(1) 실리콘 기반 태양 전지
1, 단결정 실리콘 태양 전지
실리콘계 태양전지 중 단결정 실리콘 태양전지는 변환 효율이 가장 높고 기술도 가장 성숙하다. 고성능 단결정 실리콘 배터리는 고품질의 단결정 실리콘 재질 및 관련 발열 가공 기술을 기반으로 합니다. 현재 단결정 실리콘의 전기 접지 기술은 이미 성숙에 가까워졌다. 배터리 제조에서는 표면 텍스처화, 방출 영역 패시베이션, 구역 도핑 등의 기술이 있습니다. 보편적으로 채택되다. 개발된 배터리는 주로 평면 단결정 실리콘 배터리와 홈 매립 전극 단결정 실리콘 배터리입니다. 변환 효율을 높이는 것은 주로 단결정 실리콘의 표면 미세 구조 처리와 분할 도핑 공정에 달려 있다.
이와 관련하여 독일 플로엔호프 태양열 시스템 연구소는 세계 최고 수준을 유지하고 있다. 이 연구에서는 리소그래피와 사진을 통해 배터리 표면을 텍스처화하여 거꾸로 피라미드 구조를 만들었다. 표면에 13nm 를 놓았습니다. 두꺼운 산화 패시베이션 레이어는 두 개의 반사 방지 코팅과 결합되어 향상된 전기 도금 공정을 통해 판자 그리드의 종횡비를 높였습니다. 위에서 만든 배터리 변환 효율은 23% 를 넘었지만 최대값은 23.3% 에 달합니다. 경자회사가 준비한 대면적 (225cm2) 단결정 실리콘 태양전지 전환 효율은 19.44% 로 중국 베이징 태양열연구소도 고효율 결정질 실리콘 태양전지 개발에 적극 참여하고 있다. 평면 고효율 단결정 실리콘 배터리 (2cmX2cm) 의 변환 효율은 19.79%, 홈 게이트 전극 결정질 실리콘 배터리 (5cmX5cm) 의 변환 효율은 8.6% 입니다. 단결정 실리콘 태양전지의 전환 효율은 의심할 여지 없이 가장 높으며, 대규모 응용과 공업 생산에서 여전히 주도적인 지위를 차지하고 있다. 그러나 단결정 실리콘 재료 가격의 영향과 그에 상응하는 번거로운 배터리 기술로 인해 단결정 실리콘 비용이 높고 비용을 크게 낮추기가 매우 어렵습니다. 양질의 재료를 절약하고 단결정 실리콘 배터리의 대안을 찾기 위해 박막 태양전지가 개발되었는데, 그중에서도 폴리실리콘 박막 태양전지와 비결정질 실리콘 박막 태양전지가 대표적인 대표다.
폴리 실리콘 박막 태양 전지
보통 결정질 실리콘 태양전지는 350 ~ 450 미크론 두께의 양질의 실리콘으로 만들어졌으며, 실리콘은 당기거나 주조한 실리콘 덩어리에서 톱질되었다. 그래서 실제로 더 많은 실리콘 물질을 소비했습니다. 재료를 절약하기 위해 사람들은 1970 년대 중반부터 값싼 라이닝에 폴리 실리콘 필름을 퇴적했지만, 자란 실리콘 막의 결정립 크기로 귀중한 태양전지를 만들지 못했다. 대형 결정립 크기의 박막을 얻기 위해 사람들은 연구를 멈추지 않고 많은 방법을 제시했다. 현재, 화학 기상 증착 (CVD) 은 저압 화학 기상 증착 (LPCVD) 및 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD) 을 포함한 폴리 실리콘 박막 배터리를 제조하는 데 널리 사용되고 있습니다. 또한 액상외연 (LPPE) 과 스퍼터링 침착도 폴리실리콘 박막 배터리를 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 화학기상침착은 주로 SiH2Cl2, SiHCl3, Sicl4 또는 SiH4 를 반응가스로 사용하여 일정한 보호 분위기에서 실리콘 원자를 반응시켜 가열된 라이닝에 퇴적한다. 기판 재료는 일반적으로 실리콘, 실리카, 실리콘 질화물 등이다.
그러나, 실리콘이 아닌 라이닝에 큰 알갱이를 형성하기 어렵고, 결정립 사이에 틈새를 형성하기 쉽다는 것을 발견했다. 이 문제를 해결하는 방법은 먼저 LPCVD 를 통해 라이닝에 얇은 비정질 실리콘 층을 쌓은 다음 비정질 실리콘 층을 어닐링하여 더 큰 알갱이를 얻은 다음 이 씨정에 두꺼운 폴리실리콘 막을 증착시키는 것이다. 따라서 재결정 기술은 의심할 여지 없이 매우 중요한 부분이다. 현재 채택된 주요 기술은 고체 결정법과 영역 용융 재결정법이다. 재결정 공정 외에도 폴리 실리콘 박막 배터리는 단결정 실리콘 태양 전지를 제조하는 거의 모든 공정을 채택하여 준비된 태양 전지의 변환 효율을 크게 높였다. 독일 플레부르크 태양열 연구소가 FZSi 라이닝에 준비한 폴리 실리콘 배터리 변환 효율은 19%, 일본 미쓰비시는 16.42% 였다. 액상외연 (LPE) 의 원리는 기질의 실리콘을 녹이고 온도를 낮춰 실리콘막을 침전시키는 것이다. 미국 Astropower LPE 가 준비한 배터리 효율은 12.2% 에 달했다.
