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太陽能電池是將太陽能直接轉(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生伏特效應(yīng)(光伏效應(yīng)),。在具有 PN 節(jié)的太陽能電池中,電子受光照激發(fā)后形成電空穴對,,在內(nèi)建電場作用下,,電子在返回基態(tài)前會與空穴分離,,進(jìn)入導(dǎo)帶,在 PN 結(jié)的兩端形成電勢差,,這種現(xiàn)場稱為光伏效應(yīng),。
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(yōu)勢,,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多項(xiàng)有關(guān)光伏發(fā)電相關(guān)政策,。在光伏市場方面,,2021 年全國新增光伏裝機(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,新增和累計(jì)裝機(jī)容量均為全球第一,。全年光伏發(fā)電量為 3259 億千瓦時,,同比增長 25.1%,約占全國全年總發(fā)電量的 4.0%,。
隨著光伏市場的發(fā)展,越來越多的光伏企業(yè)重視產(chǎn)品研發(fā)和質(zhì)量,。下面我們簡單介紹下臺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(jī)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(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)行電池檢測和分類,。具體流程如下圖。
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(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,,單晶硅太陽能電池絨面的減反射膜,。
光伏電池生成的電流需要通過其表面的電極進(jìn)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(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,。
電鏡除了對太陽能電池形貌分析,也可以利用能譜對電池進(jìn)行元素分析,。
能譜 Mapping 對銀電極與硅片截面進(jìn)行分析
顆粒系統(tǒng)軟件界面
針對電極粉末顆粒,,可以利用顆粒軟件對樣品顆粒大小進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
統(tǒng)計(jì)柱狀圖
3D 粗糙度重構(gòu)軟件
針對電池表面,,可以利用 3D 粗糙度重構(gòu),,測試樣品表面,,并測試粗糙度。
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