Patente de revestimiento horizontal de células solares

(1) Células solares a base de silicio

1. Células solares de silicio monocristalino

En células solares a base de silicio. , las células solares de silicio monocristalino tienen la mayor eficiencia de conversión y la tecnología más madura. Las células de silicio monocristalino de alto rendimiento se basan en materiales de silicio monocristalino de alta calidad y tecnologías de procesamiento de calentamiento relacionadas. En la actualidad, la tecnología de puesta a tierra eléctrica de silicio monocristalino está cerca de su madurez. En la fabricación de baterías se utilizan técnicas como el texturizado de superficies, la pasivación de la región emisora ​​y el dopaje por zonas. generalmente se adopta. Las baterías desarrolladas incluyen principalmente celdas de silicio monocristalino planas y celdas de silicio monocristalino con electrodos de compuerta enterrados en zanjas. La mejora de la eficiencia de conversión depende principalmente del tratamiento de la microestructura de la superficie y del proceso de dopaje dividido del silicio monocristalino.

En este sentido, el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar de Alemania mantiene el primer nivel mundial. En este estudio, la superficie celular fue texturizada mediante fotolitografía y fotografía para crear una estructura piramidal invertida. Y ponga 13 nm en la superficie. Una gruesa capa de pasivación de óxido combinada con dos capas de revestimiento antirreflectante aumenta la relación de aspecto de la rejilla a través de un proceso de galvanoplastia mejorado: la eficiencia de conversión de celda producida por el método anterior supera el 23%, pero el valor máximo puede alcanzar el 23,3%. Las células solares de silicio monocristalino de gran superficie (225 cm2) preparadas por Kyocera tienen una eficiencia de conversión del 19,44%. El Instituto de Investigación de Energía Solar de Beijing en China también participa activamente en la investigación y el desarrollo de células solares de silicio cristalino de alta eficiencia. La eficiencia de conversión de las células planas de silicio monocristalino de alta eficiencia (2 cm x 2 cm) es del 19,79 %, y la eficiencia de conversión de las células de silicio cristalino con electrodo de puerta enterrada en zanja (5 cm x 5 cm) es del 8,6 %. La eficiencia de conversión de las células solares de silicio monocristalino es sin duda la más alta y todavía domina las aplicaciones y la producción industrial a gran escala. Sin embargo, debido al impacto del precio de los materiales de silicio monocristalino y la correspondiente engorrosa tecnología de baterías, el costo del silicio monocristalino sigue siendo alto, lo que dificulta reducir significativamente su costo. Para ahorrar materiales de alta calidad y encontrar alternativas a las células de silicio monocristalino, se han desarrollado células solares de película fina, de las cuales son representantes típicos las células solares de película fina de silicio policristalino y las células solares de película fina de silicio amorfo.

2. Células solares de película fina de silicio policristalino

Por lo general, las células solares de silicio cristalino se fabrican en obleas de silicio de alta calidad con un espesor de 350 ~ 450 micras. moldeado de Recortado de un lingote de silicio. Por lo tanto, en realidad se consume más material de silicio. Para ahorrar materiales, a mediados de los años 70 se empezó a depositar películas de polisilicio sobre sustratos baratos, pero debido al tamaño de grano de las películas de silicio cultivadas, no se pudieron producir células solares valiosas. Para obtener películas con tamaños de grano grandes, la gente nunca ha dejado de investigar y ha propuesto muchos métodos. Actualmente, la deposición química de vapor (CVD) se usa ampliamente para preparar celdas de película delgada de polisilicio, incluida la deposición química de vapor a baja presión (LPCVD) y la deposición química de vapor mejorada con plasma (PECVD). Además, también se pueden utilizar epitaxia en fase líquida (LPPE) y deposición por pulverización catódica para preparar células de película delgada de polisilicio. La deposición química de vapor utiliza principalmente SiH2Cl2, SiHCl3, Sicl4 o SiH4 como gas de reacción y reacciona en una determinada atmósfera protectora para generar átomos de silicio, que se depositan sobre el sustrato calentado. Los materiales del sustrato suelen ser silicio, dióxido de silicio, nitruro de silicio, etc.

Sin embargo, se descubrió que es difícil formar granos grandes en sustratos sin silicio y que se forman espacios fácilmente entre los granos. La solución a este problema es depositar primero una capa delgada de silicio amorfo sobre el sustrato mediante LPCVD, luego recocer la capa de silicio amorfo para obtener granos más grandes y luego depositar una capa gruesa de polisilicio sobre la membrana de la semilla. Por tanto, la tecnología de recristalización es sin duda un eslabón muy importante. Las principales tecnologías utilizadas actualmente incluyen la cristalización en estado sólido y la recristalización por fusión en zonas. Además del proceso de recristalización, las células de película delgada de silicio policristalino adoptan casi todos los procesos para preparar células solares de silicio monocristalino, lo que mejora significativamente la eficiencia de conversión de las células solares preparadas. La eficiencia de conversión de las células de silicio policristalino preparadas por el Instituto de Investigación de Energía Solar de Friburgo en Alemania sobre sustratos de FZSi es del 19% y la de la japonesa Mitsubishi Corporation es del 16,42%. El principio de la epitaxia en fase líquida (LPE) es fundir el silicio en la matriz y bajar la temperatura para depositar la película de silicio. La eficiencia de la batería preparada por LPE de la empresa Astropower de Estados Unidos alcanza el 12,2%.

