硅基光伏电池技术发展方向分析32页
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2009年，95%以上的产品出口国外，国内利用率不到5% 2019年，中国各大厂商纷纷扩大产能，总产能达以12GW
太阳电池分类（依照产业规模）
① 晶硅电池： 多晶硅，单晶硅等；
② 薄膜电池： a-Si，a-Si/ c-Si，CIGS，CdTe，GaAs，polySi等；
③ 新型电池及新概念电池： 染料敏化电池－光电化学电池（Grātzel电池）， 有机电池， 多结(带隙递变)电池， 中间带（杂质带）电池，量子点、量子阱电池， 上转换器（低能光子合并成高能光子）电池， 下转换器（高能光子分解成低能光子）， 热载流子电池等。
100
80
Байду номын сангаас
最高反射率3.7% (中国计量院测试
结果)红外波段有着很好的响应
60
(quasi-black silicon)。
40
20
0 300 600 900 1200 1500 1800 W a v e le n tg h (n m )
常规单晶硅电池 我们的结果
➢低成本 ➢大面积 ➢方法简单位 ➢可产业化
Nano Lett. 2009, Vol.9, No.4, p1549-1554, Silicon Nanowire-Based Solar Cells on Glass: Synthesis, Optical Properties, and Cell Parameters
R e fle c te n c e (% )
效率达到23.2%，Voc达到0.7036V。
300-600nm很高的内量子效率表面 很好的表面钝化效果
Jan Benick, et al, Appl. Phys. Lett., 92, 253504 (2019), High efficiency n-type Si solar cells on Al2O3-passivated boron emitters
散射与入射光对之比
光的有效路径长度
Tbu1lk•TLT
e dnm()
0nm
•tLT•I0(
dnm
)d
0nmI0( )d
路径增强因子
EF tLT tSi
折射率渐变表面的反射率和减反膜的对比
反
射
渐变表面
反射膜
率
(%)
波长(微米) 折射率渐变表面有着极低的反射率，与减反膜形成鲜明的对比
传统减反和超小绒面结构减反表面对比
Al2O3和SiO2钝化后，在紫外光照下 的少子寿命变化
Al2O3钝化后，不同制备方式表面速 率的影响
Florian Werner, Boris Veith, et al, Appl. Phys. Lett., 97, 1621114(2019)
N型电池的Al2O3/SiNx叠层表面钝化
PECVD沉积Al2O3，28nm厚，所获得的表面复合速率达到10cm/S
SiO2/SiNx叠层表面钝化：干氧&平板式PECVD实现
SiO2/SiNx叠层钝化效果 非常明显
高温处理及长时间放置，可靠 性及稳定性非常好
Yevgeniya Larionova, Verena Mertens,Appl. Phys. Lett. 96, 032105 (2019), Surface passivation of n-type Czochralski silicon substrates by thermal-SiO2/plasma-enhanced chemical vapor deposition SiN stacks
表面钝化
表面钝化对电池的影响
I01qin2N 1a
Dn 1
n Nd
Dp
p
新南威尔士大学, PERL电池 ＝ 5%（25％）
FF
Pm VocIsc
AcE
VocIsc
p/i a-Si i/n a-Si
n type c-Si (textured)
日本Sanyo HIT电池, 23% (100cm2)
-Si/SiNx叠层表面钝化
少子寿命与非晶硅 薄膜的关系
N型衬底少子寿命 变化
p型衬底少子寿命 变化
Koichi Koyama et al, Appl. Phys. Lett., 97, 082108 (2019), Extremely low surface recombination velocities on crystalline silicon wafers realized by catalytic chemical vapor deposited SiNx /a-Si stacked passivation layers
晶体硅(多晶和单晶)占据主流市场地位，未 来10-15年仍然以晶体硅为主
➢光的充分吸收和利用 ➢表面钝化 ➢N型晶体硅电池
(MWT/EWT、HIT、背接触、OECO、LFC)
提纲
1.前言 2.硅基高效电池的主要发展方向 3.结论
光的充分吸收和利用
超小绒面：米氏散射理论的计算
平均介电常数
3 1 4 1 2
提纲
1.前言 2.硅基高效电池的主要发展方向 3.结论
未来可再生能源发展趋势
未来主要能源供 应：光伏能源
(数据来源 EU JRC PV Roadmap 2019)
我国已成为世界第一大光伏电池生产大国
1. 美国First Solar：1100MW 2. 中国无锡尚德：704MW------>2019年产能达1.8GW 3. 日本夏普：595MW 4. 德国Q-Cells：586MW 5. 中国英利绿色能源：525.3MW ----->2019年产能达1.3GW 6. 中国晶澳太阳能：520MW ----->2019年产能达1GW 7. 日本京瓷(Kyocera)400MW 8. 中国天合光能：399MW ----->2019年产能达0.7GW 9. 美国SunPower：397MW 10. 中国台湾昱晶368MW。
Jan Schmidt, et al “PROGRESS IN THE SURFACE PASSIVATION OF SILICON SOLAR CELLS”, 2DP.2.4, pp.974-981, 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 1-5 September 2019, Valencia, Spain
