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浅析单晶硅太阳能电池光电转换效率高于多晶硅太阳能电池的原因

日期:2019-06-24    来源:光伏领跑者创新论坛

国际太阳能光伏网

2019
06/24
08:21
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关键词: 光伏电池 单晶硅 多晶硅 光伏电池组件 太阳能电池

   概述
 
  能源是人类生存和社会发展的重要物质基础,21世纪能源需求强烈,但随着世界化石能源储量的减少,同时伴随使用化石能源带来环境污染问题突出,为解决未来能源危机和环境问题,世界上许多国家纷纷掀起了开发利用可再生能源的热潮。
 
  太阳能是可再生能源中最具发展潜力能源之一。太阳能的利用方式主要有两种:一是将太阳能转换成热能,太阳能热水器就是其利用方式之一;另一种利用方式是将太阳光能转换成电能,也叫光伏发电技术,这种技术主要利用晶硅太阳能电池组将太阳光转换成电能。
 
  当前,在太阳能发电技术中用于商业化的电池组件主要是单晶硅多晶硅太阳能电池组件。采用这两种电池板是因为这两种组件的原料生产技术相对成熟已经实现商业化生产,生产成本相对较低。
 
  近年来,国内各主要生产企业通过技术改造和工艺优化,在成本和质量方面已经达到了国际领先水平,进一步提高了国产多晶硅的综合竞争能力。单晶硅太阳能电池价格明显高于多晶硅,这是由于原材料单晶硅的生产工艺比多晶硅复杂所决定的,更重要的是单晶硅的光电转换效率高于多晶硅。
 
  单晶硅太阳能电池光电转换效率高于多晶硅的原因
 
  近年来多晶硅太阳能电池的技术水平提升很快,其与单晶硅的差距正逐步减小,导致多晶硅转换效率低于单晶硅的原因有以下5方面:
 
  (一)材料的本身缺陷多晶硅在生产时晶片面积上有许多晶界和缺陷,以及密度更高的杂质聚集区,作为光生载流子的少子(电子或正电荷),其要穿过晶片一定深度才能形成电流,从而表现为光生电效率。然而,由于上述晶界和缺陷等对少子起到陷阱作用,使少子复合湮灭,平均少子寿命降低,光电转换效率降低;单晶硅在整个晶片表面的尺度上,都没有晶界,缺陷少,杂质陷阱也少,其少子寿命高,因而转换率更高;
 
  (二)材料内的杂质多晶硅在生产中采用的是铸锭法,因此其中所含的O和C原子等杂质杂质浓度较高,导致其在运用中影响了多晶硅的光电转换效率;单晶硅生产以多晶硅为原料,以直拉法为主要生产工艺,使得其中的O和C原子的杂质浓度低于多晶硅从而转换效率高;
 
  (三)电池片P-N结的厚度在多晶硅的生产工艺中由于其工艺的制约导致其P-N结的厚度较薄,使得P-N结对光子的吸收有所降低导致其转换效率有所下降;单晶硅则由于工艺的特殊所以拥有的P-N结厚度也会厚一点,所以其光电转换效率高于多晶硅;
 
  (四)太阳能电池板生产工艺与生产环境多晶硅所采用的工艺为改良西门子法,并且生产原料为二氧化硅,氧原子始终存在于多晶硅整个生产过程之中,其与杂质接触的机会较多,产生更多种的杂质,从而影响它的光电转换效率;单晶硅所采用的工艺为直拉单晶法,由于生产单晶硅所用的原料为多晶硅,并且将氧原子和碳原子等杂质留在了头部和尾部所以经过后续加工以后单晶硅的杂质浓度大大降低,这也有助于其提升光电转换效率。
 
  (五)入射光的吸收多晶硅电池被用于发电时由于其材料内部结构缺陷和含有杂质,导致其在入射光吸收的方面也有所降低,从而影响到多晶硅的转换效率;当两种太阳能电池组件受到外界的人为因素(由于制造、运输等引起的电池片的不良)或者自然因素(树叶、灰尘、动物的粪便等引起的阴影)由于多晶硅内的杂质含量较高使得其自身的内部电阻会高于单晶硅的内部电阻使得单晶硅的转换效率高于多晶硅。
 
  对提高晶硅太阳能电池光电转换效率的建议
 
  多晶硅太阳能电池成本较低,市场占有率高,但其光电转换效率低于单晶硅太阳能电池,为提高多晶硅太阳能电池使用率,降低光伏发电成本,有以下几点建议:
 
  (一)发展高效多结太阳能电池由于不同的P-N结可以吸收不同波段的光,因此发展高效多结太阳能电池片,可以提高电池片对不同波段的光的吸收,从而提高电池片的转换效率;
 
  (二)进一步改进生产工艺加强技术攻关,减少多晶硅中的杂质含量;
 
  (三)电极设计将传统的表面式的电极埋在基板之中,增加电池片的入射光;使用导电性能更好,成本更低的导电材料做电极;
 
  (四)减少电池表面太阳光的反射,增加太阳光吸收率。
 
  结语
 
  随着我国晶硅太阳能电池生产技术的提高、工艺的进一步改进,其光电转换效率的进一步提高,光伏发电成本逐年降低,晶硅太阳能电池在能源领域会扮演愈加重要的角色,也必会为我国的能源和环保事做出更大的贡献。
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