晶硅太阳能电池基础知识
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NORTHWEST UNIVERSITY
晶硅电池基础知识及文献 介绍
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主要内容
1 2 3
减反膜的减反原理 n-p(PANDA)电池的优缺点 文献汇报
NORTHWEST UNIVERSITY
一.ARC减反原理及设计
ARC减反原理-薄膜干涉
切片制绒后的硅片反射率在20%以上
涉相消，无能量损耗
对应减反膜的厚度为n+/4，此时反射后空
气中的光能量为零，最终实现减反目的
NORTHWEST UNIVERSITY
最终反射率的表达式为：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(2)
r1为光在空气与薄膜界面的反射系数 r2为光在薄膜与硅界面的反射系数 为入射光波长 d 为薄膜厚度 称为相位角
NORTHWEST UNIVERSITY
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采用磷扩散形成有效背场，通过类似正面的栅线设
计实现接触方式，使电池具有双面发电能力，提高 发电效率
Texturing B/Si diffusion
Passivation
Co-firing
Metal print
NORTHWEST UNIVERSITY
N-Si （PANDA)电池的几大技术优势
二.n-Si与p-Si电池的比较
n-Si (PANDA)电池的结构
MWT 是采用激光钻孔将电池正面收集的能量穿过电
池转移至背面
一般MWT每块硅片需钻约200个通孔
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PANDA电池结构
与传统的硼 (其他 3价元素 ) 扩散的 p-Si不同， “熊猫 ”电 池的基础是磷掺杂的n-Si 将主栅线从传统的正面转移至背面，正面只保留细金 属栅线，降低表面栅线遮挡损失，又称背电极电池
n-Si (PANDA)电池的结构
N型双面电池技术和 MWT(金属穿孔卷绕 ) 电池技术的
集成
N型双面电池技术
N-Si在下，p-Si在上
正面采用Ag/Al浆印刷提升场钝化， 有效降低接触电阻
背面采用Ag浆降印刷
正面和背面皆采用栅线结构网版 电池具有双面受光特性
NORTHWEST UNIVERSITY
薄膜光学厚度nd =/ 4 时，由(2)可得
(3) 要使波长为的入射光实现零反射，即令(3)中 R=0，
可推得n=(n0nSi)1/2
计算得n=2.0-2.1 SiNx薄膜对600-650 nm响应最强，此时电池最高 计算得d=75-85 nm
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二.n-Si与p-Si电池的比较
How to reduce Rseries and increase of n-WMT cell
NORTHWEST UNIVERSITY
三.文献汇报
Zinc oxide as an active n-layer and
antireflection coating for silicon based heterojunction solar cell
Consideration and highlights
寻求Si、GaAs及其它异质结电池来替代传统晶硅电池 本文制备Si背电极，ZnO前电极异质结电池
ZnO既作为ARC，又作为前电极
NORTHWEST UNIVERSITY
Proposed model using ZnO
P-Si为背电极，n-ZnO为前电极，二者之间形成p-n结
根据薄膜干涉原理，在电池表面制作一层
（多层）薄膜，可有效降低太阳光反射率
未镀膜时 , 光线由空气 ( 折射率 =n0) 垂直入射
进硅片(折射率=nSi) ，其反射率为
(1)
NORTHWEST UNIVERSITY
在硅片表面镀膜后，入射光在薄膜的两个表 面发生反射
上下表面反射光束相位差为 时，两束光干
Babar Hussain, Abasifreke Ebong, Ian Ferguson Solar Energy Mater. Solar Cells 2015, 139, 95-100
NORTHWEST UNIVERSITY
Challenge
提高电池转换效率，降低成本是光伏界永恒的目标 晶硅太阳电池的极限效率为29.43% 商用化晶硅电池最高未超过22%
NORTHWEST UNIVERSITY
ZnO as ARC
600 nm处公式计算，ZnO-ARC厚度应为75 nm PC1D计算ZnO厚度应为0.1m，此时反射最小 0.1m ZnO的方阻大，要求密栅线结构
遮光率增加，降低Jsc和
更厚的ARC可增加ZnO方阻，降低反射率
N-ZnO既作为前电极，又作为减反层(ARC)
N-ZnO在Vis-IR区域透明度高，便于光吸收
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N-ZnO as front side
ZnO是一种直接宽带隙半导体 ZnO与其他金属形成合金，带隙宽度可达3-5eV 纤锌矿结构的ZnO具有高稳定性 ZnO激子结合能较高(60meV)，保证其高效发光及光 伏特性 ZnO能有效抵制辐射损伤，提高电池寿命
ECN n-WMT technology
NORTHWEST UNIVERSITY
n-MWT vs. n-PasHa: Cell performance
NORTHWEST UNIVERSITY
How to reduce Rseries and incerase of n-WMT cell
NORTHWEST UNIVERSITY
NORTHWEST UNIVERSITY
ZnO as ARC
太阳光谱的峰值在600 nm，该波长下ZnO的消光系数
可忽略
600 nm处空气折射率为1，Si的为3.95，ZnO的理论折
射率为1.99，
若用玻璃封装，ZnO的理论折射率为2.3 ZnO的实际折射率为2，与二者符合较好，可作为减 反层，简化工艺
N-Si的杂质对少子空穴的捕获能力低于P-Si
相同电阻率的N-Si的少子寿命比P-Si的高
光致衰减效应极其微弱，电池效率稳定
N-Si少子的表面复合速率低于P-Si
N-Si对金属污杂的容忍度要高于P-Si N-Si电池在弱光下发电特性优于常规P-Si型电池
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n-Si(PANDA)电池的优点
晶硅电池基础知识及文献 介绍
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主要内容
1 2 3
减反膜的减反原理 n-p(PANDA)电池的优缺点 文献汇报
