晶硅電池在過去20年里有了很大發(fā)展，許多新技術(shù)的采用和引入使太陽電池效率有了很大提高。在早期的硅電池研究中，人們探索各種各樣的電池結(jié)構(gòu)和技術(shù)來改進(jìn)電池性能，如背表面場，淺結(jié)，絨面，氧化膜鈍化，Ti／pd金屬化電極和減反射膜等。后來的高效電池是在這些早期實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)上的發(fā)展起來的。

單晶硅高效電池

單晶硅高效電池的典型代表是斯但福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池（pCC），新南威爾士大學(xué)（UNSW）的鈍化發(fā)射區(qū)電池（pESC，pERC，pERL以及德國Fraumhofer太陽能研究所的局域化背表面場（LBSF）電池等。

我國在“八五”和“九五”期間也進(jìn)行了高效電池研究，并取得了可喜結(jié)果。近年來硅電池的一個(gè)重要進(jìn)展來自于表面鈍化技術(shù)的提高。從鈍化發(fā)射區(qū)太陽電池（pESC）的薄氧化層（＜10nm）發(fā)展到pCC／pERC／pER1。電池的厚氧化層（110nm）。此外，表面V型槽和倒金字塔技術(shù)，雙層減反射膜技術(shù)的提高和陷光理論的完善也進(jìn)一步減小了電池表面的反射和對紅外光的吸收。低成本高效硅電池也得到了飛速發(fā)展。

（1）新南威爾士大學(xué)高效電池

（A）鈍化發(fā)射區(qū)電池（pESC）：pESC電池1985年問世，1986年V型槽技術(shù)又被應(yīng)用到該電池上，效率突破20％。V型槽對電池的貢獻(xiàn)是：減少電池表面反射；垂直光線在V型槽表面折射后以41”角進(jìn)入硅片，使光生載流子更接近發(fā)射結(jié)，提高了收集效率，對低壽命襯底尤為重要；V型槽可使發(fā)射極橫向電阻降低3倍。由于pESC電池的最佳發(fā)射極方塊電阻在150Ω／口以上，降低發(fā)射極電阻可提高電池填充因子。

在發(fā)射結(jié)磷擴(kuò)散后，Al層沉積在電池背面，再熱生長10nm表面鈍化氧化層，并使背面Al和硅形成合金，正面氧化層可大大降低表面復(fù)合速度，背面Al合金可吸除體內(nèi)雜質(zhì)和缺陷，因此開路電壓得到提高。早期pESC電池采用淺結(jié)，然而后來的研究證明，淺結(jié)只是對沒有表面鈍化的電池有效，對有良好表面鈍化的電池是不必要的，而氧化層鈍化的性能和鋁吸除的作用能在較高溫度下增強(qiáng)，因此最佳pEsC電池的發(fā)射結(jié)深增加到1µm左右。值得注意的是，目前所有效率超過20％的電池都采用深結(jié)而不是淺結(jié)。淺結(jié)電池已成為歷史。

pEsC電池的金屬化由剝離方法形成Ti-pd接觸，然后電鍍Ag構(gòu)成。這種金屬化有相當(dāng)大的厚／寬比和很小的接觸面積，因此這種電池可以做到大子83％的填充因子和20．8％（AM1.5）的效率。（B）鈍化發(fā)射區(qū)和背表面電池（pERC）：鋁背面吸雜是pEsC電池的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。然而由于背表面的高復(fù)合和低反射，它成了限制pESC電池技術(shù)進(jìn)一步提高的主要因素。pERC和pERL電池成功地解決了這個(gè)問題。它用背面點(diǎn)接觸來代替pEsC電池的整個(gè)背面鋁合金接觸，并用TCA（氯乙烷）生長的110nm厚的氧化層來鈍化電池的正表面和背表面。TCA氧化產(chǎn)生極低的界面態(tài)密度，同時(shí)還能排除金屬雜質(zhì)和減少表面層錯(cuò)，從而能保持襯底原有的少子壽命。由于襯底的高少子壽命和背面金屬接觸點(diǎn)處的高復(fù)合，背面接觸點(diǎn)設(shè)計(jì)成2mm的大間距和2001Lm的接觸孔徑。接觸點(diǎn)間距需大于少子擴(kuò)散長度以減小復(fù)合。這種電池達(dá)到了大約700mV的開路電壓和22．3％的效率。然而，由于接觸點(diǎn)間距太大，串聯(lián)電阻高，因此填充因子較低。

