太陽能是一種儲(chǔ)量極其豐富的潔凈能源，太陽每年向地面輸送的能量高達(dá) 3×1024焦耳。太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產(chǎn)生電能的，是對(duì)環(huán)境無污染的可再生能源。它是人們利用可持續(xù)太陽能資源解決能源危機(jī)和環(huán)境問題的一條重要途徑。
太陽能的特點(diǎn)：
輻射廣泛性：太陽能對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)有重要意義，維護(hù)費(fèi)用很小。
清潔性：太陽能發(fā)電，可減少環(huán)境污染。
分散性：太陽輻射盡管遍及全球。
間歇性：太陽能受天氣、緯度等影響，能量不穩(wěn)定。
太陽能電池的工作原理
太陽能電池的原理基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。不同材料的太陽能電池，雖然光譜響應(yīng)的范圍不同，但光電轉(zhuǎn)換原理一致。
在晶體中電子的數(shù)目總是與核電荷數(shù)相一致，所以 p 型硅和 n 型硅對(duì)外部來說是電中性的。單一的p型或n型硅在光照，僅產(chǎn)生溫度變化，雖然可使電子從化學(xué)鍵中釋放出來，但是短時(shí)間內(nèi)便被再次捕獲。當(dāng)p型材料和n型材料相接時(shí)，晶體界面位置稱為p-n結(jié)。此時(shí)界面層n型材料中的自由電子和p型材料的空穴相對(duì)應(yīng)。
在p-n結(jié)的內(nèi)建電場作用下，n區(qū)的空穴向p區(qū)運(yùn)動(dòng)，而p區(qū)的電子向 n 區(qū)運(yùn)動(dòng)，最后造成在太陽能電池受光面(上表面)有量負(fù)電荷(電子)積累，而在電池背光面(下表面)有大量正電荷(空穴)積累。
太陽能電池的分類
按結(jié)構(gòu)分類
同質(zhì)結(jié)電池：同一種半導(dǎo)體材料構(gòu)成一個(gè)或多個(gè) p-n 結(jié)的電池。
異質(zhì)結(jié)電池：兩種不同的半導(dǎo)體材料構(gòu)成一個(gè)異質(zhì)結(jié)的太陽能電池。
肖特基結(jié)電池：金屬和半導(dǎo)體組成“肖特基勢(shì)壘”的電池（MS電池）。
光電化學(xué)電池：浸于電解質(zhì)中的半導(dǎo)體電極構(gòu)成的電池，又稱為液結(jié)電池。
按材料分類
硅系列太陽能電池：硅材料為基體的太陽能電池，包括單晶、多晶和非晶硅太陽能電池。
單晶硅太陽能電池
單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)較成熟。高性能電池建立在高質(zhì)量單晶硅材料和成熟的加工處理工藝基礎(chǔ)上。電池制作中一般采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)。主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。
多晶硅薄膜太陽能電池
多晶硅薄膜電池使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少、無效率衰退問題。且可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池。
目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉積((LPCVD)、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積((PECVD)和快熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)工藝。此外，液相外延法((LPE)和濺射沉積法也可制備多晶硅薄膜電池。
非晶硅薄膜太陽能電池
非晶硅太陽能電池具有較高的轉(zhuǎn)換效率、較低的成本及重量輕等特點(diǎn)，。但由于穩(wěn)定性不高直接影響實(shí)際應(yīng)用。制備方法有很多，其中包括反應(yīng)濺射法、PECVD 法、LPCVD 法等，不同的電池工藝過程可分別制得單結(jié)電池和疊層太陽能電池。
多元化合物薄膜太陽能電池
除硅系電池外，其他太陽能電池主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘，碲化鎘及銅銦硒薄膜電池。
現(xiàn)有高效硅基太陽能電池主要采用技術(shù)：鈍化發(fā)射極電池(PERL)--p型、異質(zhì)節(jié)結(jié)構(gòu)太陽電池(HIT)--n型，叉指背電極接觸(IBC)電池--n型，以及在HIT和IBC電池上衍生出的HBC電池--n型等。目前工業(yè)化應(yīng)用廣泛的主要有PERC電池、鋁背場(Al-BSF)電池和異質(zhì)節(jié)結(jié)構(gòu)太陽電池(HIT)--n型。
鋁背場(Al-BSF)太陽能電池
鋁背場電池原理：鋁背場(Al-BSF)電池是指在晶硅光伏電池P-N結(jié)制備完成后，通過在硅片的背光面沉積一層鋁膜，制備P+層，從而形成鋁背場。其既可以減少少數(shù)載流子在背面復(fù)合的概率，同時(shí)也可以作為背面的金屬電極，因此能夠提升光伏電池的轉(zhuǎn)換效率。
鋁背場(Al-BSF)太陽能電池工藝
鋁背場(Al-BSF)太陽能電池工藝設(shè)備
鋁背場電池片設(shè)備主要包括8類，根據(jù)前述工藝分別對(duì)應(yīng)制絨清洗設(shè)備、
擴(kuò)散爐、刻蝕設(shè)備、PECVD、絲網(wǎng)印刷設(shè)備、燒結(jié)爐、自動(dòng)分選機(jī)；以及應(yīng)用于整體制造過程中的自動(dòng)化設(shè)備，包括自動(dòng)化裝卸片機(jī)和上下片機(jī)等。
鈍化發(fā)射極及背面電池(PERC)
相較于鋁背場，PERC電池進(jìn)行了背面的工藝升級(jí)，采取了氧化鋁+氮化硅的背鈍化疊層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的鈍化。
鈍化發(fā)射極及背面電池(PERC)工藝
鈍化發(fā)射極及背面電池(PERC)和鋁背場(Al-BSF)太陽能電池設(shè)備
異質(zhì)結(jié)(HIT)太陽能電池
HIT電池最早由日本三洋公司于1990年開發(fā)，因HIT被三洋注冊(cè)為商標(biāo)，又被稱為HJT或SHJ。HIT電池同樣是基于光生伏特效應(yīng)，只是P-N結(jié)是由非晶硅(a-Si)和晶體硅(c-Si)材料形成的。
HIT的優(yōu)勢(shì)：①結(jié)構(gòu)對(duì)稱、易于實(shí)現(xiàn)薄片化；②低溫工藝、能耗低；③開路電壓高、轉(zhuǎn)換效率高；④溫度系數(shù)低，光照下功率輸出優(yōu)于常規(guī)電池；⑤無LID（光衰）和PID（電位誘發(fā)衰減）效應(yīng)。
HIT太陽能電池的結(jié)構(gòu)
異質(zhì)結(jié)電池的工藝
HIT電池制備的5道工藝為：①制絨清洗，該工藝涉及到的設(shè)備主要是濕式化學(xué)清洗設(shè)備；②非晶硅沉積，該工藝涉及到的設(shè)備主要是HWCVD以及PECVD；③透明導(dǎo)電膜制備，該工藝涉及到的設(shè)備主要是RPD以及PECVD；④絲網(wǎng)印刷；⑤測試。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）
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參考資料：
王遠(yuǎn).太陽能電池及其應(yīng)用技術(shù)研究
竇智. n型鋁背結(jié)太陽電池制備方法研究
謝猛.PREC型晶體硅太陽電池的光致衰減及其鈍化技術(shù)研究
史少飛.HIT太陽能電池材料的制備與性能研究
馮勝.異質(zhì)結(jié)太陽能電池設(shè)備深度報(bào)告
