晶硅太阳能电池技术
晶硅太阳能电池技术
晶硅太阳能电池作为光伏电池领域的重要组成部分，凭借其高效率、低成本和成熟的产业链等优势，在新能源领域占据重要地位。本文将详细介绍晶硅太阳能电池的工作原理、技术分类、主要技术路线以及检测技术在光伏领域的应用。
太阳能电池作为绿色能源的代表，不仅有助于减少对化石燃料的依赖，还能降低温室气体排放，对实现可持续发展具有重要意义。随着技术的不断突破和成本的降低，光伏电池，作为一种将太阳光直接转换为电能的技术，已经成为新能源领域的重要组成部分。晶硅电池作为一种传统的光伏电池，在光伏电池领域仍然占据着主导地位，其技术发展和市场应用均非常成熟，由于其高效率、低成本、成熟的产业链等优势，仍具有一定的市场空间。
太阳能电池利用半导体PN结的光生伏特效应，当电池受到阳光照射时，光与硅相互作用产生光生载流子，所产生的电子空穴对会被PN结中的空间电荷区所形成的内生电场分离，正负电荷分别被上下电极收集，由电荷聚集所形成的电流通过金属导线流向电负载。目前市场上的主流商业化光伏电池，一般都是由导电类型为P型与 N型的半导体组合而成的PN结结型太阳电池。这种电池主要由P 型半导体、N 型半导体、电极、减反射膜等结构构成。
太阳能电池按技术分类可以分成晶硅、薄膜、叠层三类：
1、晶硅电池包含多晶硅和单晶硅；
2、薄膜电池可分为非晶硅、化合物薄膜；
化合物薄膜可具体分为钙钛矿、有机、Ⅲ-Ⅴ族（GaAs、InP）、硫族（CdTe、CIGS）；
3、叠层电池分为碲化镉/晶硅叠层、钙钛矿/晶硅叠层
晶硅电池主要技术路线
载流子复合会限制开路电压和光电转换效率，晶硅太阳能电池的表面钝化技术是提高电池效率的关键手段之一。常见的晶硅太阳能电池表面钝化技术有SiNx薄膜钝化，SiO2和SiO2/SiNx叠层钝化，隧穿氧化层钝化等，SiNx薄膜钝化可以使游离的氢原子扩散到界面与硅悬挂键结合，降低表面的界面态密度，达到降低表面复合速率的效果，同时也能降低反射率；SiO2和SiO2/SiNx叠层钝化可以对硅片表面形成化学钝化，Al2O3薄膜与硅接触面具有高的固定负电荷，通过屏蔽p型硅表面的少数载流子–电子表现出良好的场钝化特性。
以目前主流的N型TOPCon(隧穿氧化层钝化接触)技术为例，通过优化材料的能带结构、减少缺陷和表面态以及设计有效的载流子传输结构，可以有效地减少非辐射复合，提高器件的效率和性能
隧穿钝化接触
在电池背面形成的超薄氧化层和薄层掺杂硅形成了钝化接触结构，降低了Si基底与Poly-Si之间的界面态密度，多数载流子浓度远高于少数载流子，可以有效降低表面复合和金属接触复合。
TOPCon电池结构示意图
检测技术在光伏领域应用
先进的检测技术在光伏电池研究中扮演着至关重要的角色。它不仅能够确保光伏电池产品的质量，还能推动光伏技术的创新和进步。
上图是利用扫描电镜放大太阳能电池表面的绒面结构，这些绒面结构可以增加照射光在硅片表面的反射次数，提高光的利用率。常规的光学观察手段无法达到这么高的放大倍率，利用扫面电镜可以有效观察表面细节并进行精确测量。
利用聚焦离子束-电子束双束FIB制样以及高分辨场发射透射电镜HRTEM等可以实现对半导体失效分析、材料工艺开发。可以表征晶硅电池中超薄氧化层的形貌和成分，对于改善工艺和确定产品实际结构有很大帮助。