大面積單晶硅錠的制造過程。2023/2/4UNSW新南威爾士大學18§5.3.3

硅晶片和襯底

直拉單晶硅

雖然直拉法是制備商業(yè)硅晶片最常用的方法，但它對于高效率實驗室太陽能電池和特定市場的太陽能電池，還是有些不足之處。直拉法制晶片內(nèi)含有大量的氧。雜質(zhì)氧會降低少數(shù)載流子的壽命，繼而減小電壓、電流以及轉(zhuǎn)換效率。此外，氧原子以及氧和其它元素共同形成的化合物可能在高溫時變得十分活躍，使得晶片對高溫處理過程非常敏感。為了克服這些問題，人們使用了懸浮區(qū)熔法制硅片。它的過程是，熔融區(qū)域緩慢的通過硅棒或硅條。熔融區(qū)的雜質(zhì)卻留在熔融區(qū)內(nèi)，而不是一同過去混合在凝結(jié)區(qū)內(nèi)，因此，當熔融區(qū)的硅都過去后，一塊非常純凈的單晶硅錠就形成了。2023/2/419§5.3.4

硅晶片和襯底

懸浮區(qū)熔單晶硅§5.3.4

硅晶片和襯底

懸浮區(qū)熔單晶硅多晶硅錠熔融區(qū)的硅射頻線圈生長好的單晶材料單晶種子懸浮區(qū)熔法制硅片法原理圖

制備多晶硅的技術相對要簡單一些，成本也因此比單晶硅更低一些。然而由于有晶界的存在，所以多晶硅材料的性能比不上單晶硅材料。晶界的存在導致了局部高復合區(qū)，因為它把額外的能級缺陷引入到了禁帶中，也因此減少了總的少數(shù)載流子壽命。此外，晶界還通過阻礙載流子的流動以及為穿過pn結(jié)的電流提供分流路徑的方式來降低太陽能電池的性能。2023/2/421§5.3.5

硅晶片和襯底

多晶硅

為了避免晶界處的過度復合損失，晶界尺寸必須控制在幾毫米以上。這也能讓電池從前到后擴大單個晶界的規(guī)模，減少對載流子流動的阻礙，同時也減小了電池單位面積上的總晶界長度。這種多晶硅材料被廣泛使用在商業(yè)太陽能電池制造中。2023/2/4UNSW新南威爾士大學22在兩個晶粒之間的掛鍵是很不友善的，它們能降低電池的性能。多晶硅片§5.3.5

硅晶片和襯底

多晶硅§5.3.6

硅晶片和襯底

非晶硅

非晶硅（α-si），是一種結(jié)構(gòu)中有許多不受價鍵束縛的原子、缺少長程有序排列，但是制造成本卻比多晶硅還低的硅材料。原子排列中缺少長程有序結(jié)構(gòu)是由于“懸掛鍵”的存在。缺少長程有序結(jié)構(gòu)將嚴重非晶硅的材料性能。在把非晶硅材料制成太陽能電池之前，需要對這些懸掛鍵進行鈍化處理。即把氫原子與非晶硅材料結(jié)合，使氫原子的比例達到5-10%，讓懸掛鍵處于飽和狀態(tài)，因此提高了材料的質(zhì)量。盡管如此，非晶硅的材料性能與那些晶體硅還是有顯著的不同。例如，禁帶寬度從晶體硅的1.1eV上升到了非晶硅的1.7eV，且非晶硅的吸收系數(shù)要比晶體硅高的多。此外，大量懸掛鍵的存在導致了高缺陷密度和低擴散長度。23§5.3.6

硅晶片和襯底

非晶硅額外的懸掛鍵額外的懸掛鍵被氫原子終結(jié)非晶硅結(jié)構(gòu)的短程無序影響了它的半導體特性。氫原子終結(jié)了額外的懸掛鍵。平均原子間距的改變以及氫的存在導致了非晶硅的電特性與多晶硅的不同。

對于α-Si太陽能電池來說，非晶硅的不同材料性質(zhì)需要不同的設計方法。特別是，硅-氫合金的少數(shù)載流子的擴散長度遠遠低于1μm。因此，要獲得高的收集效率就必須在pn結(jié)耗盡區(qū)產(chǎn)生盡可能多的光生載流子。結(jié)果是，耗散區(qū)就成為了收集光生載流子最主要的區(qū)域。非晶硅的高吸收系數(shù)使得電池的材料只有幾微米厚，也意味著，比起發(fā)射區(qū)和基區(qū)來，耗散區(qū)的厚度要大得多。2023/2/4UNSW新南威爾士大學25本征硅（無摻雜）存在強電場的耗散區(qū)a-Si:H太陽能電池示意圖?！?.3.6

