晶硅太陽能電池的轉換效率損失機理

太陽能電池轉換效率受到光吸收、載流子輸運、載流子收集的限制。對于單晶硅硅太陽能電池，由于上光子帶隙的多余能量透射給下帶隙的光子，其轉換效率的理論最高值是28%。只有盡量減少損失才能開發出效率足夠高的太陽能電池。

影響晶體硅太陽能電池轉換效率的原因主要來自兩個方面，如圖1所示：

(1)光學損失，包括電池前表面反射損失、接觸柵線的陰影損失以及長波段的非吸收損失。

(2)電學損失，它包括半導體表面及體內的光生載流子復合、半導體和金屬柵線的接觸電阻，以及金屬和半導體的接觸電阻等的損失。這其中最關鍵的是降低光生載流子的復合，它直接影響太陽能電池的開路電壓。光生載流子的復合主要是由于高濃度的擴散層在前表面引入大量的復合中心。此外，當少數載流子的擴散長度與硅片的厚度相當或超過硅片厚度時，背表面的復合速度對太陽能電池特性的影響也很明顯。

提高晶硅太陽能電池轉換效率的方法

(1)光陷阱結構。一般高效單晶硅電池采用化學腐蝕制絨技術，制得絨面的反射率可達到10%以下。目前較為先進的制絨技術是反應等離子蝕刻技術(RIE)，該技術的優點是和晶硅的晶向無關，適用于較薄的硅片，通常使用SF6/O2混合氣體，在蝕刻過程中，F自由基對硅進行化學蝕刻形成可揮發的SiF4，O自由基形成SixOyFz對側墻進行鈍化處理，形成絨面結構。目前韓國周星公司應用該技術的設備可制得絨面反射率低于在2%~20%范圍。

(2)減反射膜。它的基本原理是位于介質和電池表面具有一定折射率的膜，可以使入射光產生的各級反射相互間進行干涉從而完全抵消。單晶硅電池一般可以采用TiO2、SiO2、SnO2、ZnS、MgF2單層或雙層減反射膜。在制好絨面的電池表面上蒸鍍減反射膜后可以使反射率降至2%左右。

(3)鈍化層：鈍化工藝可以有效地減弱光生載流子在某些區域的復合。一般高效太陽電池可采用熱氧鈍化、原子氫鈍化，或利用磷、硼、鋁表面擴散進行鈍化。熱氧鈍化是在電池的正面和背面形成氧化硅膜，可以有效地阻止載流子在表面處的復合。原子氫鈍化是因為硅的表面有大量的懸掛鍵，這些懸掛鍵是載流子的有效復合中心，而原子氫可以中和懸掛鍵，所以減弱了復合。

(4)增加背場：如在P型材料的電池中，背面增加一層P+濃摻雜層，形成P+/P的結構，在P+/P的界面就產生了一個由P區指向P+的內建電場。由于內建電場所分離出的光生載流子的積累，形成一個以P+端為正，P端為負的光生電壓，這個光生電壓與電池結構本身的PN結兩端的光生電壓極性相同，從而提高了開路電壓Voc。同時由于背電場的存在，使光生載流子受到加速，這也可以看作是增加了載流子的有效擴散長度，因而增加了這部分少子的收集幾率，短路電流Jsc也就得到提高。

(5)改善襯底材料：選用優質硅材料，如N型硅具有載流子壽命長、制結后硼氧反應小、電導率好、飽和電流低等。