浅谈晶体硅太阳电池中的电学复合行为

姜明　闫伟

摘要 ：研究晶体硅太阳电池中的电学复合行为，对推动晶体硅太阳电池发展具有较为重要影响。文中对晶体硅太阳电池进行了简单介绍，并对晶体硅太阳电池中的电学复合行为进行了深入研究。

关键词 ：晶体硅 太阳电池 电学复合行为

在所有可再生資源中，太阳能是其中最重要的一种，对缓解全球性资源短缺问题具有较为重要的影响。而在当前的太阳能电池市场上，晶体硅太阳电池牢牢占据了超过八成的市场份额，其对整个太阳能电池的发展有具有即为重要的推动作用。在晶体硅太阳电池的研制中，最主要的工作就是要降低其制造成本和制作工艺，当前，该方面所采用的最主要的方法就是设法降低晶体硅硅片的厚度和进一步提升晶体硅太阳电池的转换能力。降低晶体硅硅片的厚度，就能够有效降低的电学复合行为的影响，并进一步提高电池的产量。接下来，本文就将以此为基础，对晶体硅太阳电池的电学复合行为进行详细探讨。

一、晶体硅太阳电池

自太阳能被开发利用开始，硅在太阳能电池中就得到了应用，经过多年的发展，到晶体硅太阳电池的出现，其技术已经逐渐趋于成熟，并且拥有比较高的能源转化效率。因此，在太阳能电池市场中，晶体硅太阳电池一直是当之无愧的霸主，直到现在，其所占市场份额也超八成。经比较分析发现，就晶体硅太阳电池的研制和发展情况来看，虽然晶体硅太阳电池拥有比较成熟的技术和较为高效的发电能力，但是其成本也非常高，是其他能源发电成本的数倍乃至更多。因此，对当前晶体硅太阳电池的发展而言，其主要工作就是要设法降低电池的发电成本。

现如今，晶体硅太阳电池所存在的问题主要集中在晶体硅硅片的厚度越来越薄，而其厚度越来越薄，其问题就开始一点点暴露[1]。首先，晶体硅硅片厚度不断降低，其抗压和抗磨损能力也会随之降低，在硅片制备和使用的过程中，硅片的破损率就会增加，进而导致成本增加。其次，随着科学技术的不断发展，多线切割计技术水平也在不断提升，如今硅片的厚度已经可以达到100？m，如此一来硅片的转换效率就会降低，无法对扩散长度过长的光生载流子进行收集，也会对晶体硅太阳电池的电学复合行为造成影响。

二、晶体硅太阳电池中的电学复合行为

（一）硅片表面复合对薄片电池效率的影响

通过对太阳电池中的电学复合行为进行实验检测可以发现，在晶体硅太阳电池中，硅片的厚度越薄，硅表面的电学复合行为所具有的影响就越大。当前，在晶体硅太阳电池的制造中，硅片的厚度通常为200 ？m，而随着科学技术和多线切割工艺的不断发展，硅片的厚度还在不断缩减，当前，其厚度缩小极限为100？m。

为了能够对晶体硅太阳电池中的电学复合行为进行有效验证，相关人员对其进行了实验研究，在实验过程中，首先要将所选取的硅片通过HNO3-HF-H2O体系进行处理，按照实验要求制作成厚度不同的薄硅片，硅片的厚度，从60？m到180？m不等，每个规格的薄硅片10片。在硅片制作完成之后，利用不同规格的薄硅片制成晶体硅太阳电池[2]。然后，对由不同厚度硅片制成的太阳电池的透射率和前表面反射率进行测试，并通过光谱相应获得电池的外量子效率。最后，以美国可再生能源实验室的标准片为参考基准在25± 1℃的温度条件，采用合适光强为100 mw/cm2的太阳光光对电池I-V曲线进行测试，并对所得到的电学参数进行统计和分析。最终对上述结果进行了有效证实，硅片的厚度越薄，硅表面的电学复合行为所具有的影响就越大。

（二）掺锗对电池效率的作用

当前，晶体硅太阳电池硅片多采用掺硼单晶硅，在长期光照条件下，晶体硅的体内就会产生硼氧复合体，进而对晶体硅太阳能电池的能源转换效率造成影响，并且最大能够降低10%转换效率。而经过相关人员的实验研究证明，在掺硼单晶硅中掺入适量的锗能够对硼氧复合体的产生形成抑制，进而降低其对太阳电池效率的影响[3]。其主要原因，是因为掺入锗能够对双氧扩散势垒进行有效提升，进而限制双氧形成，阻止硼氧复合体的生产。经实验证明，尺寸为125X125cm2，厚度为200 ？m，电阻率在1～3Ωcm左右的晶体硅硅片中，锗的浓度在1019-1020cm-3。左右最为合适，如果再大，就会在起到反作用，反而对晶体硅太阳电池的效率和电学复合行为造成影响。

（三）硅片表面电学复合对效率的影响

如图1所示，为常规丝网印刷硅太阳电池，图2为入射光在电池中的传播情况。

从图2中能够看出，当入射光照射到电池表面之后，一部分光会反射到空气或者是封装玻璃中，而另一部分光，则会折射进电池衬底硅中。而从图1中能够看出，为了能够减少入射光的反射率，在电池的表面通常会设置一层用来减少光反射的薄膜，当前，入射光的反射率已经被控制到了3%以下[4]。除此之外，在电池的前表面还会有许多三角形结构，这样能够增加光从一个三角表面反射到另一个三角表面的二次耦合的几率，进一步降低了入射光反射率。

在入射光照射的过程中，如果入射光子的能量比硅的禁带宽度大，在电池中就会产生一个电子空穴对。并且，在电池内部电场的作用下，还会降电子和空穴分离开，进一步被电池的前后电极所吸收，并产生外电流[5]。

当入射光子在晶体硅的硅片内进行传播的时候，会发生如公式①和②的反应：

I = （I- R1） IΩexp（-αx） ①

式中，I为光强；

X为距离；

R1为平均的反射率。

由式中能够看出，光强会随距离增加而减弱。

（I-R1）（I-R2）I0e-αx ②

式中，I为光强；

X为距离；

R1为平均的反射率；

α为光子吸收系数。

由式中能够看出，光子吸收系数会随光子能量减弱而不断降低。

经过以上实验和相关研究可以证明，在晶体硅太阳电池中，硅片表面的电学复合行为会对电池效率造成影响。

结语：

总的来说，对晶体硅太阳电池的电学复合行为进行研究，能够在现有基础上进一步提升晶体硅太阳电池的发电效率和制作成本。因此，相关研究人员应该继续加强对晶体硅太阳电池电学复合行为的研究，以能够更好的达到降低电池制造成本和提升电池效率的目的。

参考文献：

[1]王明华.富硅氮化硅和纳米硅多层量子阱硅基发光薄膜与器件[D].浙江大学博士学位论文，2012.

[2]赖红梅. 晶体硅太阳电池背场的铝硼共掺研究与含亚微米级发光颗粒的染料敏化太阳电池的光伏性能研究[D].上海师范大学，2014.