单晶矽及多晶矽太阳能电池 2.ppt

第五章　單晶矽及多晶矽太陽能電池　P Chapter 5 單晶矽及多晶矽太陽能電池　 5-1 單晶矽及多晶矽太陽能電池的發展及其演進 5-2 單晶矽及多晶矽太陽能電池的基本結構及其特 性 5-3 單晶矽及多晶矽太陽能電池的製程技術 多晶矽的製作方法，乃是將自然的矽砂，利用電爐還原成純度為98.0% 以上的冶金級金屬矽，其次地將冶金級金屬矽製作成高純度矽烷系列氣體 ( 如三氯矽烷或矽烷 )，再利用還原以及熱分解法，將高純度矽烷系列氣體，製作出高純度的多晶矽顆粒。 單晶矽的製作方法，則是將多晶矽顆粒利用柴可夫斯基長晶法 (Czochralski Crystal Growth, CZ) 或浮動帶熔融長晶法 (Floating Zone Crystal Growth, FZ)，成長出圓柱狀的單晶棒錠，其次地利用內圓周型的薄刀鋸，切割成一片一片的圓形晶圓片；加工後的矽晶圓片存有應變及污染，因而使用的氫氟酸 (HF) 與硝酸 (HNO3) 等所配成的混合酸，進行矽晶圓片表面侵蝕及洗淨。 日本日立製作所公司，開發出兩面受光型太陽能電池及其模組 (Bifacial Photovoltaic Solar Cell and Module)，所使用的材料是單晶矽晶圓片； 所謂的表裏兩面意指太陽能電池胞的前表面或正表面 (Front Surface) 以及其背表面或裏表面 (Rear Surface) 等部分，其間的半導體材料是高效率而信賴性良好的單晶矽。此種類型的太陽能電池胞，稱之為B3太陽能電池胞；亦就是兩面受光型太陽能電池胞具有硼擴散式的背表面電場 (B3-Bifacial Cell with Boron Diffused Back Surface Field)。 　在日間發電輸出部分，其發電特性是發電輸出與時刻 (Watt/m2 vs. Time) 之間的關係。從此一關係圖之中，可以得知在正午的時刻，其發電輸出量是最大值的；此外，在正午的前後時刻，東西向垂直設置方式的兩面受光型太陽能電池，將出現兩個尖峰最大值的發電輸出量。 　　在年間發電量部分，發電特性則是年間發電量與設置方位角 (kWh/m2/year vs. degree) 之間的關係。兩面受光型太陽能電池的年間發電量，是不隨著其設置方位角的變化而改變的，故其年間發電量是保持一定值的，而且沒有最適化傾斜設置方式的問題。 5-1-2 多晶矽太陽能電池的發展及其演進 多晶矽材料所製作的太陽電池，在製作過程以及成本上均比單晶矽太陽電池的要來得少；但是，多晶矽太陽電池的能量轉換效率，因晶界的存在以及懸吊鍵的增加而變得較低些。當結晶晶粒愈大的話，其晶界存在較少而能量轉換效率將與單晶矽太陽電池的愈近似的；但是，結晶晶粒愈小的話，其晶界存在較多而鍵結性變差，而容易地產生許多的懸吊鍵，進而促使其能量轉換效率變得愈差些。 在2007年的產業報告顯示，全球多晶矽晶圓材料的生產廠商，有美國的Hemlock公司、德國的Wacker公司、挪威的REC (Renewable Energy Corporation) 公司、日本的Tokuyama公司、美國的MEMC公司、日本的Mitsubishi公司、以及日本的Sumitomo公司等，約佔全球生產量的95.0% 左右，而5.0% 左右則是其它較小生產規模的廠商所分享的。 塊狀的太陽能電池 (Bulk-Like Solar Cell) 塊狀多晶矽材料，是以熔融的矽鑄造固化而形成的，因為其製程簡單的，故成本較低的。 在矽晶圓型太陽能電池模組的成本方面，其主要的成本是來自於矽晶圓片、太陽能電池胞製程、以及太陽能電池模組組合等，其成本的比例分別地是65.0%、10.0%、以及25.0% 等，而且此一成本結構也會隨著市場需求以及新技術的開發，而產生相對地變化的。 薄膜狀的太陽能電池 (Film-Like Solar Cell) 薄膜狀多晶矽材料，是以氣相或液相化學沉積方式而形成的，因為其製程複雜些的，故其成本較高的。薄膜狀的多晶矽是形成於矽晶圓片、塑膠片、金屬片、或玻璃片等基板材料表面。 在薄膜狀太陽能電池的結構上差異，而有單一接面式的、雙重接面式的、以及多重接面式的或堆疊式的等三種。多重接面式的薄膜太陽能電池，則是高光電轉換效率的堆疊式薄膜太陽能電池。 氫鈍化處理 (Hydrogen Passivation Treatment) :在球狀矽太陽能電池之內，所存在缺陷 、晶界、雙晶、以及差排的分布，可以經由射頻氫氣電漿處理，使得接面區域的懸吊鍵結失去活性化而產生鈍化效應，此種方式稱之。 一般氫鈍化處理的製程條件，是1.5 Torr氣壓、125 mWatt/cm2射頻功率密度、以及400?C溫度，進行兩個小時的氫電漿化處理。 5-2-3多晶矽薄膜型太陽