行 业 及 供 货 商照 片 : 哈 默 尔 恩 太 阳 能 研 究 所 (ISFH)n 型 太 阳 能 电 池 的 研 发 是 目 前 值 得 密 切 关 注 的 问 题 , 很 多 公 司 和 科 研 机 构 , 例 如 上 图 所 示 的 哈 默 尔 恩 太 阳 能研 究 所 (ISFH), 正 在 尝 试 实 现 这 一 技 术 的 规 模 商 用 。从 p 型 到 n 型 的 转 变光 伏 技 术 : 关 于 n 型 硅 基 光 伏 技 术 的 研 究 越 来 越 多 。 研 究 结 果 显 示 , 该 技 术 前 景乐 观 , 预 计 在 未 来 几 年 内 将 占 据 大 块 市 场 份 额 。光 伏 行 业 技 术 发 展 的 主 要 目 标 是降 低 成 本 , 以 实 现 电 网 平 价 。 实 现 电 网平 价 已 成 为 当 务 之 急 , 因 为 各 主 要 光伏 市 场 的 鼓 励 政 策 开 始 明 显 减 少 , 预计 在 未 来 三 至 四 年 内 将 被 完 全 取 消 。如 果 更 为 复 杂 化 的 电 池 和 组 件 工 艺 所带 来 的 额 外 生 产 成 本 有 限 , 那 么 提 高太 阳 能 电 池 效 率 则 有 效 地 大 大 降 低 太阳 能 光 伏 组 件 每 千 瓦 峰 值 的 成 本 ( 美元 )。 只 要 权 衡 系 统 成 本 后 有 所 节 余 ,就 可 以 降 低 发 电 成 本 ( 美 元 / 千 瓦 时 )。在 2 0 11 年 , 大 约 8 4% 的 太 阳 能 光伏 组 件 生 产 基 于 p 型 晶 硅 ( 硅 ) 技 术 。n型 单 晶 硅 电 池 的 市 场 占 有 率 约 为 4% 左右 。 其 余 的 12% 是 薄 膜 太 阳 能 光 伏 组 件(C d Te、a-S i 等 )。p 型 与 n 型 硅 技 术 之间 的 竞 争 有 其 历 史 原 因 。 世 界 上 首 枚 太阳 能 电 池 于 1954 年 在 贝 尔 实 验 室 研 制成 功 , 而 该 枚 电 池 是 用 单 晶 n 型 硅 片 制造 而 成 的 。在 20 世 纪 80 年 代 以 前 , 光 伏 技术 在 工 业 上 的 应 用 主 要 集 中 在 航 天 领域 , 例 如 用 于 卫 星 等 。 实 践 证 明 ,p 型硅 暴 露 在 宇 宙 射 线 ( 诸 如 质 子 和 电 子等 高 能 量 粒 子 ) 中 时 , 不 易 发 生 衰 退 现象 。 所 以 , 几 十 年 以 来 的 工 业 光 伏 电 池发 展 都 建 立 在 p 型 硅 基 础 上 。其 结 果 就 是 , 关 键 工 艺 技 术 ( 例 如发 射 极 扩 散 和 金 属 化 ) 的 工 业 应 用 仅限 于 p 型 硅 片 基 板 。 在 过 去 十 年 , 大 量研 究 集 中 在 n 型 硅 基 光 伏 技 术 领 域 。 研究 结 果 表 明 ,n 型 硅 光 伏 技 术 在 效 率 性能 上 有 可 能 超 越 传 统 p 型 硅 光 伏 技 术 。46 光 伏 杂 志 2012/9 月 刊
于 是 , 越 来 越 多 业 内 人 士 开 始 关 注 n 型 硅 基 电 池 及 组 件 技 术的 发 展 和 工 业 应 用 。 按 照 最 新 版 本 的 《 国 际 光 伏 技 术 发 展 路线 图 》(ITR<strong>PV</strong> 03/2012),n 型 硅 基 产 品 在 单 晶 硅 太 阳 能 组件 市 场 所 占 份 额 可 在 2015 年 达 到 约 30%。n 型 硅 材 料生 产 n 型 硅 晶 体 所 使 用 的 初 始 材 料 ( 硅 料 ) 与 ( 按 照 西门 子 工 艺 流 程 ) 生 产 p 型 硅 晶 体 所 用 的 硅 料 一 样 , 都 是 同 种类 型 的 多 晶 硅 。 不 同 之 处 在 于 结 晶 化 时 的 掺 杂 工 艺 : 生 产 p型 硅 时 通 常 使 用 硼 作 为 掺 杂 剂 , 而 在 生 产 n 型 硅 晶 体 时 则 通常 在 硅 熔 体 中 添 加 磷 的 方 法 制 造 掺 杂 剂 。过 去 十 年 出 现 了 大 量 关 于 n 型 ( 主 要 是 掺 磷 ) 硅 材 料 及相 关 电 池 工 艺 的 科 学 研 究 。 这 说 明 , 与 传 统 p 型 ( 掺 硼 ) 硅太 阳 能 电 池 相 比 ,n 型 硅 电 池 的 优 势 主 要 体 现 在 两 个 方 面 :首 先 ,n 型 硅 电 池 不 会 因 晶 片 同 时 受 到 硼 和 氧 气 的 影 响 而 产生 光 致 衰 退 (LID) 现 象 , 而 这 种 现 象 会 导 致 p 型 硅 太 阳 能 电池 的 组 件 输 出 功 率 在 安 装 后 几 周 内 的 下 降 约 百 分 之 二 到 百分 之 三 。 其 次 ,n 型 硅 片 不 易 受 硅 料 中 常 见 的 杂 质 影 响 , 因此 可 较 容 易 地 获 得 高 电 力 质 量 的 n 型 硅 片 。 所 以 说 , 与 制 造高 质 量 p 型 硅 片 相 比 , 制 造 具 有 高 太 阳 能 电 池 效 率 的 n 型 硅片 更 具 有 成 本 效 益 。 而 且 , 目 前 关 于 n 型 多 晶 硅 的 研 究 尚 有待 深 入 研 究 。