太阳电池分类（依照产业规模）
① 晶硅电池： 多晶硅，单晶硅等；
② 薄膜电池： a-Si，a-Si/ c-Si，CIGS，CdTe，GaAs，polySi等；
③ 新型电池及新概念电池： 染料敏化电池－光电化学电池（Grātzel电池）， 有机电池， 多结(带隙递变)电池， 中间带（杂质带）电池，量子点、量子阱电池， 上转换器（低能光子合并成高能光子）电池， 下转换器（高能光子分解成低能光子）， 热载流子电池等。
100
80
Байду номын сангаас
最高反射率3.7% (中国计量院测试
结果)红外波段有着很好的响应
60
(quasi-black silicon)。
40
20
0 300 600 900 1200 1500 1800 W a v e le n tg h (n m )
常规单晶硅电池 我们的结果
➢低成本 ➢大面积 ➢方法简单位 ➢可产业化
Nano Lett. 2009, Vol.9, No.4, p1549-1554, Silicon Nanowire-Based Solar Cells on Glass: Synthesis, Optical Properties, and Cell Parameters
R e fle c te n c e (% )
效率达到23.2%，Voc达到0.7036V。
300-600nm很高的内量子效率表面 很好的表面钝化效果
Jan Benick, et al, Appl. Phys. Lett., 92, 253504 (2019), High efficiency n-type Si solar cells on Al2O3-passivated boron emitters
散射与入射光对之比
光的有效路径长度
Tbu1lk•TLT
e dnm()
0nm
•tLT•I0(
dnm
)d
0nmI0( )d
路径增强因子
EF tLT tSi
折射率渐变表面的反射率和减反膜的对比
反
射
渐变表面
反射膜
率
(%)
波长(微米) 折射率渐变表面有着极低的反射率，与减反膜形成鲜明的对比
传统减反和超小绒面结构减反表面对比
Al2O3和SiO2钝化后，在紫外光照下 的少子寿命变化
Al2O3钝化后，不同制备方式表面速 率的影响
Florian Werner, Boris Veith, et al, Appl. Phys. Lett., 97, 1621114(2019)
N型电池的Al2O3/SiNx叠层表面钝化
PECVD沉积Al2O3，28nm厚，所获得的表面复合速率达到10cm/S
SiO2/SiNx叠层表面钝化：干氧&平板式PECVD实现
SiO2/SiNx叠层钝化效果 非常明显
高温处理及长时间放置，可靠 性及稳定性非常好
Yevgeniya Larionova, Verena Mertens,Appl. Phys. Lett. 96, 032105 (2019), Surface passivation of n-type Czochralski silicon substrates by thermal-SiO2/plasma-enhanced chemical vapor deposition SiN stacks
表面钝化
表面钝化对电池的影响
I01qin2N 1a
Dn 1
n Nd
Dp
p
新南威尔士大学, PERL电池 ＝ 5%（25％）
FF
Pm VocIsc
AcE
VocIsc
p/i a-Si i/n a-Si
n type c-Si (textured)
日本Sanyo HIT电池, 23% (100cm2)
-Si/SiNx叠层表面钝化
少子寿命与非晶硅 薄膜的关系
N型衬底少子寿命 变化
p型衬底少子寿命 变化
Koichi Koyama et al, Appl. Phys. Lett., 97, 082108 (2019), Extremely low surface recombination velocities on crystalline silicon wafers realized by catalytic chemical vapor deposited SiNx /a-Si stacked passivation layers
晶体硅(多晶和单晶)占据主流市场地位，未 来10-15年仍然以晶体硅为主
➢光的充分吸收和利用 ➢表面钝化 ➢N型晶体硅电池
(MWT/EWT、HIT、背接触、OECO、LFC)
提纲
1.前言 2.硅基高效电池的主要发展方向 3.结论
光的充分吸收和利用
超小绒面：米氏散射理论的计算
平均介电常数
3 1 4 1 2
提纲
1.前言 2.硅基高效电池的主要发展方向 3.结论
未来可再生能源发展趋势
未来主要能源供 应：光伏能源
(数据来源 EU JRC PV Roadmap 2019)
我国已成为世界第一大光伏电池生产大国
1. 美国First Solar：1100MW 2. 中国无锡尚德：704MW------>2019年产能达1.8GW 3. 日本夏普：595MW 4. 德国Q-Cells：586MW 5. 中国英利绿色能源：525.3MW ----->2019年产能达1.3GW 6. 中国晶澳太阳能：520MW ----->2019年产能达1GW 7. 日本京瓷(Kyocera)400MW 8. 中国天合光能：399MW ----->2019年产能达0.7GW 9. 美国SunPower：397MW 10. 中国台湾昱晶368MW。
Jan Schmidt, et al “PROGRESS IN THE SURFACE PASSIVATION OF SILICON SOLAR CELLS”, 2DP.2.4, pp.974-981, 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 1-5 September 2019, Valencia, Spain