集成式垂直多结太阳电池的设计与实现

　　集成式垂直多结太阳电池的设计与实现张治国1王乃光1常侃2李冰2王玉东1内蒙古工业大学电力学院自动化系，呼和浩特，0100802内蒙古工业大学基础部，呼和浩特，162接所有的，区，形成个单元电池，对大片不分割单元电池，只加宽金属线条将相邻单元电池的正负极短路形成欧姆接触，这样的单元电池的连接就是集成电化这样的器件有两个光照面，电极对光的遮蔽面积非常小。

　　目前单晶电池不管是大组件还是微型组件均由单元电池通过外电路的串并联组合而成但有时在实际中需要种体积小且输电压较高，又免去电池的外电路连接的器件。针对这问题，利用垂直多结的特点和热迂移化6[化0013这[11您杂手段对单晶光电池进行了集成设计和研究2垂直多结单元电池的制作垂直多结电池，很早就有人作过研究，并有多种设计方襄例如用多片的NNPP桂片夹着铅箱堆叠起来，而后烧结。银开形成电池组，还可在衬底上用外延方法形成PNPN垂直结电池有的设计者更简单，采用片较厚的单晶片，然后按所设计图形蚀刻成深槽，然后扩散形成垂直结1用热迁移惨杂法可抖更方便地制成交错层，而且有更强的机械强度。笔者利用自研制的热迁移惨杂设备进行垂直结的制作效果也不错：选择合适电阻率的N型桂片，厚为350400，1，而后按照所设计图形对插片的个面进行刻槽。可抖用光刻法、机械蚀刻或激光蚀刻等方法，首先在桂片表面刻出2040，果40100，1宽6500片化长的槽。清洗后将桂片置于锻膜机内淀积2030厚的铅，锥膜机真空度需达到1.3―4口3第兰步将槽外的铅去掉第四步将殖片放入热迁移惨杂炉内进行制结，具体情况见图1热迁移惨杂的条件是在真空条件下进行的，真空度控制在5.拉，加在插片上的温度梯度为100°[/11准片高温面温度为100於说度调节由构成温度场的冷源控制3在片上刻槽；1在槽内淀积侣；0去掉槽外的侣；山侣在中迁移尾迹为反型层单元电池结构对这样的PN结交错结构进行电极引联有两种组态，是并联状态，二是串联状态。若是并联状态，按常规方法要在N区和P区分别敷设梳状电极，但这种电极有两个缺点，是电极本身产生了不少遮光面积二是由于晶体中的微缺陷和插片与温度梯度的轻微不垂直，使热迁移法制成的，型阵列不能保持片状体平行，给电极套刻带来困难若是串联联接，则要有半数的PN结被短路掉而不能被利用起来，挂是非常不利的因此在设计单元电池时考虑电极最好不遮光，PN结要全部利用，且电极敷设非常方便，不存在套刻不准的问题针对上述H点，设计时在PN结阵列的端引入，型短路线，留出较宽的电极敷设部分，示如图2，更详细的情况见文献[3] 4集成式结构的设计与实践有了单元电池的设计，再扩展下它的结构就可实现集成试想在个大插片上按纵横分布制作有许多这种单元电池型隔离线也可按整行隔离进行设计，这样对整个片上的电极敷设更为方便此时把电池的正极引线条宽或负极引线条宽加大倍，使两相邻的电池正负极短路这样就完成了电池的集成设计，这时从整个旌片上看每行形成了个大单元电池，整个植片的上下两端形成了整个集成形式如果电池的应用有定的面积要求，则按电参数和面积参数进行纵向和横向分割即印分割后的集成电池如图3所示由图可见隗种电池的输出光电压应是单元电池输出数之和，即其中《为单元电池数，01为单元电池输出光电压值其光电流般与片状，区数目成比例区数越大则光电流越大集成电池对光电子的收集面积应为其中义为插片厚度，1为，区长度，为，区数目，柏为单元电池数口区数是技术性最强的参数，结密度大时在洁片表面积不变的情况下5就会加，它会超过平面结电池的结面积很多。当然这两种电池的结面积不具有可比性理论上当结密度达到某值时，它的收集效率会擎岳还面电她地巧文逝韩就店的收褚桦徐盈￡甫酿吉述3斋如果结、低，则它的收集效率就比不上平面结电池对于垂直结电池的理论效率可通过在AO或Al环境下对太阳能谱进行分段线性拟合来计选取不同工艺参数及材料参数，用计算机进行模拟计算，其理想效率超过2徽。当娃片厚度取说W时，在Al环境下效率可达24.游，填充因子FF可达0.84结果与讨论目前的实验室样品是兰个单元电池的集成器件，单元电池的几何尺寸为义=4001，1二5.6nun，宽W=5，结密度为洗结厘米在睛朗的中午测到，卢1.24v，/.= 5.03A.2云单元串联值由大致测出的电参数可抖看出/等值均很小，与理论值相差甚远，可能有抖下几个原因：其可能是结密度低，这导致光生载流子不能被厚数收集，即较低的结密度有较低的收集效率其二可能由于热迁移惨杂之后金属富集区的存在，造成些PN结的短路点，致使光电流旁路掉部分，同时造成，的下降其H由热迁移接杂后的旌片是经过较长的高温处理时间，这可能使得非平衡载流子的寿命有所下降，不足抖扩散到收集结边缘WeIneIKe曾利用各向异性腐蚀垂直于表面的深槽，然后在槽内作热扩散惨杂制成垂直结器件，高温处理时间略短由光电压产生的正向电流损失两种形式器件都存在本文的主要目的是实现电池的集成，要证明下极为简单的金属条敷设就能使电池集成起来此外，值得提的是这种电池有两个光照面平面结电池只有个，光既可抖从正面入射也可抖从反面入射，如果用于聚光电池的话还可抖从两个面同时入射光，其效率可望进步大再则，由于这种电池的独特结构，它既无死层又是片状垂直结，可望器件对光的长波及短波的响应度有所提高。据悉，垂直多结光电池有极强的耐辖射性，它还可用于高福射场合特别是人力不能轻易更换电池的地方抖延长仪器的使用寿命本文所介绍的集成电池的设计尚未见过国内外有关报道旧商桥清染圭化准昭雄编着，田小平忠妖等译。太阳光发电，新时代出版社，1987年12月第版，171页旧]高桥清，浜圭化，後昭雄编着，田小平，李忠漠等译。太阳光发电，新时代出版社，1987年12月第版，172页张治国，吴巧兰。VJ光电器件电极引线新法。半1955年6月生，1978年毕业于武汉大学物理系半导体器件与物理专业，1典1年在北京工业大学获硕±学毕业后曾任教于内蒙古师范大内蒙古工业大学。泉州师范学院直从事物理与电子的教学与研充工作，发表论文30篇