淺談晶體硅太陽電池中的電學復合行為

姜明　閆偉

摘要 ：研究晶體硅太陽電池中的電學復合行為，對推動晶體硅太陽電池發展具有較為重要影響。文中對晶體硅太陽電池進行了簡單介紹，并對晶體硅太陽電池中的電學復合行為進行了深入研究。

關鍵詞 ：晶體硅 太陽電池 電學復合行為

在所有可再生資源中，太陽能是其中最重要的一種，對緩解全球性資源短缺問題具有較為重要的影響。而在當前的太陽能電池市場上，晶體硅太陽電池牢牢占據了超過八成的市場份額，其對整個太陽能電池的發展有具有即為重要的推動作用。在晶體硅太陽電池的研制中，最主要的工作就是要降低其制造成本和制作工藝，當前，該方面所采用的最主要的方法就是設法降低晶體硅硅片的厚度和進一步提升晶體硅太陽電池的轉換能力。降低晶體硅硅片的厚度，就能夠有效降低的電學復合行為的影響，并進一步提高電池的產量。接下來，本文就將以此為基礎，對晶體硅太陽電池的電學復合行為進行詳細探討。

一、晶體硅太陽電池

自太陽能被開發利用開始，硅在太陽能電池中就得到了應用，經過多年的發展，到晶體硅太陽電池的出現，其技術已經逐漸趨于成熟，并且擁有比較高的能源轉化效率。因此，在太陽能電池市場中，晶體硅太陽電池一直是當之無愧的霸主，直到現在，其所占市場份額也超八成。經比較分析發現，就晶體硅太陽電池的研制和發展情況來看，雖然晶體硅太陽電池擁有比較成熟的技術和較為高效的發電能力，但是其成本也非常高，是其他能源發電成本的數倍乃至更多。因此，對當前晶體硅太陽電池的發展而言，其主要工作就是要設法降低電池的發電成本。

現如今，晶體硅太陽電池所存在的問題主要集中在晶體硅硅片的厚度越來越薄，而其厚度越來越薄，其問題就開始一點點暴露[1]。首先，晶體硅硅片厚度不斷降低，其抗壓和抗磨損能力也會隨之降低，在硅片制備和使用的過程中，硅片的破損率就會增加，進而導致成本增加。其次，隨著科學技術的不斷發展，多線切割計技術水平也在不斷提升，如今硅片的厚度已經可以達到100？m，如此一來硅片的轉換效率就會降低，無法對擴散長度過長的光生載流子進行收集，也會對晶體硅太陽電池的電學復合行為造成影響。

二、晶體硅太陽電池中的電學復合行為

（一）硅片表面復合對薄片電池效率的影響

通過對太陽電池中的電學復合行為進行實驗檢測可以發現，在晶體硅太陽電池中，硅片的厚度越薄，硅表面的電學復合行為所具有的影響就越大。當前，在晶體硅太陽電池的制造中，硅片的厚度通常為200 ？m，而隨著科學技術和多線切割工藝的不斷發展，硅片的厚度還在不斷縮減，當前，其厚度縮小極限為100？m。

為了能夠對晶體硅太陽電池中的電學復合行為進行有效驗證，相關人員對其進行了實驗研究，在實驗過程中，首先要將所選取的硅片通過HNO3-HF-H2O體系進行處理，按照實驗要求制作成厚度不同的薄硅片，硅片的厚度，從60？m到180？m不等，每個規格的薄硅片10片。在硅片制作完成之后，利用不同規格的薄硅片制成晶體硅太陽電池[2]。然后，對由不同厚度硅片制成的太陽電池的透射率和前表面反射率進行測試，并通過光譜相應獲得電池的外量子效率。最后，以美國可再生能源實驗室的標準片為參考基準在25± 1℃的溫度條件，采用合適光強為100 mw/cm2的太陽光光對電池I-V曲線進行測試，并對所得到的電學參數進行統計和分析。最終對上述結果進行了有效證實，硅片的厚度越薄，硅表面的電學復合行為所具有的影響就越大。

（二）摻鍺對電池效率的作用

當前，晶體硅太陽電池硅片多采用摻硼單晶硅，在長期光照條件下，晶體硅的體內就會產生硼氧復合體，進而對晶體硅太陽能電池的能源轉換效率造成影響，并且最大能夠降低10%轉換效率。而經過相關人員的實驗研究證明，在摻硼單晶硅中摻入適量的鍺能夠對硼氧復合體的產生形成抑制，進而降低其對太陽電池效率的影響[3]。其主要原因，是因為摻入鍺能夠對雙氧擴散勢壘進行有效提升，進而限制雙氧形成，阻止硼氧復合體的生產。經實驗證明，尺寸為125X125cm2，厚度為200 ？m，電阻率在1～3Ωcm左右的晶體硅硅片中，鍺的濃度在1019-1020cm-3。左右最為合適，如果再大，就會在起到反作用，反而對晶體硅太陽電池的效率和電學復合行為造成影響。

（三）硅片表面電學復合對效率的影響

如圖1所示，為常規絲網印刷硅太陽電池，圖2為入射光在電池中的傳播情況。

從圖2中能夠看出，當入射光照射到電池表面之后，一部分光會反射到空氣或者是封裝玻璃中，而另一部分光，則會折射進電池襯底硅中。而從圖1中能夠看出，為了能夠減少入射光的反射率，在電池的表面通常會設置一層用來減少光反射的薄膜，當前，入射光的反射率已經被控制到了3%以下[4]。除此之外，在電池的前表面還會有許多三角形結構，這樣能夠增加光從一個三角表面反射到另一個三角表面的二次耦合的幾率，進一步降低了入射光反射率。

在入射光照射的過程中，如果入射光子的能量比硅的禁帶寬度大，在電池中就會產生一個電子空穴對。并且，在電池內部電場的作用下，還會降電子和空穴分離開，進一步被電池的前后電極所吸收，并產生外電流[5]。

當入射光子在晶體硅的硅片內進行傳播的時候，會發生如公式①和②的反應：

I = （I- R1） IΩexp（-αx） ①

式中，I為光強；

X為距離；

R1為平均的反射率。

由式中能夠看出，光強會隨距離增加而減弱。

（I-R1）（I-R2）I0e-αx ②

式中，I為光強；

X為距離；

R1為平均的反射率；

α為光子吸收系數。

由式中能夠看出，光子吸收系數會隨光子能量減弱而不斷降低。

經過以上實驗和相關研究可以證明，在晶體硅太陽電池中，硅片表面的電學復合行為會對電池效率造成影響。

結語：

總的來說，對晶體硅太陽電池的電學復合行為進行研究，能夠在現有基礎上進一步提升晶體硅太陽電池的發電效率和制作成本。因此，相關研究人員應該繼續加強對晶體硅太陽電池電學復合行為的研究，以能夠更好的達到降低電池制造成本和提升電池效率的目的。

參考文獻：

[1]王明華.富硅氮化硅和納米硅多層量子阱硅基發光薄膜與器件[D].浙江大學博士學位論文，2012.

[2]賴紅梅. 晶體硅太陽電池背場的鋁硼共摻研究與含亞微米級發光顆粒的染料敏化太陽電池的光伏性能研究[D].上海師范大學，2014.