Chen Zheliang, del Centro de Tecnología de Desarrollo Optoelectrónico de China, utilizó epitaxia en fase líquida para hacer crecer granos de silicio en obleas de silicio de grado metalúrgico y diseñó un nuevo tipo de célula solar similar a las células solares de película delgada de silicio cristalino, llamada "cristal de silicio". células solares de "grano", pero no ha habido informes sobre su rendimiento. Las células de película delgada de silicio policristalino utilizan mucho menos silicio que el silicio monocristalino, no hay problema de disminución de la eficiencia y pueden producirse sobre materiales de sustrato baratos. Su coste es mucho menor que el de las células de silicio monocristalino, pero su eficiencia es mayor que la de las células de película fina de silicio amorfo. Por lo tanto, las células de película delgada de silicio policristalino pronto dominarán el mercado solar.

3. Células solares de película fina de silicio amorfo

Las dos cuestiones clave en el desarrollo de células solares son: mejorar la eficiencia de conversión y reducir costes. Las células solares de película delgada de silicio amorfo han atraído la atención de la gente y se han desarrollado rápidamente debido a su bajo costo y facilidad de producción en masa. De hecho, ya a principios de la década de 1970, Carlson y otros ya habían comenzado la investigación y el desarrollo de células de silicio amorfo. En los últimos años, su trabajo de investigación y desarrollo se ha desarrollado rápidamente. Actualmente, muchas empresas de todo el mundo fabrican este tipo de baterías.

Aunque el silicio amorfo es un buen material para células solares, su banda prohibida óptica es de 1,7 eV, lo que hace que el material en sí sea insensible a la región de longitud de onda larga del espectro de radiación solar, limitando así la eficiencia de conversión de las células solares de silicio amorfo. Además, su eficiencia fotoeléctrica disminuirá con la extensión del tiempo de iluminación, lo que es el llamado efecto S-W de fotoatenuación, lo que hace que el rendimiento de la batería sea inestable. Una solución a estos problemas es preparar células solares en tándem, que se fabrican depositando una o más subcélulas P-i-n en células solares de unión simple P, I y N preparadas.

Las cuestiones clave para mejorar la eficiencia de conversión y resolver la inestabilidad de las células solares de unión simple son: ① Combina materiales con diferentes bandas prohibidas para mejorar el rango de respuesta espectral (2) La capa I de la parte superior; la celda es más delgada, la intensidad del campo eléctrico generado por la iluminación no cambia mucho, asegurando la extracción de portadores fotogenerados en la capa I (3) Los portadores generados por la celda inferior son aproximadamente la mitad de los de la celda individual y el fotodesvanecimiento; el efecto se reduce; (4) Cada subcélula apilada de una capa de célula solar está conectada en serie. Existen muchos métodos para preparar células solares de película delgada de silicio amorfo, incluida la pulverización catódica reactiva, PECVD, LPCVD, etc. El gas materia prima de reacción es SiH4 diluido con H2 y el sustrato es principalmente vidrio y acero inoxidable. Las películas delgadas de silicio amorfo se pueden convertir en células de unión simple y células solares en tándem mediante diferentes procesos celulares.

En la actualidad, se han logrado dos avances importantes en la investigación de células solares de silicio amorfo: primero, la eficiencia de conversión de las células solares de silicio amorfo de tres capas ha alcanzado el 13%, estableciendo un nuevo récord en la capacidad de producción anual; de células solares de dos y tres capas ha alcanzado los 5MW. La eficiencia de conversión máxima de las células solares de unión simple fabricadas por United Solar Energy Corporation (VSSC) es del 9,3%, y la eficiencia de conversión máxima de las células de tres capas con tres bandas prohibidas es del 13%, como se muestra en la Tabla 1. La eficiencia de conversión máxima anterior se logra con una batería de área pequeña (0,25 cm2). Se informa que la eficiencia de conversión de las células solares de silicio amorfo de unión simple supera el 65.438+02,5%. El Instituto Central de Investigación de Japón ha adoptado una serie de nuevas medidas y la eficiencia de conversión de las células solares de silicio amorfo es del 13,2%. No hay mucha investigación sobre células de película delgada de silicio amorfo, especialmente células solares en tándem, en China. Geng Xinhua y otros de la Universidad de Nankai utilizaron materiales industriales para preparar una célula solar apilada A-Si/A-Si con un área de 20X20 cm2, una eficiencia de conversión del 8,28% y un electrodo posterior de aluminio. Las células solares de silicio amorfo tienen un gran potencial debido a su alta eficiencia de conversión, bajo costo y peso ligero. Pero al mismo tiempo, debido a su baja estabilidad, incide directamente en su aplicación práctica. Si se puede resolver aún más el problema de estabilidad y mejorar la tasa de conversión, las células solares de silicio amorfo serán sin duda uno de los principales productos de desarrollo de las células solares.