Análisis de factores que afectan la eficiencia de conversión de las células solares de silicio

El mecanismo de pérdida de eficiencia de conversión de las células solares de silicio cristalino

La eficiencia de conversión de las células solares está limitada por la absorción de luz, el transporte de portadores y la recolección de portadores. Para las células solares de silicio monocristalino, la eficiencia de conversión máxima teórica es del 28% porque el exceso de energía de la banda prohibida superior se transmite al fotón de la banda prohibida inferior. Solo minimizando las pérdidas se pueden desarrollar células solares que sean lo suficientemente eficientes.

Las razones que afectan la eficiencia de conversión de las células solares de silicio cristalino provienen principalmente de dos aspectos:

(1) Pérdida óptica, incluida la pérdida de reflexión en la superficie frontal de la batería, pérdida de sombra en la rejilla de contacto y pérdida de no absorción en la banda larga.

(2) Pérdida eléctrica, que incluye pérdida de compuestos de fotocorriente en superficies semiconductoras e in vivo, resistencia de contacto de semiconductores y rejillas metálicas, y resistencia de contacto de metales y semiconductores. El más importante de ellos es reducir la composición de los fotoportadores, que afecta directamente el voltaje de circuito abierto de las células solares. El material compuesto de fotoportadores se debe principalmente a la introducción de un gran número de centros de material compuesto en la superficie frontal de una capa de difusión de alta concentración. Además, cuando la longitud de difusión del portador minoritario es igual o mayor que el grosor de la oblea de silicio, el efecto de la velocidad compuesta de la superficie posterior sobre las características de la célula solar también es obvio.

Método para mejorar la eficiencia de conversión de células solares de silicio cristalino

(1) Estructura de trampa de luz. En general, las células de silicio monocristalino de alta eficiencia utilizan corrosión química para fabricar tecnología de terciopelo, y la reflectividad de la superficie de terciopelo puede alcanzar menos del 10%. En la actualidad, la tecnología de producción de cachemira más avanzada es la tecnología de grabado con plasma reactivo (RIE). La ventaja de esta tecnología es que no tiene nada que ver con la dirección cristalina del silicio cristalino. Es adecuado para obleas de silicio más delgadas y generalmente utiliza gas mezclado SF6 / O2 durante el grabado. Los radicales libres F graban químicamente el silicio para formar SiF4 volátil, y los radicales libres O forman SixOyFz para pasivar las paredes laterales para formar una estructura aterciopelada. En la actualidad, el equipo utilizado por la empresa coreana Zhouxing puede producir una reflectividad aterciopelada de menos del 2% al 20%.

(2) Película reflectora reducida. Su principio básico es una membrana ubicada en la superficie del medio y la batería con un cierto índice de refracción, que puede compensar completamente la interferencia entre los distintos niveles de reflexión generados por la luz incidente. Las células de silicio monocristalino generalmente pueden usar membranas reflectoras reducidas de monocapa o doble capa de TiO2, SiO2, SnO2, ZnS, MgF2. La reflectividad se puede reducir a aproximadamente un 2% después de vaporizar la película reflectante en la superficie de la superficie de terciopelo.

(3) Capa de pasivación: el proceso de pasivación puede reducir efectivamente la composición de los fotoportadores en ciertas áreas. En general, las baterías solares de alta eficiencia pueden pasivarse mediante pasivación térmica de oxígeno, pasivación de hidrógeno atómico o la difusión superficial de fósforo, boro y aluminio. La pasivación de termooxígeno es la formación de películas de óxido de silicio en la parte delantera y trasera de la batería, lo que puede evitar eficazmente que el portador se componga en la superficie. La pasivación del hidrógeno atómico se debe a la gran cantidad de enlaces de suspensión en la superficie del silicio. Estos enlaces de suspensión son los centros compuestos eficaces de los portadores, y el hidrógeno atómico puede neutralizar los enlaces de suspensión, debilitando así el material compuesto.

(4) Campo posterior agregado: por ejemplo, en una batería tipo P, agregue una capa de dopaje densa P + en la parte posterior para formar una estructura P + / P, en la interfaz de P + / P, una Se genera un campo que apunta desde la región P a P +. Debido a la acumulación de fotoportadores separados del sitio de energía incorporado, se forma un voltaje fotogénico con un extremo P + positivo y un extremo P negativo. Este voltaje fotogénico es el mismo que el voltaje fotogénico en ambos extremos de la unión PN de la estructura de la batería. Se aumentó el voltaje de circuito abierto Voc. Al mismo tiempo, debido a la existencia del campo eléctrico trasero, la portadora de fotocorriente se acelera. Esto también puede verse como un aumento de la longitud de difusión efectiva del portador, aumentando así la probabilidad de recolección de esta parte de la minoría, y también se mejora la corriente de cortocircuito Jsc.

(5) Mejora de los materiales del sustrato: la selección de materiales de silicio de alta calidad, como el silicio de tipo N con una larga vida útil, una pequeña reacción de boroxígeno después de la preparación del nudo, buena conductividad, baja corriente de saturación.

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