硅晶片和襯底

非晶硅§5.3.6

硅晶片和襯底

非晶硅結(jié)構(gòu)的不相同，意味著α-Si和晶體硅太陽能電池的制造技術也不相同。在α-Si和其它薄膜電池的制造技術中，一層非常薄的半導體材料被沉積在玻璃表面或其他便宜的襯底上。薄膜太陽能電池被運用在許多小型消費產(chǎn)品中，比如計算機、手表以及不是很重要的戶外產(chǎn)品?？偟膩碚f，薄膜為太陽能電池提供了一種成本非常低的制造途徑。然而，在戶外或在含有紫外線的光源下使用的非晶硅電池會有降低效率的可能，因為紫外線會破壞Si-H的價鍵結(jié)構(gòu)。對薄膜和其它潛在低成本太陽能電池的研究為在使用非晶硅電池時所出現(xiàn)的問題提供了解決辦法。結(jié)果是，這一研究為高效率、穩(wěn)定和低成本太陽能電池的發(fā)展做出重要貢獻。2023/2/427對于那些能量需求很小以及容易安裝電池的消費產(chǎn)品來說，非晶硅電池是一種理想的選擇。手表的整個表面都是太陽能電池片，足以為手表運行提供能量?！?.3.6

硅晶片和襯底

非晶硅

絲網(wǎng)印刷太陽能電池在1970年代開始發(fā)展起來。它們是建立的最好、最成熟的太陽能電池制造技術，且絲網(wǎng)印刷電池在如今的陸地用光伏電池市場中占據(jù)統(tǒng)治地位。這種技術的主要優(yōu)勢就是制造過程相對簡單。下面的動畫展示了制造絲網(wǎng)印刷太陽能電池的一系列步驟。動畫中展示的制造技術是最簡單的一種，現(xiàn)在已被許多制造商和研究實驗室改進了。2023/2/4UNSW新南威爾士大學28§5.4.1

硅太陽能電池的制造技術

絲網(wǎng)印刷太陽能電池

到了現(xiàn)代，上面所說的制造流程已經(jīng)有了許多改變，既能獲得更高的效率且成本更低。有些技術還已經(jīng)被運用到商業(yè)制造中，而其它的則也正在從實驗室到生產(chǎn)線的過程中不斷改進、提高。磷擴散

絲網(wǎng)印刷太陽能電池通常使用簡單且均勻的擴散方法以形成發(fā)射區(qū)，此區(qū)域的摻雜情況都是相同的。要保持低電極電阻，就需要在絲網(wǎng)印刷電極下面的表面摻雜進高濃度的磷。然而，表面高濃度的磷將會導致“死層”形成，并降低電池的藍光響應。最新的電池設計能制備更淺的發(fā)射區(qū)，因此提高電池的藍光響應。選擇性發(fā)射區(qū)，即金屬電極下面進行更高濃度的摻雜，也已經(jīng)被研究者提出來了，但依然沒有一項被運用到商業(yè)制造中。

2023/2/4UNSW新南威爾士大學29§5.4.1

硅太陽能電池的制造技術

絲網(wǎng)印刷太陽能電池

表面制絨以減少反射

從單晶硅錠切割下來的晶片很容易通過制絨來減少表面反射，方法是使用化學試劑在晶片表面刻蝕層金字塔狀原子結(jié)構(gòu)。雖然這種刻蝕對單晶硅非常理想，但是它卻依賴于正確的晶體取向，所以對于多晶硅材料的隨機取向界面來說，化學刻蝕的效果很有限。于是，人們又研究了許多不同的制絨多晶硅的方案：

1）使用切割工具或激光在晶片表面進行機械制絨；

2）基于缺陷結(jié)構(gòu)而不是晶面取向的各向同性化學刻蝕；

3）各向同性化學刻蝕與光刻掩模技術相結(jié)合；

4）等離子刻蝕。雖然許多制絨多晶硅材料的方法都展示了相當大的前景，但是至今還沒有一項被實施在大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)線中?！?.4.1

硅太陽能電池的制造技術

絲網(wǎng)印刷太陽能電池減反射膜

減反射膜非常有利于不容易制絨的多晶硅材料。二氧化鈦（TiO2）與氮化硅（SiNx）是兩種常見的減反射膜材料。膜的制造適用于簡單的技術，如噴灑或化學氣相沉積。除了有利于光的吸收外，絕緣膜還能夠使表面鈍化，提高電池的電學特性。依靠一種帶有切割試劑的粘稠劑對減反射膜進行絲網(wǎng)印刷，金屬電極能夠腐蝕膜材料并最終與底層的硅相連接。過程非常簡單，且有利于連接淺層的發(fā)射區(qū)。邊界隔離如今有許多邊界隔離技術，比如等離子刻蝕、激光切割或者首先用膜掩蓋住邊界以阻止擴散的發(fā)生。2023/2/4UNSW新南威爾士大學31§5.4.1