（C）鈍化發(fā)射區(qū)和背面局部擴(kuò)散電池（pERL）：在背面接觸點(diǎn)下增加一個(gè)濃硼擴(kuò)散層，以減小金屬接觸電阻。由于硼擴(kuò)散層減小了有效表面復(fù)合，接觸點(diǎn)問距可以減小到250μm、接觸孔徑減小到10μm而不增加背表面的復(fù)合，從而大大減小了電池的串聯(lián)電阻。pERL電池達(dá)到了702mV的開路電壓和23．5％的效率。pERC和pER1。電池的另一個(gè)特點(diǎn)是其極好的陷光效應(yīng)。由于硅是間接帶隙半導(dǎo)體，對紅外的吸收系數(shù)很低，一部分紅外光可以穿透電池而不被吸收。理想情況下入射光可以在襯底材料內(nèi)往返穿過4n2次，n為硅的折射率。pER1。電池的背面，由鋁在SiO2上形成一個(gè)很好反射面，入射光在背表面上反射回正表面，由于正表面的倒金字塔結(jié)構(gòu)，這些反射光的一大部分又被反射回襯底，如此往返多次。Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的p。Basore博士發(fā)明了一種紅外分析的方法來測量陷光性能，測得pERL電池背面的反射率大于95％，陷光系數(shù)大于往返25次。因此pREL電池的紅外響應(yīng)極高，也特別適應(yīng)于對單色紅外光的吸收。在1．02μm波長的單色光下，pER1。電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到45．1％。這種電池AM0下效率也達(dá)到了20.8％。

（D）埋柵電池：UNSW開發(fā)的激光刻槽埋柵電池，在發(fā)射結(jié)擴(kuò)散后，用激光在前面刻出20μm寬、40μm深的溝槽，將槽清洗后進(jìn)行濃磷擴(kuò)散。然后在槽內(nèi)鍍出金屬電極。電極位于電池內(nèi)部，減少了柵線的遮蔽面積。電池背面與pESC相同，由于刻槽會(huì)引進(jìn)損傷，其性能略低于pESC電池。電池效率達(dá)到19.6％。

（2）斯但福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池（pCC）

點(diǎn)接觸電池的結(jié)構(gòu)與pER1。電池一樣，用TCA生長氧化層鈍化電池正反面。為了減少金屬條的遮光效應(yīng)，金屬電極設(shè)計(jì)在電池的背面。電池正面采用由光刻制成的金字塔（絨面）結(jié)構(gòu)。位于背面的發(fā)射區(qū)被設(shè)計(jì)成點(diǎn)狀，50μm間距，10μm擴(kuò)散區(qū)，5μm接觸孔徑，基區(qū)也作成同樣的形狀，這樣可減小背面復(fù)合。襯底采用n型低阻材料（取其表面及體內(nèi)復(fù)合均低的優(yōu)勢），襯底減薄到約100μm，以進(jìn)一步減小體內(nèi)復(fù)合。這種電池的轉(zhuǎn)換效率在AM1．5下為22.3％。（3）德國Fraunhofer太陽能研究所的深結(jié)局部背場電池（LBSF）

LBSF的結(jié)構(gòu)與pERL電池類似，也采用TCA氧化層鈍化和倒金字塔正面結(jié)構(gòu)。由于背面硼擴(kuò)散一般造成高表面復(fù)合，局部鋁擴(kuò)散被用來制作電池的表面接觸，2cm*2cm電池電池效率達(dá)到23.3％（Voc=700mV，Isc－～41.3mA，F(xiàn)F一0.806）。

（4）日本sHARp的C一Si／μc-Si異質(zhì)pp+結(jié)高效電池

SHARp公司能源轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)室的高效電池，前面采用絨面織構(gòu)化，在SiO2鈍化層上沉積SiN為A只乙后面用RF-pECVD摻硼的μc一Si薄膜作為背場，用SiN薄膜作為后表面的鈍化層，Al層通過SiN上的孔與μcSi薄膜接觸。5cmX5cm電池在AM1．5條件下效率達(dá)到21.4％（Voc＝669mV，Isc＝40.5mA，F(xiàn)F=0.79）。

（5）我國單晶硅高效電池

天津電源研究所在國家科委“八五”計(jì)劃支持下開展高效電池研究，其電池結(jié)構(gòu)類似UNSw的V型槽pEsC電池，電池效率達(dá)到20.4％。北京市太陽能研究所“九五”期間在北京市政府支持下開展了高效電池研究，電池前面有倒金字塔織構(gòu)化結(jié)構(gòu)，2cmX2cm電池效率達(dá)到了19.8％，大面（5cmX5cm）激光刻槽埋柵電池效率達(dá)到了18.6％。

多晶硅高效電池

多晶硅太陽電池的出現(xiàn)主要是為了降低成本，其優(yōu)點(diǎn)是能直接制備出適于規(guī)?；a(chǎn)的大尺寸方型硅錠，設(shè)備比較簡單，制造過程簡單、省電、節(jié)約硅材料，對材質(zhì)要求也較低。晶界及雜質(zhì)影響可通過電池工藝改善；由于材質(zhì)和晶界影響，電池效率較低。電池工藝主要采用吸雜、鈍化、背場等技術(shù)。

