太陽(yáng)能電池是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為直流電能或交流電能的光伏電池,其原理主要是利用(光伏效應(yīng))。在具有 PN 節(jié)的太陽(yáng)能電池中,電子受光照激發(fā)后形成電空穴對(duì),在內(nèi)建電場(chǎng)作用下,電子在返回基態(tài)前會(huì)與空穴分離,進(jìn)入導(dǎo)帶,在 PN 結(jié)的兩端形成電勢(shì)差,這種現(xiàn)場(chǎng)稱為光伏效應(yīng)。
在各種可再生能源中,太陽(yáng)能以其清潔、安全、取之不盡、用之不竭等顯著優(yōu)勢(shì),已成為發(fā)展最快的可再生能源。且隨著“碳達(dá)峰"和“碳中和"的提出,中央到地方相繼出臺(tái)多項(xiàng)有關(guān)光伏發(fā)電相關(guān)政策。在光伏市場(chǎng)方面,2021 年全國(guó)新增光伏裝機(jī)容量 54.88GW,同比上升 13.9%。累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到 308GW,全年光伏發(fā)電量為 3259 億千瓦時(shí),同比增長(zhǎng) 25.1%,約占全國(guó)全年總發(fā)電量的 4.0%。
隨著光伏市場(chǎng)的發(fā)展,越來(lái)越多的光伏企業(yè)重視產(chǎn)品研發(fā)和質(zhì)量。下面我們簡(jiǎn)單介紹下臺(tái)式掃描電鏡在光伏電池中的相關(guān)應(yīng)用。
現(xiàn)在使用量最大的太陽(yáng)能電能是晶體硅太陽(yáng)能電池,主要包括多晶硅和單晶硅兩種太陽(yáng)能電池,占比全球的裝機(jī)量的 90% 以上。制造硅基太陽(yáng)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(duì)硅表面腐蝕和制備絨面,擴(kuò)散 P 原子制備 PN 節(jié),化學(xué)腐蝕并去除邊緣,在受光面制備減反射膜,利用絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)工藝制備正面和背面電極,最后進(jìn)行電池檢測(cè)和分類。具體流程如下圖。
干凈未處理的硅表面對(duì)太陽(yáng)光的反射率大于 35%,為了減少對(duì)光的反射,需要在硅片表面進(jìn)行處理結(jié)構(gòu)化處理。通常在硅片迎光面,利用化學(xué)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(zhuǎn)化效率。如下圖所示,分別為多晶硅和單晶硅的絨面結(jié)構(gòu)。其中多晶硅絨面表面呈“蜂窩"狀結(jié)構(gòu),單晶硅絨面呈“金字塔"結(jié)構(gòu)。
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(gè)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(chǎn)中普遍使用 SiNx 作為減反射膜,主要是因?yàn)?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(yáng)能電池絨面的減反射膜。
光伏電池生成的電流需要通過(guò)其表面的電極進(jìn)行收集和輸送。太陽(yáng)能電池制造過(guò)程中,需要在硅片上印刷金屬漿料,用來(lái)制備電池接觸電極。燒結(jié)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(dǎo)電金屬粉體組成。主要是因?yàn)檫@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(xué)穩(wěn)定。
電鏡除了對(duì)太陽(yáng)能電池形貌分析,也可以利用能譜對(duì)電池進(jìn)行元素分析。
能譜 Mapping 對(duì)銀電極與硅片截面進(jìn)行分析
顆粒系統(tǒng)軟件界面
針對(duì)電極粉末顆粒,可以利用顆粒軟件對(duì)樣品顆粒大小進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
統(tǒng)計(jì)柱狀圖
3D 粗糙度重構(gòu)軟件
針對(duì)電池表面,可以利用 3D 粗糙度重構(gòu),測(cè)試樣品表面,并測(cè)試粗糙度。
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