硅太陽能電池的制造技術

絲網(wǎng)印刷太陽能電池背電極

背電極是在一般pn結(jié)電池背面用擴散法或合金法加制一層與基區(qū)導電類型相同的重摻雜區(qū)，然后再在重摻雜區(qū)上面制作金屬接觸電極，一般為鋁電極。襯底絲網(wǎng)印刷技術已經(jīng)被使用在許多不同的襯底上。排序的簡單化使得絲網(wǎng)印刷技術非常適合于質(zhì)量較差的襯底，比如多晶硅材料甚至直拉單晶硅?？偟内厔菔窍蛞r底面積的擴大化發(fā)展，多晶硅晶片達到15x15cm2，厚度達到200μm。2023/2/4UNSW新南威爾士大學32§5.4.1

硅太陽能電池的制造技術

絲網(wǎng)印刷太陽能電池對印刷電池前端電極的鏡頭特寫。在印刷期間，金屬貼片穿過絲網(wǎng)，到達沒被遮蓋的區(qū)域。絲網(wǎng)的尺寸覺得了柵條的最小寬度。柵條寬度通常為100到200μm。對已經(jīng)完成絲網(wǎng)印刷的太陽能電池的鏡頭特寫。柵條間距大于有3mm。在包裝的時候，在母柵上焊接一個額外的金屬接觸帶以減少電池串聯(lián)電阻。§5.4.1

硅太陽能電池的制造技術

絲網(wǎng)印刷太陽能電池擁有完整絲網(wǎng)印刷的太陽能電池的正面圖。由于電池是由多晶硅制造的，晶粒的不同界面取向清晰可見。多晶硅電池的正方形形狀使電池的組裝變得簡化。§5.4.1

硅太陽能電池的制造技術

絲網(wǎng)印刷太陽能電池§5.4.1

硅太陽能電池的制造技術

絲網(wǎng)印刷太陽能電池擁有完整絲網(wǎng)印刷的太陽能電池的背面圖。電池要么是由Al/Ag粘貼成網(wǎng)格（左），要么全部由鋁構(gòu)成并形成背面電場（右），但是需要第二道印刷工序。下面的幾幅圖將向你展示商業(yè)絲網(wǎng)印刷太陽能電池的制造設備。全部圖片承蒙歐洲太陽能公司SPA提供。制造的多晶硅錠的結(jié)晶爐。大面積硅板，大約0.5mx0.5m，20cm厚。精確控制冷卻液體，能夠制造出大晶粒少缺陷的的硅材料。從結(jié)晶爐出來的大塊多晶硅錠被切割成10cmx10cm的小磚塊。然后小磚塊又被切割成同樣面積的薄片?！?.4.2

硅太陽能電池的制造技術

制造太陽能電池歐洲太陽能公司的生產(chǎn)線。雖然太陽能電池制造需要處在潔凈的環(huán)境中，但是比起集成電路芯片的制造環(huán)境來，還是較為寬松一些。因此不需要員工穿上全套潔凈服。上圖為自動上料的擴散爐以及已經(jīng)摻雜了磷的硅晶片。點擊圖片能轉(zhuǎn)換不同圖片。需要注意的是，圖中即將進入右邊擴散爐的晶片都是出自同一塊硅錠，它們擁有相似的晶粒分布。§5.4.2

硅太陽能電池的制造技術

制造太陽能電池2023/2/4UNSW新南威爾士大學38自動上料的擴散爐。使用機器人設備能夠提升電池制造的可靠性，并降低成本。絲網(wǎng)印刷的生產(chǎn)線。點擊圖片能進距離觀察藍色塑料屏下的絲網(wǎng)印刷過程?！?.4.2

硅太陽能電池的制造技術

制造太陽能電池先進的絲網(wǎng)印刷機器，使用攝像機來快速準確地排布金屬電極網(wǎng)的圖案。在完成每個電池的效率測量工作后，對它們進行排序以盡量減小模塊錯配。用鼠標點擊圖片觀看另一幅圖片?！?.4.2

硅太陽能電池的制造技術

制造太陽能電池2023/2/4UNSW新南威爾士大學40在進行壓片之前排列電池片?！?.4.2

硅太陽能電池的制造技術

制造太陽能電池

埋電極太陽能電池（如圖）是一種高效率的商業(yè)用太陽能電池，其特點是把金屬電極鍍到激光形成槽內(nèi)。埋電極技術克服了絲網(wǎng)印刷電極的許多缺點，這也使得埋電極太陽能電池的效率能達到25%，比商業(yè)絲網(wǎng)印刷電池要高。2023/2/4UNSW新南威爾士大學41埋電極太陽能電池，激光刻槽的橫截圖。氧化物背金屬電極§5.4.3

