シリコン太陽電池の変換効率に影響を与える要因の分析

結晶シリコン太陽電池の変換効率低下のメカニズム

太陽電池の変換効率は、光吸収、キャリア輸送、およびキャリア収集によって制限されます。単結晶シリコン太陽電池の場合、上部バンドギャップの過剰なエネルギーが下部バンドギャップの光子に伝達されるため、理論上の最大変換効率は28％です。損失を最小限に抑えることによってのみ、十分に効率的な太陽電池を開発することができます。

結晶シリコン太陽電池の変換効率に影響を与える理由は、主に2つの側面から来ています。

（1）バッテリーの前面での反射の損失、コンタクトグリッドでの影の損失、および長帯域での非吸収の損失を含む光損失。

（2）電気的損失。これには、半導体表面および生体内での光電流複合材料の損失、半導体と金属グリッドの接触抵抗、および金属と半導体の接触抵抗が含まれます。これらの中で最も重要なのは、太陽電池の開回路電圧に直接影響する光キャリアの複合体を減らすことです。光キャリアの複合体は、主に、高濃度拡散層の前面に多数の複合体中心が導入されているためです。さらに、少数キャリアの拡散長がシリコンウェーハの厚さ以上の場合、太陽電池の特性に対する裏面の複合速度の影響も明らかです。

結晶シリコン太陽電池の変換効率を改善する方法

（1）ライトトラップ構造。一般に、高効率の単結晶シリコンセルは化学腐食を使用してベルベット技術を作成し、ベルベット表面の反射率は10％未満に達する可能性があります。現在、より高度なカシミヤ製造技術は反応性プラズマエッチング技術（RIE）です。この技術の利点は、結晶シリコンの結晶方向とは何の関係もないことです。薄いシリコンウェーハに適しており、通常、エッチング時にSF6 / O2混合ガスを使用します。 Fフリーラジカルはシリコンを化学的にエッチングして揮発性SiF4を形成し、OフリーラジカルはSixOyFzを形成して側壁を不動態化し、ベルベット構造を形成します。現在、韓国の会社Zhouxingが使用している機器は、2％から20％未満のベルベット反射率を生成できます。

（2）リフレクターフィルムの縮小。その基本原理は、媒体の表面に配置された膜と特定の屈折率を持つバッテリーであり、入射光によって生成されるさまざまなレベルの反射間の干渉を完全に相殺することができます。単結晶シリコンセルは、一般に、TiO2、SiO2、SnO2、ZnS、MgF2単層または二層還元反射膜を使用できます。ベルベット表面の反射フィルムを蒸した後、反射率を約2％に下げることができます。

（3）パッシベーション層：パッシベーションプロセスは、特定の領域の光キャリアの組成を効果的に減らすことができます。一般に、高効率の太陽電池は、熱酸素パッシベーション、原子水素パッシベーション、またはリン、ホウ素、アルミニウムの表面拡散によってパッシベーションすることができます。熱酸素パッシベーションは、バッテリーの前面と背面に酸化シリコン膜が形成されることで、キャリアが表面に混入するのを効果的に防ぐことができます。原子状水素の不動態化は、シリコンの表面に多数の懸濁結合があるためです。これらの浮遊結合は担体の効果的な複合中心であり、水素原子は浮遊結合を中和して複合体を弱める可能性があります。

（4）追加されたバックフィールド：たとえば、Pタイプのバッテリーでは、背面にP +高密度ドーピング層を追加して、P + / P構造を形成します。P+ / Pの界面に、内蔵の電気があります。 P領域からP +を指すフィールドが生成されます。ビルトインパワーサイトから分離された光キャリアの蓄積により、正のP +端と負のP端を持つフォトジェニック電圧が形成されます。このフォトジェニック電圧は、バッテリー構造自体のPN接合の両端のフォトジェニック電圧と同じです。開回路電圧Vocが増加しました。同時に、逆電界の存在により、光電流キャリアが加速されます。これは、キャリアの有効拡散長が長くなるため、少数派のこの部分の収集確率が高くなり、短絡電流Jscも改善されると見なすこともできます。

（5）基板材料の改良：キャリア寿命が長く、結び目作成後のボロ酸素反応が小さく、導電性が高く、飽和電流が少ないN型シリコンなどの高品質シリコン材料の選択。

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