硅是地球上第二位最丰富的元素,而且无毒性,用它制作的太阳电池效率也很高,因此它是最适于制作太阳电池的半导体材料。单晶硅和多晶硅太阳电池:单晶硅和多晶硅太阳电池是对P型(或n型)硅基片经过磷(或硼)扩散做成P/N结而制得的。
单晶硅太阳电池效率高、寿命长、性能优良,但成本高,而且限于单晶的尺寸,单片电池面积难以做得很大,目前比较大的为直径为10~20cm的圆片。多晶硅电池是用浇铸的多晶硅锭切片制作而成,成本比单晶硅电池低,单片电池也可以做得比较大(例如30cm×30cm的方片),但由于晶界复合等因素的存在,效率比单晶硅电池低。
目前,全球单晶硅和多晶硅电池的研究工作主要集中在以下几个方面:
1)用埋层电极、表面钝化、密栅工艺优化背电场及接触电极等来减少光生载流子的复合损失,提高载流子的收集效率,从而提高太阳电池的效率。澳大利亚亲南威尔士大学格林实验室采用了这些方法,已经创造了目前硅太阳电池世界公认的AM1.5条件下24%的最高效率。
2)用优化抗射膜、凹凸表面、高反向背电极等方式减少光的反射及透射损失,以提高太阳电池效率。
3)以定向凝固法生长的铸造多晶硅锭代替单晶硅,固化正背电极的银浆、铝浆的丝网印制工艺,改进硅片的切、磨、抛光等工艺,千方百计降低成本,提高太阳电池效率。目前最大硅锭重量已达270余公斤。
4)薄膜多晶硅电池还在大力研究和开发。计算表明,若能在金属、陶瓷、玻璃等基板上低成本地制备厚度为30~50μm的大面积的优质多晶硅薄膜,则太阳电池制作工艺可进一步简化,成本可大幅度降低。因此多晶硅薄膜太阳电池正成为研究热点。
现在单晶及多晶硅太阳电池的世界年产量已达到120MW左右。硅太阳电池的最高效率可达18%~24%。航空航天用的高质量太阳电池在AMO条件下的效率约为13.5%~18%,而地面用的大量生产的太阳电池效率在AM1条件下大多在11%~18%左右。
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