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    台式電鏡在太陽能電池中的應用

    發布時間: 2022-08-05  點擊次數: 1609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,電子受光照激發後形成電空穴對,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,中央到地方相繼出台多項有關光伏發電相關政策。在光伏市場方麵,2021 年全國新增光伏裝機容量 54.88GW,同比上升 13.9%。累計並網裝機容量達到 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。下麵羞羞韩漫网站簡單介紹下台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矽太陽能電池,主要包括多晶矽和單晶矽兩種太陽能電池,占比全球的裝機量的 90% 以上。製造矽基太陽能電池,往往采用 P 型矽片,其製備步驟如下:將切割和拋光後的矽片清洗,對矽表麵腐蝕和製備絨麵,擴散 P 原子製備 PN 節,化學腐蝕並去除邊緣,在受光麵製備減反射膜,利用絲網印刷和燒結工藝製備正麵和背麵電極,最後進行電池檢測和分類。具體流程如下圖。

     

    1.png

    幹淨未處理的矽表麵對太陽光的反射率大於 35%,為了減少對光的反射,需要在矽片表麵進行處理結構化處理。通常在矽片迎光麵,利用化學腐蝕劑,形成粗糙絨麵,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,分別為多晶矽和單晶矽的絨麵結構。其中多晶矽絨麵表麵呈“蜂窩”狀結構,單晶矽絨麵呈“金字塔”結構。

     

    多晶矽絨麵結構.png

    單晶矽絨麵結構.png

    單晶矽絨麵表麵.png

    單晶矽絨麵45˚視圖.png

    單晶矽絨麵截麵.png

     

    為了減少矽片表麵入射光反射率,除了矽片表麵絨麵化,還有一個有效方法是在電池受光麵製備減反射膜。在絨麵上在沉積一層減反射膜,可使矽表麵光反射率降低 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,還能起到很好的表麵鈍化作用。如下圖所示,單晶矽太陽能電池絨麵的減反射膜。

     

    單晶矽絨麵SiNx減反射膜.png

     

    光伏電池生成的電流需要通過其表麵的電極進行收集和輸送。太陽能電池製造過程中,需要在矽片上印刷金屬漿料,用來製備電池接觸電極。燒結後,在電池表麵形成正麵電極和背麵電極,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矽形成歐姆接觸,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

    電池上鋁電極截麵.png

    鋁電極表麵.png

    鋁電池表麵.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 對銀電極與矽片截麵進行分析

     

    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

    顆粒係統軟件界麵

     

    顆粒2.png

    統計柱狀圖

     

    針對電池表麵,可以利用 3D 粗糙度重構,測試樣品表麵,並測試粗糙度。

     

    3D-1.png

    3D 粗糙度重構軟件

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