[发明专利]太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及能源技术领域，更具体地，本发明涉及一种能够提高太阳能发电效率的晶体硅太阳能电池。

背景技术

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水准的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。

目前，太阳能硅电池具有三个不同的发展方向，发展最为成熟的是单晶硅太阳能电池。首件太阳能硅电池专利产生于1946年(请参照美国专利2,402,662号)，其中描述了有关单晶硅片的使用以及位于其表面的P-N接面的发光转换技术。

根据许多计算原理(请分别参照K.Chopra，薄膜太阳能电池，世界出版社(1986)，及R.H Blue photoconductivity of solid J.W.JneNewYork(1967))，可得知光伏电池的主要参数以及它们之间的关系。分析太阳能电池的参数以及其他能源的参数，其重要的效率参数确定为：ζ＝P_max/E×A_c。其中P_max为太阳能电池的最大输出功率；E为太阳能功率的激发密度(即每单位面积每单位波长的光照功率)；A_c为太阳能电池的表面积。当地面温度条件为T＝25℃时，其开路电压值Voc约为0.60V，功率密度E为1000W/m²，单晶硅的效率极限值为24％～25％。

已知决定太阳能电池的效能有三个重要参数：开路电压Voc、短路电流Isc以及填充系数FF。太阳能电池的填充系数与其他参数的关系如下式：

FF＝P_max/V_oc×I_sc＝ζ×A_c×E/V_oc×I_sc。

由此可知，要提高太阳能电池的效率，则要同时增加其开路电压Voc、短路电流Isc(即光电流)，和填充系数FF(即减少串联电阻与漏电流)。

在现阶段，仅单晶硅的效能接近理论上的效率极值(极值为21.5～22％)。

与单晶硅太阳能电池的效率极值接近的成份有多晶硅(多晶Si)以及称为α-Si的非结晶硅。由于多晶硅中的可移动电流载体、薄膜及使用的硅成份远远低于单晶硅(其有效量组分的单晶硅成份为10～12％，在α-Si片上不超过6％)，因而，如何生产出高效能、更低成本的多晶硅电池是业内尚未能解决的重大问题。换言之，解决多晶硅太阳能电池中的效能低的问题是目前相关领域的业者所期待的。

在已发表文献(请参照C.Strupfel等，Silicon solar cell efficiency，Solar energy materials and solar cells V91，p238-249(2007))中指出在太阳能硅电池中能量损失的三种原因：

首先，是能量差的损失，单晶硅P-N接面中电子-空穴位能差为Eg＝1.12eV，而相同能量的波长为λ＝1100nm。太阳能最大的辐射光谱为λ＝470nm，其能量超过2个Eg，其超过的一部份能量就会损失掉，所以不同能量的差异是能量损失的主要原因，文献(请参照H.J.Hovel等，Solar Energy Materials V2，p19(1979))中也提出该问题，即最大的太阳能辐射光谱值(λ＝470nm)与硅电池光谱灵敏度最大值(λ＝940nm)并不相匹配。

第二，是反射光的损失，已知入射到太阳能电池上的阳光会有约30％的反射损失，这对太阳能电池而言是相当严重的。为确保多晶硅太阳能电池表面吸收更多的太阳能辐射，在表面形成一层氮化硅(SiN或Si₃N₄)或氧化钛(TiO)以形成抗反射层从而减少入射光的反射，但在实际情况中还是无法完全排除反射光的损失。

第三，是能量小于Eg的太阳红外线辐射，太阳能电池不吸收，反而对太阳能电池加热。由于被吸收的光通过多晶硅片的P-N接面产生电子-空穴对；而部分太阳光辐射(主要是太阳光辐射中λ＞1.1微米的红外线部分，占整体太阳光辐射能量的25-28％)不被硅片中的P-N接面吸收，无法产生电子-空穴对而形成电流，而直接对硅片加热，更造成硅片中的P-N接面吸收效率的下降，进而导致太阳能电池整体效能下降。