중국 광전발전기술센터의 진철량은 액상 외연을 이용하여 야금급 실리콘에 실리콘 알갱이를 성장시켜 결정체 실리콘 박막 태양전지와 같은 신형 태양전지를 설계했다.' 실리콘 결정립' 태양전지라고 하지만 아직 그 성능에 대한 보도는 보지 못했다. 폴리실리콘 박막 전지용 실리콘의 양은 단결정 실리콘보다 훨씬 적으며, 효율이 떨어지는 문제는 없으며, 값싼 라이닝 재료에 준비할 수 있다. 그 비용은 단결정 실리콘 배터리보다 훨씬 낮지만 비결정질 실리콘 박막 배터리보다 효율이 높다. 따라서 폴리실리콘 박막 배터리는 곧 태양에너지 시장에서 주도권을 차지할 것이다.
비정질 실리콘 박막 태양 전지
태양전지를 개발하는 두 가지 중요한 문제는 전환 효율을 높이고 비용을 낮추는 것이다. 비결정질 실리콘 박막 태양전지는 비용이 낮고 대규모 생산에 편리하기 때문에 사람들의 관심을 받고 빠르게 발전하고 있다. 사실, 1970 년대 초에 칼슨 등은 비정질 실리콘 배터리의 연구 개발을 시작했으며, 최근 몇 년 동안 그들의 연구 개발은 급속히 발전해 왔습니다. 현재 세계 많은 회사들이 이런 배터리 제품을 생산하고 있다. 비결정질 실리콘은 좋은 태양전지 재질이지만 광학 밴드 갭은 1.7eV 로, 재질 자체가 태양 복사 스펙트럼의 장파 영역에 민감하지 않아 비결정질 실리콘 태양전지의 변환 효율을 제한합니다. 또한 조명 시간이 길어짐에 따라 광전 효율이 떨어집니다. 이를 광 감쇠 S-W 효과라고 하며 배터리 성능을 불안정하게 합니다. 이러한 문제를 해결하는 방법은 하나 이상의 P-i-n 하위 배터리를 준비된 P, I, N 단일 접합 태양 전지에 퇴적함으로써 만든 적층 태양 전지를 준비하는 것입니다.
변환 효율을 높이고 단일 접합 태양 전지의 불안정성을 해결하는 중요한 문제는 다음과 같습니다. 1 서로 다른 밴드 갭 재료를 결합하여 스펙트럼 응답 범위를 높였습니다. (2) 상단 배터리의 I 층은 비교적 얇으며, 조명으로 인한 전기장 강도 변화는 크지 않아, I 층에서 광생 유류자 추출을 보장한다. (3) 기본 배터리에서 생성되는 캐리어는 단일 배터리의 약 절반이며, 빛의 쇠퇴 효과가 감소합니다. (4) 적층 태양 전지의 각 하위 배터리를 직렬로 연결합니다. 비결정질 실리콘 박막 태양전지를 준비하는 방법은 반응성 스퍼터링, PECVD, LPCVD 등 여러 가지가 있다. 반응 원료 가스는 H2 로 희석된 SiH4 로, 베이스는 주로 유리와 스테인리스강판이다. 비결정질 실리콘 박막은 서로 다른 배터리 공정을 통해 단일 접합 배터리와 적층 태양전지를 만들 수 있다.
현재 비결정질 실리콘 태양전지 연구는 첫 번째와 세 겹의 비결정질 실리콘 태양전지 변환 효율이 13% 에 달하여 신기록을 세웠다. 2, 3 층 태양전지는 연간 5MW 까지 생산할 수 있다. 미국연합태양열회사 (VSSC) 에서 제조한 단접합 태양전지의 최대 변환 효율은 9.3%, 3 밴드 갭 3 층 배터리의 최대 변환 효율은 13% 입니다 (표 1 참조). 위에서 설명한 최대 변환 효율은 작은 영역 (0.25cm2) 배터리에서 달성됩니다. 보도에 따르면 단일 비결정질 실리콘 태양전지의 변환 효율은 65,438+02.5% 를 넘었다고 한다. 일본 중앙연구원은 비결정질 실리콘 태양전지의 전환 효율이 13.2% 인 일련의 새로운 조치를 취했다. 국내에서 비결정질 실리콘 박막 배터리, 특히 적층 태양전지에 대한 연구는 많지 않다. 남개대학교 Geng 신화 등은 공업재료를 이용해 20X20cm2 면적, 변환 효율이 8.28%, 알루미늄 등 전극이 있는 A-Si/A-Si 적층 태양전지를 준비했다. 비결정질 실리콘 태양 전지는 변환 효율이 높고, 비용이 저렴하며, 무게가 가볍기 때문에 큰 잠재력을 가지고 있다. 그러나 동시에 안정성이 낮기 때문에 실제 적용에 직접적인 영향을 미칩니다. 안정성 문제를 더 해결하고 전환율을 높일 수 있다면 비정질 실리콘 태양전지는 의심할 여지 없이 태양전지의 주요 발전 제품 중 하나가 될 것이다.