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一.ARC减反原理及设计
ARC减反原理-薄膜干涉
切片制绒后的硅片反射率在20%以上
涉相消，无能量损耗
对应减反膜的厚度为n+/4，此时反射后空
气中的光能量为零，最终实现减反目的
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最终反射率的表达式为：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(2)
r1为光在空气与薄膜界面的反射系数 r2为光在薄膜与硅界面的反射系数 为入射光波长 d 为薄膜厚度 称为相位角
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采用磷扩散形成有效背场，通过类似正面的栅线设
计实现接触方式，使电池具有双面发电能力，提高 发电效率
Texturing B/Si diffusion
Passivation
Co-firing
Metal print
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N-Si （PANDA)电池的几大技术优势
二.n-Si与p-Si电池的比较
n-Si (PANDA)电池的结构
MWT 是采用激光钻孔将电池正面收集的能量穿过电
池转移至背面
一般MWT每块硅片需钻约200个通孔
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PANDA电池结构
与传统的硼 (其他 3价元素 ) 扩散的 p-Si不同， “熊猫 ”电 池的基础是磷掺杂的n-Si 将主栅线从传统的正面转移至背面，正面只保留细金 属栅线，降低表面栅线遮挡损失，又称背电极电池
n-Si (PANDA)电池的结构
N型双面电池技术和 MWT(金属穿孔卷绕 ) 电池技术的
集成
N型双面电池技术
N-Si在下，p-Si在上
正面采用Ag/Al浆印刷提升场钝化， 有效降低接触电阻
背面采用Ag浆降印刷
正面和背面皆采用栅线结构网版 电池具有双面受光特性
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薄膜光学厚度nd =/ 4 时，由(2)可得
(3) 要使波长为的入射光实现零反射，即令(3)中 R=0，
可推得n=(n0nSi)1/2
计算得n=2.0-2.1 SiNx薄膜对600-650 nm响应最强，此时电池最高 计算得d=75-85 nm
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二.n-Si与p-Si电池的比较
How to reduce Rseries and increase of n-WMT cell
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三.文献汇报
Zinc oxide as an active n-layer and
antireflection coating for silicon based heterojunction solar cell
Consideration and highlights
寻求Si、GaAs及其它异质结电池来替代传统晶硅电池 本文制备Si背电极，ZnO前电极异质结电池
ZnO既作为ARC，又作为前电极
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Proposed model using ZnO
P-Si为背电极，n-ZnO为前电极，二者之间形成p-n结
根据薄膜干涉原理，在电池表面制作一层
（多层）薄膜，可有效降低太阳光反射率
未镀膜时 , 光线由空气 ( 折射率 =n0) 垂直入射
进硅片(折射率=nSi) ，其反射率为
(1)
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在硅片表面镀膜后，入射光在薄膜的两个表 面发生反射
上下表面反射光束相位差为 时，两束光干
Babar Hussain, Abasifreke Ebong, Ian Ferguson Solar Energy Mater. Solar Cells 2015, 139, 95-100
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Challenge
提高电池转换效率，降低成本是光伏界永恒的目标 晶硅太阳电池的极限效率为29.43% 商用化晶硅电池最高未超过22%
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ZnO as ARC
600 nm处公式计算，ZnO-ARC厚度应为75 nm PC1D计算ZnO厚度应为0.1m，此时反射最小 0.1m ZnO的方阻大，要求密栅线结构
遮光率增加，降低Jsc和
更厚的ARC可增加ZnO方阻，降低反射率
N-ZnO既作为前电极，又作为减反层(ARC)
N-ZnO在Vis-IR区域透明度高，便于光吸收
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N-ZnO as front side
ZnO是一种直接宽带隙半导体 ZnO与其他金属形成合金，带隙宽度可达3-5eV 纤锌矿结构的ZnO具有高稳定性 ZnO激子结合能较高(60meV)，保证其高效发光及光 伏特性 ZnO能有效抵制辐射损伤，提高电池寿命
ECN n-WMT technology
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n-MWT vs. n-PasHa: Cell performance
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How to reduce Rseries and incerase of n-WMT cell
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ZnO as ARC
太阳光谱的峰值在600 nm，该波长下ZnO的消光系数
可忽略
600 nm处空气折射率为1，Si的为3.95，ZnO的理论折
射率为1.99，
若用玻璃封装，ZnO的理论折射率为2.3 ZnO的实际折射率为2，与二者符合较好，可作为减 反层，简化工艺
N-Si的杂质对少子空穴的捕获能力低于P-Si
相同电阻率的N-Si的少子寿命比P-Si的高
光致衰减效应极其微弱，电池效率稳定
N-Si少子的表面复合速率低于P-Si
N-Si对金属污杂的容忍度要高于P-Si N-Si电池在弱光下发电特性优于常规P-Si型电池
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n-Si(PANDA)电池的优点