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太阳能光伏电池结构

杰森·斯瓦克(Jason Svarc)

LG霓虹灯2质量测试.jpg

绝大多数太阳能光伏电池或PV细胞是使用的硅结晶晶片。晶圆可以是两种主要类型之一,即单晶(单声道)或多晶(poly),也称为多晶体。最有效的细胞类型是单晶,它是使用众所周知的Czochralski过程。但是,由于增加,最近的异质结或HJT细胞变得更加流行效率如下所述,改善了高温性能。

硅PV细胞是如何制成的?

硅通常是由特定类型的沙子制成的二氧化硅沙通常由压碎的石英岩制成,并含有高百分比的天然化合物,称为二氧化硅或二氧化硅(SIO2)。需要许多不同的制造工艺来制造从原材料石英岩或石英岩开始的结晶硅太阳能电池。首先,二氧化硅砂转化为冶金级硅通过将碳和石英岩混合在电弧炉中。此过程发生在非常高的温度下,导致99%的纯硅。接下来,使用称为的化学纯化工艺将冶金级硅转化为多硅烷西门子的过程,或使用许多更经济的冶金过程升级或升级的冶金级硅(UMG-SI)。

在此阶段,冶金级多硅烷可以是掺杂用痕量的硼或磷成为P型或N型多硅烷。为了制造多晶晶片,将掺杂的硅熔化并铸成大型矩形块,然后使用钻石线切割器切成薄片,以产生多晶或者多晶晶片。然后,可以将晶圆涂有一个非常薄的p或n型层,以形成PN结构(光伏电池)。

制作单晶太阳能电池所涉及的基本材料和步骤 - 单击以扩大

制造更有效的单晶晶片,可以使用掺杂的硅掺杂硅Czochralski过程。该过程涉及在高压和温度下熔化多晶硅,以缓慢生长一种称为锭的单一单晶晶体。

产生单晶PV细胞的基本步骤

  1. 二氧化硅砂在弧炉中纯化,以创建99%的纯硅

  2. 99%的硅进一步精制成几乎成为100%纯硅

  3. 将硅用硼或磷(P型或N型)掺杂

  4. 使用掺杂的硅将Czochralski过程

  5. 坚固的圆形铸币块是钻石线切成薄的正方形晶片

  6. 将碱晶片涂有P型或N型硅的超薄层,以形成PN结构

  7. 后侧铝表面场或Perc添加了层。

  8. 添加了金属手指和抗反射涂料。

  9. 添加平坦的丝带母线(如下所示)或稀薄的电线(MBB)母线。

一个普通的单晶太阳能电池的特写镜头,显示出细金属手指和5个母线。

一个普通的单晶太阳能电池的特写镜头,显示出细金属手指和5个母线。


P型与N型太阳能电池

所有硅晶体太阳能电池均使用非常薄的碱硅制成,两种主要类型为P型和N型。当硅被特定的化学元素“掺杂”以产生正(P型)或负(N型)电荷时,它们就可以制作。

用于掺杂的化学元素要么这会产生正负这导致负电荷。根据细胞结构的类型,N型或P型掺杂硅用作细胞的碱基或“底物”。当今使用的大多数单单元和多晶细胞都使用具有硼掺杂硅的P型底物。直到最近,只有少数几个高级制造商,例如LG,松下,SunPower,rec使用更有效的N型硅晶片,尽管随着成本的下降,现在更多的公司开始开发N型细胞。N型硅细胞的生产更昂贵,但提供更高的性能和较低的盖子或较低的速度光诱导降解,加上改善的温度系数。

  • N型 - 带负电荷的硅用磷掺杂的硅

  • p型 - 带硼的掺杂硅的带正电荷的硅

所有太阳能电池都使用P型和N型硅的组​​合,共同形成P-N交界处这对于太阳能电池的功能至关重要。差异是P型细胞将硼掺杂的硅碱与超薄的N型硅一起使用,而N型细胞则使用N型硅碱基,与P-Type硅的超薄硅碱为P型硅,作为P型硅的层如下图所示。


