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臺式電鏡在太陽能電池中的應用

發布時間: 2022-08-05  點擊次數: 1262次

太陽能電池是將太陽能直接轉化為直流電能或交流電能的光伏電池,其原理主要是利用光生伏(光伏效應)。在具有 PN 節的太陽能電池中,電子受光照激發后形成電空穴對,在內建電場作用下,電子在返回基態前會與空穴分離,進入導帶,在 PN 結的兩端形成電勢差,這種現場稱為光伏效應。

 

太陽能.jpg

 

在各種可再生能源中,太陽能以其清潔、安全、取之不盡、用之不竭等顯著優勢,已成為發展快的可再生能源。且隨著“碳達峰”和“碳中和”的提出,中央到地方相繼出臺多項有關光伏發電相關政策。在光伏市場方面,2021 年全國新增光伏裝機容量 54.88GW,同比上升 13.9%。累計并網裝機容量達到 308GW。全年光伏發電量為 3259 億千瓦時,同比增長 25.1%,約占全國全年總發電量的 4.0%。

 

隨著光伏市場的發展,越來越多的光伏企業重視產品研發和質量。下面我們簡單介紹下臺式掃描電鏡在光伏電池中的相關應用。

 

現在使用量最大的太陽能電能是晶體硅太陽能電池,主要包括多晶硅和單晶硅兩種太陽能電池,占比全球的裝機量的 90% 以上。制造硅基太陽能電池,往往采用 P 型硅片,其制備步驟如下:將切割和拋光后的硅片清洗,對硅表面腐蝕和制備絨面,擴散 P 原子制備 PN 節,化學腐蝕并去除邊緣,在受光面制備減反射膜,利用絲網印刷和燒結工藝制備正面和背面電極,最后進行電池檢測和分類。具體流程如下圖。

 

1.png

干凈未處理的硅表面對太陽光的反射率大于 35%,為了減少對光的反射,需要在硅片表面進行處理結構化處理。通常在硅片迎光面,利用化學腐蝕劑,形成粗糙絨面,從而使光反射率減低到 10% 以下,從而提高電池轉化效率。如下圖所示,分別為多晶硅和單晶硅的絨面結構。其中多晶硅絨面表面呈“蜂窩”狀結構,單晶硅絨面呈“金字塔”結構。

 

多晶硅絨面結構.png

單晶硅絨面結構.png

單晶硅絨面表面.png

單晶硅絨面45?視圖.png

單晶硅絨面截面.png

 

為了減少硅片表面入射光反射率,除了硅片表面絨面化,還有一個有效方法是在電池受光面制備減反射膜。在絨面上在沉積一層減反射膜,可使硅表面光反射率降低 5% 下。目前在生產中普遍使用 SiNx 作為減反射膜,主要是因為 SiNx 膜不僅具有良好的減反射效果,還能起到很好的表面鈍化作用。如下圖所示,單晶硅太陽能電池絨面的減反射膜。

 

單晶硅絨面SiNx減反射膜.png

 

光伏電池生成的電流需要通過其表面的電極進行收集和輸送。太陽能電池制造過程中,需要在硅片上印刷金屬漿料,用來制備電池接觸電極。燒結后,在電池表面形成正面電極和背面電極,從而起到收集和傳輸電流的作用。

 

光伏電極漿料通常由銀、鋁等導電金屬粉體組成。主要是因為這兩種金屬可以與硅形成歐姆接觸,接觸電阻小,接觸牢固且化學穩定。

 

銀漿粉末顆粒.png

電池上銀電極.png

電池上銀電極 (1).png

電池上鋁電極截面.png

鋁電極表面.png

鋁電池表面.png

 

電鏡除了對太陽能電池形貌分析,也可以利用能譜對電池進行元素分析。

 

能譜.jpg

能譜 Mapping 對銀電極與硅片截面進行分析

 

針對電極粉末顆粒,可以利用顆粒軟件對樣品顆粒大小進行統計分析。

 

顆粒1.png

顆粒系統軟件界面

 

顆粒2.png

統計柱狀圖

 

針對電池表面,可以利用 3D 粗糙度重構,測試樣品表面,并測試粗糙度。

 

3D-1.png

3D 粗糙度重構軟件

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