太阳能电池的发展新趋势

太阳能电池的发展新趋势

紧紧围绕提高光电转换效率和降低生产成本两大目标的各种新型太阳能电池的研究工作，一直在各发达国家及一些发展中国家积极进行。所谓新型太阳能电池，是指用新材料、新结构和新工艺制造的太阳能电池。目前晶体硅高效太阳能电池和各类薄膜太阳能电池是全球新型太阳能电池研究开发的两大热点和重点。高效单晶硅太阳能电池的光电转换效率已接近２５％，高效多晶硅太阳能电池的光电转换效率已超过２０％。薄膜太阳能电池的研究工作主要集中在非晶硅薄膜电池、ＣｄＴｅ系薄膜电池、ＣＩＳ系薄膜电池和多晶硅薄膜电池上。非晶硅薄膜电池的研发，重点是研究解决电池的光致衰降和提高效率问题。经过努力，已有许多新的突破，实验室的稳定效率已达１５％。ＣｄＴｅ系薄膜电池的实验室效率已达到１６．４％，ＣＩＳ系薄膜电池实验室效率已达到１９．２％，并且都已建立了效率超过１０％的中试规模的生产线。多晶硅薄膜电池的研究工作，自１９８７年以来发展迅速，目前实验室效率已超过１７％，成为引起世界光伏界瞩目的新热点，前景看好。

下面对２１世纪前２０年期间世界太阳能电池的发展趋势作一简要预测。

高效率低成本晶体硅太阳能电池的研究开发

晶体硅太阳能电池在２１世纪的前２０年内仍将是居主导地位的光伏器件，在生产和应用总量中占首位，并将向效率更高、成本更低的方向发展。

自１９５４年实用的太阳能电池问世以来，晶体硅太阳能电池一直在世界光伏市场居统治地位，占太阳能电池总产量的８０％～９０％。预计这种地位在相当一个时期之内，还将会继续保持。但将硅材料变成适合于制造电池的硅片，要采用大容量的晶体生长装置和价格昂贵的切割设备，并且制造温度高，要消耗相当多的电能，因而目前硅片的生产成本高达１．５美元/Ｗ左右。正在研究试验用切薄硅片、扩大平面晶体或采用聚光等方法，力争把硅片的生产成本降低一半左右。预测采用各种新方法和新工艺，在今后５～１０ａ间有望把硅片的生产成本降低到１美元/Ｗ左右，并将在１５ａ间进一步降低到接近０．５美元/Ｗ。这样，太阳能电池组件的生产成本，就会从目前的约２～２．５美元/Ｗ，降低到１０～１５ａ后的１美元/Ｗ左右。随着光伏市场的不断发展扩大，１０ａ后光伏系统的价格将会降到６美元/Ｗ，２０ａ左右可以进一步降低到接近３美元/Ｗ，发电成本约为０．１美元/ｋＷ．ｈ。如果民生电价在今后２０ａ间翻一番的话，那么民用光伏系统的电价到２０２０年前后就可达到与常规能源的电价相持平，而进入公共电网。

为实现这样的设想，必须立项目、投资金，积极开展高效率、低成本晶体硅太阳能电池的研究开发工作。

制约晶体硅太阳能电池光电转换效率进一步提高的主要技术障碍有：①电池表面栅线遮光影响；②电池表面光反射损失；③光传导损失；④内部复合损失；⑤表面复合损失等。针对这些障碍，近些年来研究开发了许多新技术、新工艺，主要有：①双层减反射膜，②激光或机械刻槽埋藏栅线技术；③绒面技术；④背点接触电极克服技术；⑤高效反射器技术；⑥光吸收技术等。

降低硅材料的生产费用，是降低太阳能电池成本的关键。多晶硅电池的材料成本比单晶硅电池的材料成本低，应作为研究开发的重点。主要研发的问题有：①多晶硅材料制备的新技术；②快速掺杂表面处理技术；③提高硅片质量的新技术、新工艺等。

太阳能电池的短路电流、开路电压和填充因子都达到最大值时，可以得到最高的转换效率。但由于它们相互影响和制约，并受到材料内在质量的影响，同时提高三者是很困难的，一般情况下只能单独改善其中的某一项。提高短路电流可从光吸收和光谱响应两方面努力。在太阳光谱中短波光的能量很大，而常规硅电池的短波响应却很差。为展宽电池光谱响应的峰区，研制了具有浅结、密栅及“死层”薄特征的紫光电池。常规硅电池表面虽有减反射膜，但单层的减反射膜仍对波长有选择性。无反射电池即绒面电池，则由于表面不平整，可多次吸收入射光，并且没有对波长的选择性，因而在较宽波长范围内光能的吸收量增大，进一步提高了短路电流。提高电池的开路电压能提高电池的转换效率，而具有背面场的电池，开路电压、短路电流和填充因子都可得到提高。这些新工艺、新技术已在高效电池中得到应用，并取得了好的效果。当前的目标，是不但要研发新的工艺、新的技术和新的器件结构，而且也要研发向工业生产的转移问题、降低电池和组件的成本问题。

下面对几种高效率，低成本硅太阳能电池的研发情况作一简介。

１．发射极钝化及背面局部扩散太阳能电池?ＰＥＲＬ

电池正反两面部进行氧钝化，并采用光刻技术将电池表面的氧化硅层制作成倒金宇塔，如图１所示。两面的金属接触面都进行缩小，其接触点进行了硼与磷的重掺杂。用此法制备的单晶硅电池效率已达２４．７％，多晶硅电池效率已达１９．８％。