P型太阳能电池

普通P型硅细胞的基本施工图

普通P型硅细胞的基本施工图

如上所述,P型和N型硅被聚集在一起并形成所谓的P-N交界处。当太阳辐射通过电池时,连接产生了一个电场,该电场能够使电子流动。光伏效应是当光光子(能量)从硅中释放出电流时。


N型太阳能电池

更有效的N型硅细胞的基本施工图

更有效的N型硅细胞的基本施工图

N型的优点

由于性质和材料组成,N型细胞通过对杂质的耐受性和较低的缺陷提供更高的性能,从而增加总体上效率。另外,与单型和多P型细胞相比,N型细胞具有更大的温度耐受性。更重要的是,N型单元不遭受(光诱导的降解)由于硼 - 氧缺损而引起的,这是掺杂硼的P型细胞的常见问题。

  • N型底物中的杂质降低

  • 改进的高温性能

  • 降低光引起的降解 - 盖

成本与效率

N型细胞结构更昂贵,因为它使用所谓的硼扩散过程来添加薄的P型“发射极”层。与P型细胞磷扩散过程相比,这种扩散过程更为复杂,需要更高的温度。尽管N型单元的制造更昂贵,但基本N型硅具有更高的纯度,可以提高效率,较低的损失和更低的纯度降解随着时间的流逝,这会导致更高的发电和绩效,这也可以提高投资回报,并且通常超过了面板生命中的额外前期成本。


杂结太阳能电池

杂结或HJT太阳能电池通常使用高纯度N型晶体硅的底座,并在细胞的两侧用额外的薄膜层的薄膜层形成所谓的硅异性结。不同的光伏材料有助于吸收更多的光子光子并减少重组损失,从而提高整体细胞效率。当前市场上的HJT面板,例如rec alpha系列,达到面板效率高达21.9%。

N型异质结或HJT太阳能电池的基本施工图

HJT细胞最令人印象深刻的特征之一是令人难以置信的低 -温度系数大约为0.26%/°C.与常见的单晶细胞相比,这要低约40%。太阳能电池板功率输出在25个电池温度下进行评级°C或STC(标准测试条件),因此每个程度都高于此略有降低功率输出。在常见的多晶细胞中,温度系数约为0.38%°C在非常热的无风天内,可以将总功率输出降低多达18%。相比之下,HJT细胞的温度系数低于0.26%。/°C在非常炎热的日子里,这会降低细胞损失至约10%。


N型TopCon太阳能电池

TopCon代表氧化隧道钝接触并指的是德国太阳能研究机构首先开发的独特的后侧钝化技术Fraunhofer ise早在2014年。经过五年的发展,TopCon技术已进入大规模生产,预计将在未来几年内慢慢取代行业标准PERC细胞技术。TopCon单元架构实质上有助于减少所谓的重组损失在细胞中又提高了细胞效率。由于数量复杂的因素,太阳能电池内有几种损失,导致电子在不形成电流的情况下重新组合回电池。TopCon技术不仅有助于减少这种重组损失,而且作为全区域后接触,它还有助于细胞结构内的流量,并且可以将细胞效率提高到25%以上。笔记,太阳能电池板效率始终低于细胞效率,因为它考虑了面板的未使用部分以及通过所有细胞,母线和收集器的其他损失。

N型Topcon硅太阳能电池的基本施工图

尽管TopCon技术通常与N型底物结合使用,但它也可以与更常见的P型底物有效使用,以提高细胞效率高达24%。


来源和参考

  • 科学世界杂志-N型碱晶体的进步硅太阳能电池及其在光伏行业中的出现-Atteq Ur Rehman和Soo Hong Lee*

  • 电工技术-www.electrical4u.com

  • pveducation.org-https://www.pveducation.org/pvcdrom/pn-junctions/formation/formation-of-a-pn-junction

  • https://www.aleo-solar.com/perc-cell-technology-explaining/

  • https://www.pv-magazine.com/2021/06/02/longi-achieves-25-25-21-foricy-for-for-topcon-solar-cell-announce-two-more-records/


太阳能电池板如何制造​​?

在我们的这里2022世界杯预选赛 我们描述了如何制造和回收太阳能电池板。太阳能电池板是使用高级制造设施中的六个主要组件使用精确的光学传感器以及专门的测试和质量控制设备定位的。

2022世界杯预选赛

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