硅太陽能電池的制造技術

埋電極太陽能電池§5.4.3

硅太陽能電池的制造技術

埋電極太陽能電池埋電極大大增加了金屬柵條的高-寬比例。大的高-寬比意味著能夠在接觸電極中使用大量的金屬，而不需要在表面鋪上寬大的金屬條。因此，金屬柵條的大高-寬比允許窄的柵條間距，同時保持高的透明度。例如，一塊大面積的絲網(wǎng)印刷電池，其被阻擋的光就可能達到10%到15%，而如果使用埋電極結(jié)構(gòu)，則其損失就只有2%到3%。這樣低的光損失能降低光反射并因此提高短路電流。部分激光刻槽的橫截圖2023/2/4UNSW新南威爾士大學43除了具有良好的減反射特性之外，埋電極電池技術還能降低寄生電阻損耗，因為它的金屬柵條具有高的高-寬比、柵條的間距適當，以及良好的金屬電極材料。就像在發(fā)射區(qū)電阻一節(jié)中說的那樣，之所以埋電極能減少電池的發(fā)射區(qū)電阻，是因為柵條之間的距離越窄，發(fā)射區(qū)的電阻損耗也越小。同時，金屬網(wǎng)格的電阻也減小了，因為在激光刻槽中使用的金屬量大大增加了，且金屬還是電阻率比鋁低的銅。此外，由于在半導體-金屬交界面處形成鎳硅化物以及它們交界面積的擴大，使得埋電極的接觸電阻也比絲網(wǎng)印刷電池的小?？偟膩碚f，這些電阻損耗的減小使得大面積電池擁有高的填充因子。§5.4.3

硅太陽能電池的制造技術

埋電極太陽能電池與絲網(wǎng)印刷相比，埋電極電池的金屬化方案同樣提升了發(fā)射區(qū)的性能。為了盡量減少電阻損耗，要對絲網(wǎng)印刷電池的發(fā)射區(qū)進行重摻雜，而這也導致了電池表面“死層”的出現(xiàn)。因為埋電極結(jié)構(gòu)的發(fā)射區(qū)電阻很小，所以能夠通過優(yōu)化發(fā)射區(qū)的摻雜來獲得高開路電壓和短路電流。此外，埋電極結(jié)構(gòu)還包括了自我對準、自我選擇的發(fā)射區(qū)，能夠因此減小接觸復合和提高開路電壓。

2023/2/4UNSW新南威爾士大學44§5.4.3

硅太陽能電池的制造技術

埋電極太陽能電池§5.4.3

硅太陽能電池的制造技術

埋電極太陽能電池為了看得更清晰，動畫中的電池厚度被擴大了。埋電極電池的高效率顯著降低了成本，并提高了電池性能。就成本﹩/w而言，埋電極電池與絲網(wǎng)印刷電池是不相上下的。然而，由于PV系統(tǒng)中包括了與面積相關的成本和固定成本，則效率高的太陽能電池的發(fā)電成本更低。埋電極電池技術的另一個優(yōu)勢是能夠在聚光太陽能系統(tǒng)中使用。下面的動畫展示了激光刻槽埋電極太陽能電池的制造工序。

高效率太陽能電池制造的成本比普通硅太陽能電池要高得多，因此通常使用在太陽能車或空間應用上。2023/2/4UNSW新南威爾士大學46Hondadream，1996年世界太陽能汽車挑戰(zhàn)賽的冠軍車。此車的太陽能電池效率超過20%?！?.4.4

硅太陽能電池的制造技術

高效率太陽能電池§5.4.4

硅太陽能電池的制造技術

高效率太陽能電池為了獲得最高效率，實驗室制造硅太陽能電池時所使用的一些技術和工藝特點：在發(fā)射區(qū)擴散低濃度的磷，既能盡量減小復合損失又能避免

電池表面“死層”的出現(xiàn)。縮窄金屬柵條的距離以減小發(fā)射區(qū)橫向電阻的功率損耗。非常好的金屬柵條，通常小于20μm，以減小陰影損失。打磨或拋光晶片表面后進行激光雕刻并鋪上金屬網(wǎng)格。

小的電池面積和好的金屬導電性，以盡量減小金屬網(wǎng)格電阻

損失。小的金屬接觸面積和在金屬電極下面進行重摻雜，以盡量減小復合效應。使用精密加工的金屬，如鈦/鈀/銀，