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台式电镜在太阳能电池中的应用

2022年08月05日 11:00来源:复纳科学仪器(上海)有限公司 >>进入该公司展台人气:45


太阳能电池是将太阳能直接转化为直流电能或交流电能的光伏电池,其原理主要是利用光生伏(光伏效应)。在具有 PN 节的太阳能电池中,电子受光照激发后形成电空穴对,在内建电场作用下,电子在返回基态前会与空穴分离,进入导带,在 PN 结的两端形成电势差,这种现场称为光伏效应。

 

太阳能.jpg

 

在各种可再生能源中,太阳能以其清洁、安全、取之不尽、用之不竭等显著优势,已成为发展快的可再生能源。且随着“碳达峰”和“碳中和”的提出,中央到地方相继出台多项有关光伏发电相关政策。在光伏市场方面,2021 年全国新增光伏装机容量 54.88GW,同比上升 13.9%。累计并网装机容量达到 308GW。全年光伏发电量为 3259 亿千瓦时,同比增长 25.1%,约占全国全年总发电量的 4.0%。

 

随着光伏市场的发展,越来越多的光伏企业重视产品研发和质量。下面我们简单介绍下台式扫描电镜在光伏电池中的相关应用。

 

现在使用量最大的太阳能电能是晶体硅太阳能电池,主要包括多晶硅和单晶硅两种太阳能电池,占比全球的装机量的 90% 以上。制造硅基太阳能电池,往往采用 P 型硅片,其制备步骤如下:将切割和抛光后的硅片清洗,对硅表面腐蚀和制备绒面,扩散 P 原子制备 PN 节,化学腐蚀并去除边缘,在受光面制备减反射膜,利用丝网印刷和烧结工艺制备正面和背面电极,最后进行电池检测和分类。具体流程如下图。

 

1.png

干净未处理的硅表面对太阳光的反射率大于 35%,为了减少对光的反射,需要在硅片表面进行处理结构化处理。通常在硅片迎光面,利用化学腐蚀剂,形成粗糙绒面,从而使光反射率减低到 10% 以下,从而提高电池转化效率。如下图所示,分别为多晶硅和单晶硅的绒面结构。其中多晶硅绒面表面呈“蜂窝”状结构,单晶硅绒面呈“金字塔”结构。

 

多晶硅绒面结构.png

单晶硅绒面结构.png

单晶硅绒面表面.png

单晶硅绒面45˚视图.png

单晶硅绒面截面.png

 

为了减少硅片表面入射光反射率,除了硅片表面绒面化,还有一个有效方法是在电池受光面制备减反射膜。在绒面上在沉积一层减反射膜,可使硅表面光反射率降低 5% 下。目前在生产中普遍使用 SiNx 作为减反射膜,主要是因为 SiNx 膜不仅具有良好的减反射效果,还能起到很好的表面钝化作用。如下图所示,单晶硅太阳能电池绒面的减反射膜。

 

单晶硅绒面SiNx减反射膜.png

 

光伏电池生成的电流需要通过其表面的电极进行收集和输送。太阳能电池制造过程中,需要在硅片上印刷金属浆料,用来制备电池接触电极。烧结后,在电池表面形成正面电极和背面电极,从而起到收集和传输电流的作用。

 

光伏电极浆料通常由银、铝等导电金属粉体组成。主要是因为这两种金属可以与硅形成欧姆接触,接触电阻小,接触牢固且化学稳定。

 

银浆粉末颗粒.png

电池上银电极.png

电池上银电极 (1).png

电池上铝电极截面.png

铝电极表面.png

铝电池表面.png

 

电镜除了对太阳能电池形貌分析,也可以利用能谱对电池进行元素分析。

 

能谱.jpg

能谱 Mapping 对银电极与硅片截面进行分析

 

针对电极粉末颗粒,可以利用颗粒软件对样品颗粒大小进行统计分析。

 

颗粒1.png

颗粒系统软件界面

 

颗粒2.png

统计柱状图

 

针对电池表面,可以利用 3D 粗糙度重构,测试样品表面,并测试粗糙度。

 

3D-1.png

3D 粗糙度重构软件

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