近年來吸雜工藝再度受到重視，包括三氯氧磷吸雜及鋁吸雜工藝。吸雜工藝也在微電子器件工藝中得到應(yīng)用，可見其對純度達(dá)到一定水平的單晶硅硅片也有作用，但其所用的條件未必適用于太陽電池，因而要研究適合太陽電池專用的吸雜工藝。研究證明，在多晶硅太陽電池上，不同材料的吸雜作用是不同的，特別是對碳含量高的材料就顯不出磷吸雜的作用。有學(xué)者提出了磷吸雜模型，即吸雜的速率受控干兩個(gè)步驟：①金屬雜質(zhì)的釋放／擴(kuò)散決定了吸雜溫度的下限；②分凝模型控制了吸雜的最佳溫度。另有學(xué)者提出，在磷擴(kuò)散時(shí)硅的自間隙電流的產(chǎn)生是吸雜機(jī)制的基本因素。

常規(guī)鋁吸雜工藝是在電池的背面蒸鍍鋁膜后經(jīng)過燒結(jié)形成，也可同時(shí)形成電池的背場。近幾年在吸雜上的工作證明，它對高效單晶硅太陽電池及多晶硅太陽電池都會(huì)產(chǎn)生一定的作用。鈍化是提高多晶硅質(zhì)量的有效方法。一種方法是采用氫鈍化，鈍化硅體內(nèi)的懸掛鍵等缺陷。在晶體生長中受應(yīng)力等影響造成缺陷越多的硅材料，氫鈍化的效果越好。氫鈍化可采用離子注入或等離子體處理。在多晶硅太陽電池表面采用pECVD法鍍上一層氮化硅減反射膜，由于硅烷分解時(shí)產(chǎn)生氫離子，對多晶硅可產(chǎn)生氫鈍化的效果。

在高效太陽電池上常采用表面氧鈍化的技術(shù)來提高太陽電池的效率，近年來在光伏級的晶體硅材料上使用也有明顯的效果，尤其采用熱氧化法效果更明顯。使用pECVD法在更低的溫度下進(jìn)行表面氧化，近年來也被使用，具有一定的效果。

多晶硅太陽電池的表面由于存在多種晶向，不如（100）晶向的單晶硅那樣能經(jīng)由腐蝕得到理想的絨面結(jié)、構(gòu)，因而對其表面進(jìn)行各種處理以達(dá)減反射的作用也為近期研究目標(biāo)，其中采用多刀砂輪進(jìn)行表面刻槽，對10cmX10cm面積硅片的工序時(shí)間可降到30秒，具有了一定的實(shí)用潛力。

多孔硅作為多晶硅太陽電池的減反射膜具有實(shí)用意義，其減反射的作用已能與雙重減反射膜相比，所得多晶硅電池的效率也能達(dá)到13。4％。我國北京有色金屬研究總院及中科院感光化學(xué)研究所共同研制的在絲網(wǎng)印刷的多晶硅太陽電池上使用多孔硅也已達(dá)到接近實(shí)用的結(jié)果。

由于多晶硅材料制作成本低于單晶硅cZ材料，因此多晶硅組件比單晶硅組件具有更大的降低成本的潛力，因而提高多晶硅電池效率的研究工作也受到普遍重視。近10年來多晶硅高效電池的發(fā)展很快，其中比較有代表性的工作是GeogiaTech電池，UNSW電池，Kysera電池等。

（1）GeogiaTech電池

Geogia工業(yè)大學(xué)光伏中心使用電阻率0.65Ωcm、厚度280μm的HEM（熱交換法）多晶硅片制作電池，n+發(fā)射區(qū)的形成和磷吸雜結(jié)合，采用快速熱過程制備鋁背場，用lift一off法制備Ti／pd／Ag前電極，并加雙層減反射膜。1cm2電池的效率AM1.5下達(dá)到18.6％。

（2）UNSw電池

uNsw光伏中心的高效多晶硅電池工藝基本上與pER1。電池類似，只是前表面織構(gòu)化不是倒金字塔，而是用光刻和腐蝕工藝制備的蜂窩結(jié)構(gòu)。多晶硅片由意大利的Eurosolare提供，lcm2電池的效率AMI·5下，達(dá)到19.8％，這是目前水平最高的多晶硅電池的研究結(jié)果。該工藝打破了多晶硅電池不適合采用高溫過程的傳統(tǒng)觀念。（3）Kysera電池

日本ky0cera公司在多晶硅高效電池上采用體鈍化和表面鈍化技術(shù)，pECVDSiN膜既作為減反射膜，又作為體鈍化措施，表面織構(gòu)化采用反應(yīng)性粒子刻邊技術(shù)。背場則采用絲印鋁獎(jiǎng)燒結(jié)形成。電池前面柵線也采用絲印技術(shù)。15cmX15cm大面積多晶硅電池效率達(dá)17.1％。目前日本正計(jì)劃實(shí)現(xiàn)這種電池的產(chǎn)業(yè)化。

（4）我國多晶硅電池

北京有色金屬研究總院在多晶硅電池方面作了大量研究工作，目前10cmX10cm電池效率達(dá)到11．8％。北京市太陽能研究所在“九五”期間開展了多晶硅電池研究，1cm2電池效率達(dá)到14·5％。我國中試生產(chǎn)的10cmX10cm多晶硅太陽電池的效率為10一11％，最高效率為12％。