提升太阳电池效率迎接电同价-台湾太阳光电产业协会.PDF

提升太陽電池效率 迎接市電同價 如何以低成本製造高効率的電池一直是電池廠所面臨的最大 挑戰。電池效率的提升帶來的不僅是帳面上成本的降低，系統架 設所需的零組件以及土地成本同時也會下降，這也就是為什麼三 洋電機(Sanyo Electric) 與SunPower的電池較貴，市佔率仍相當高的原因。台達 電轉投資的電池廠旺能去年在印度孟買的國際太陽能技術博覽會 (Intersolar India) 上便展出多項高效能的太陽能電池與模組，單晶矽電池 D6E 與D6G可達 19% ， 而多晶矽電池D6R 與D6P 效率分別可以達到17%與18% ，其60片式的模組輸 1 出功率可達250 瓦。06 年成立的太陽光電能源，除了位於湖口的研發基地與工 廠外，目前在中科后里園區的第二工廠已經動土，第一期將建置 180MG的產能， 明年合計產出達到 210MG ，估計三到五年內達到十億瓦產能，去年業績為新台 幣 15.8億元，今年預計將大幅成長到 40億元以上。能夠如此大幅成長的主要原 因便是憑藉著一款名為 Combo-Cell-S的高效率電池，電池的平均量產率達到 18.6 % ，實驗室的轉換率更逼近19％大關，其60片名為黑金剛的模組，輸出也超過 250 瓦，而多晶矽的電池也朝16.7%的目標努力。它們使用 6吋 P型單晶矽晶圓 加上淺接面技術使載子之再結合(recombination)減少，以及特殊的鹼蝕刻液，生 成高吸光的絨毛表面結構，同時搭配最佳化的導線佈陣，並將晶圓改成方形，擴 大電池的吸光面積，增加模組之輸出。2 由馬汀 格林(Martin Green)教授領軍的澳洲新南威爾斯大學(University of New South Wales ，簡稱UNSW)團隊，早在 1997 年就將單晶矽的太陽電池達到 24%的轉換效率，利用的便是射極鈍化以及背面局部擴散 (passivated emitter and rear locally diffused ，簡稱PERL)的結構， PERL可說是晶矽太陽能電池結構的經 典，考慮了所有可能的損失，利用半導體的黃光製程製作出規則性的倒金字塔結 構，將表面的反射降至 1%以下，電極與矽晶的接觸所產生的串聯電阻必須盡量 減少，透過重摻雜降低接觸電阻減少電性的損失，而背面則是利用氧化物減少與 電極的接觸並鈍化背面，減少晶界、懸浮鍵與差排等電活性中心的影響，讓分離 的電子與電洞不要再結合，搭配局部擴散形成背面場域 (Back Surface Field ，簡 稱 BSF)來增加載子的收集，雖然達到了最高的轉換效率，但短期內仍無法量產， 或是說不具量產的價值，但其結構設計卻是高效率電池參考的典範。由於空氣的 A 介質為1 而矽則為4 ，當太陽光由空氣進入矽晶圓時，將會產生大約36%的反射， TPVI 太陽光電產業協會 - 1 透過表面結構化和被覆氮化矽(silicon nitride ，化學式為SiNx)作為抗反射層 (anti-reflection ，簡稱AR) ，可以有效將反射降至5%以下，而氮化矽又可有效鈍 化矽晶圓，降低載子再結合的機會，電池背面則是在電極燒結成型時，讓鋁擴散 3 至晶圓形成載子濃度較高的背面場域， 經由上述的方式，大部分廠商單晶矽的 電池效率都可以超過 17.5% ，而多晶矽電池因晶圓本身具有較多的晶界與缺陷等 問題，所以轉換效率較低，但也有 16.5%左右的效率，不過部分廠商已經將平均 量產效率提升 1% ，增加產品的毛利並提高自身的競爭力，後續將針對幾個高效 率的電池結構來分析其量產的可行性。 讓電極下方的 N型半導體層具有較高摻雜濃度的選擇性射極(selective emitter)電池結構，可說是目前最多廠商用來提升效率的電池結構之一，因各家 實際製程參數的不同，而有不同之轉換效率，但普遍皆可達到增加 0.5% 以上的 表現。選擇性射極電池可說是PERL的簡化版，早在 1997 年已被提出，重摻雜 的射極可以降低與電極之間的接面電阻，但過高濃度的摻雜會增加載子再結合的 機率，所以選擇性的只在電極下方形成N+層，同時改善淺接合造成串聯電阻增 加的問