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在傳統(tǒng)生產(chǎn)線上，通過(guò)‘FerroSolar’工藝冶金提純的硅已被證明在采用高純冶金級(jí)(UMG)硅制成的多晶電池中效率高達(dá)20.76%。這樣的設(shè)備也顯著降低了凈化成本和制造模塊的環(huán)境影響，因此可以減少25%的碳足跡。



然而，UMG必須證明它能夠追隨傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的“移動(dòng)目標(biāo)”，即不斷提高的水平。近年來(lái)，這一速度一直維持在每年0.4-0.5%左右。

在對(duì)傳統(tǒng)電池的改進(jìn)(背面完全由鋁覆蓋)達(dá)到極致之后，向PERC技術(shù)的躍升才得以保持效率的提高，該技術(shù)采用一個(gè)或多個(gè)穿透接觸的介電層來(lái)取代鋁。

有關(guān)UMG硅上的PERC電池的首批結(jié)果非常令人鼓舞，平均效率為20.1%±0.6%，而傳統(tǒng)多晶硅電池的效率為20.41%。

UMG上的P型TopCon電池：效率高達(dá)22%

這些結(jié)果是‘Cheer-Up’項(xiàng)目的基礎(chǔ)，該項(xiàng)目名稱有點(diǎn)像是“低成本、高效率和可靠的UMG光伏電池”的首字母縮寫。作為歐洲Solar-Era.Net能源技術(shù)研發(fā)網(wǎng)絡(luò)的一部分，該項(xiàng)目由位于馬德里的太陽(yáng)能研究所(IES-UPM)、西班牙太陽(yáng)能公司Aurinka PV、瓦倫西亞的納米光子技術(shù)中心和位于安卡拉的土耳其太陽(yáng)能研究和應(yīng)用中心(G?NAM)合作開(kāi)展。

該項(xiàng)目旨在調(diào)整PERC技術(shù)，在一些工業(yè)加工步驟中稍作改動(dòng)，使UMG的效率達(dá)到21%。通過(guò)采用先進(jìn)的加工技術(shù)，預(yù)計(jì)該材料的效率將達(dá)到22%，例如用超薄氧化物和摻雜多晶硅對(duì)觸點(diǎn)進(jìn)行鈍化，即隧道氧化物鈍化觸點(diǎn)，或TOPCon。

Cheer-Up項(xiàng)目將試圖證明，使用UMG可以更低的成本、更少的環(huán)境影響達(dá)到與傳統(tǒng)材料類似的效率。研究人員還希望證明UMG可以用于制造最先進(jìn)的電池結(jié)構(gòu)。

IES-UPM主管Carlos del Ca?izo告訴《光伏》雜志：“我們的方法是在p型晶圓上制作一個(gè)TOPCon裝置，其中TOPCon后部結(jié)構(gòu)將用摻硼多晶硅制成，而且我們正在評(píng)估選擇前部磷光發(fā)射體或選擇性結(jié)構(gòu)作為前部。”他指出，評(píng)估可能的退化為時(shí)過(guò)早。這項(xiàng)工作將在明年與德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究院(Fraunhofer ISE)合作進(jìn)行。Del Ca?izo表示，到目前為止團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得“顯著的成果”，這個(gè)為期三年的項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行了15個(gè)月。

一種用UMG硅制成的電池的電致發(fā)光圖像。

減少LeTID

實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目目標(biāo)的最重要步驟包括等離子體納米紋理化技術(shù)——這被稱為黑硅，因?yàn)樗姆瓷渎史浅５?，使基片看起?lái)是黑色的——并設(shè)計(jì)工藝的加熱步驟來(lái)最大限度地去除雜質(zhì)并提高基片的質(zhì)量，使其能與傳統(tǒng)多晶硅基片相媲美。

del Ca?izo說(shuō)道：“就材料的特性而言，我們對(duì)磷光劑擴(kuò)散步驟的條件和電池背面介電層的沉積條件進(jìn)行了調(diào)整，我們已經(jīng)觀察到以壽命來(lái)衡量的材料質(zhì)量有所改進(jìn)，超過(guò)了300微秒，且在某些情況下長(zhǎng)達(dá)600微秒。為了了解這些數(shù)值的含義，必須考慮到模擬結(jié)果表明，在最大功率點(diǎn)的壽命為150微秒，即表示我們的電池效率已經(jīng)達(dá)到了21%。”

研究小組還在研究工藝條件，以大幅減少某些電池技術(shù)在運(yùn)行時(shí)隨著光照和溫度而出現(xiàn)的衰減，這種現(xiàn)象可以通過(guò)控制后介電層向基底擴(kuò)散的氫氣量來(lái)調(diào)節(jié)。

具體來(lái)說(shuō)，研究人員正在研究PERC的光照和高溫誘導(dǎo)衰減(LeTID)，其范圍取決于起始物料。該團(tuán)隊(duì)正在初步評(píng)估它對(duì)UMG的重要性，并在制造過(guò)程中引入變化——包括電介質(zhì)中的氫、燒成溫度和前向極化——來(lái)減少它。 

原標(biāo)題：西班牙和土耳其研究人員規(guī)劃效率高達(dá)22%的UMG太陽(yáng)能電池