实 践 证 明 , 利 用 同 样 经 济 有 效 的 切 克 劳 斯 基 (CzSi) 提拉 法 , 可 制 造 出 载 流 子 扩 散 长 度 长 的 高 质 量 n 型 单 晶 硅 片 。此 外 , 硅 片 不 会 发 生 光 致 衰 退 (LID) 现 象 , 且 可 通 过 常 规 工业 流 程 进 行 制 造 。处 理 硅 片 材 料 的 难 点 之 一 就 是 硅 晶 体 中 电 气 性 质 的 同质 化 。 与 传 统 p 型 ( 掺 硼 ) 硅 相 比 ,n 型 ( 掺 磷 ) 硅 晶 体 中 特 定电 阻 的 分 布 较 广 。 掺 硼 的 情 况 下 , 硅 晶 体 中 的 电 阻 率 通 常 保持 在 一 至 三 欧 姆 厘 米 (Ωcm) 之 间 ; 掺 磷 的 情 况 下 , 电 阻 率范 围 增 至 三 到 十 二 或 以 上 欧 姆 厘 米 。 传 统 电 池 理 念 要 求 的 电阻 率 分 布 较 窄 , 以 便 确 保 来 自 同 一 晶 体 的 所 有 硅 片 具 有 稳 定的 效 率 ; 而 N 型 硅 晶 体 的 电 阻 率 差 异 较 大 , 因 而 硅 电 池 产 出量 减 少 , 导 致 整 体 生 产 成 本 增 加 。 市 场 上 有 很 多 N 型 区 熔 硅(FzSi) 供 应 商 和 切 克 劳 斯 基 提 拉 法 硅 片 供 应 商 , 部 分 供 应商 也 会 供 应 156 x 156 平 方 毫 米 (mm2) 的 硅 片 , 如 Topsil、挪 森 (Norsun)、Pillar、MEMC、 博 世 和 LDK 等 公 司 。其 中 一 个 解 决 方 案 是 开 发 不 易 受 基 体 电 阻 率 影 响 的 电池 设 计 , 而 另 外 一 个 方 案 则 是 应 用 基 于 硅 料 连 续 进 料 的 硅锭 生 长 技 术 。 目 前 , 这 种 旨 在 保 证 高 同 质 高 质 量 电 气 性 质 (例 如 电 池 寿 命 和 电 阻 率 ) 的 连 续 切 克 劳 斯 基 技 术 正 在 研 发之 中 。 进 行 上 述 技 术 研 发 的 有 Confluence 和 Solaicx 等 机 构 。这 些 技 术 有 望 在 不 久 的 将 来 投 入 商 用 。业 界 的 太 阳 能 电 池 理 念市 场 上 现 有 或 处 于 工 业 研 究 阶 段 的 n 型 硅 太 阳 能 电 池 技术 可 以 分 为 以 下 三 类 :··前 硼 发 射 极 H 型 装 置 ;··背 发 射 极 H 型 装 置 ;··背 发 射 极 背 接 触 装 置 。上 述 提 到 的 所 有 n 型 及 p 型 硅 技 术 在 性 能 表 现 上 都 有 着各 自 的 极 限 , 主 要 体 现 在 基 板 质 量 、 表 面 钝 化 质 量 及 前 板 遮蔽 等 方 面 。按 照 现 有 的 钝 化 及 金 属 化 技 术 , 带 同 质 发 射 极 及 铝 背场 (Al-BSF) 的 传 统 p 型 太 阳 能 电 池 的 效 率 极 限 约 为 19%左 右 。 如 果 使 用 选 择 性 发 射 极 , 效 率 极 限 为 19.5%; 如 果 背板 ( 即 通 常 所 说 的 钝 化 发 射 极 和 背 面 电 池 , 或 PERC 理 念 )发 生 其 他 变 化 , 效 率 极 限 可 达 到 20%, 这 点 在 centrotherm公 司 的 Centaurus 理 念 中 已 有 所 体 现 。 使 用 电 极 触 指 间 存 在钝 化 区 域 的 开 放 式 金 属 背 (H 型 ) 电 池 , 例 如 熊 猫 N 型 电 池 ,广 告Want to continueselling to the European<strong>PV</strong> market?<strong>PV</strong> CYCLE members areready to meet new mandatoryrequirements.By offering an intelligent collection andrecycling solution for end-of-life <strong>PV</strong> modulesin all EU27 and EFTA countries, <strong>PV</strong> CYCLEenables its members to comply withmandatory waste legislation and fulfilltheir commitment to sustainable life cyclemanagement.Come and see us at <strong>PV</strong>SEC or participate in the3 rd International Conference on <strong>PV</strong> Module RecyclingFebruary 28, 2013 | Rome, Italy | www.recycling-conference.orgParticipate!<strong>PV</strong> CYCLERenewable Energy HouseRue d’Arlon 63-671040 BrusselsT: +32 (0) 2 400 1049F: +32 (0) 2 400 1030www.pvcycle.org光 伏 杂 志 2012/9 月 刊