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[图]科学家尝试用打孔方式让太阳能电池的晶体硅变透明

原标题:[图]科学家尝试用打孔方式让太阳能电池的晶体硅变透明 来源:cnBeta.COM自20世纪50年代以来,晶体硅一直是太阳能电池制造商的首选材料。相比较其他同类材料,晶体硅具备最高的转换效率和稳定性,不过它也有缺陷,那就是透明度。不过来自韩国的科学家相信已经找到了解决方案,就是在晶体硅上打孔。 透明的太阳能电池能够为人类的可再生能源带来巨大好处,并拥有广泛的应用场景,例如可以取代摩天大楼的窗户、汽车中的天窗以及智能手机的屏幕。在追求透明的进程中,科学家探索了不同的材料和不同的太阳能电池设计,但它们在效率、透明度和长期稳定性上都存在某种程度的牺牲。不过韩国蔚山国立科学研究所和韩国大学的科学家认为,他们的新型透明太阳能电池不会做出任何妥协。论文的共同资深作者Kwanyong Seo表示:“我的团队成员经过诸多测试得出结论,晶体硅是开发玻璃状,高效,高稳定性和中性色太阳能电池的最佳材料。这个项目对我们所有人来说都是一个疯狂的想法。问题在于晶体硅不是透明的,因此在我们之前,没有人试图制造具有中性色的透明晶体硅。”Seo和他所带领的团队在这方面取得重大突破,他们在晶体硅上钻出了一堆小小的孔。为了避免过去一直透明太阳能电池的偏红色调和其他颜色,研究团队在晶体硅上钻了跟人类头发丝大小的孔洞,允许光线穿过。这些孔以精心设计的图案排列,肉眼是无法看到的。在测试中,透明太阳能电池具有长期稳定性,转换效率为12.2%。这与商用太阳能电池的20-25%的效率依然有很大的差距,但相对于目前正在开发中的 透明太阳能电池已经有了明显的改进。研究团队还测试将这个透明太阳能电池作为窗户的潜在应用场景。在测试中低角度光线下,常规太阳能电池在电流上的损耗大约是30%。此外科学家还发现低角度光线能够让太阳能电池的电流减少不到4%。Seo表示:“我们希望替代现有的窗户。我们需要克服许多困难,例如法律法规。我们还需要具有机械稳定性和强度,才能使用我们的设备替换建筑物中的当前窗户。”相关论文发表在《Joule.》上。

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导言 生产晶体硅太阳能电池最关键的步骤之一是在硅片的正面和背面制造非常精细的电路,将光生电子导出电池。这个金属镀膜工艺通常由丝网印刷技术来完成——将含有金属的导电浆料透过丝网网孔压印在硅片上形成电路或电极。典型的晶体硅太阳能电池从头到尾整个生产工艺流程中需要进行多次丝网印刷步骤。通常,有两种不同的工艺分别用于电池正面(接触线和母线)和背面的丝网印刷。

图1:晶体硅太阳能电池的制造需要进行多次丝网印刷步骤

多年来,太阳能丝网印刷设备在精度和自动化方面有了很大进步,具备了在微米级尺寸上重复进行多次印刷的能力。这一发展开创了全新的先进应用,如双重印刷和选择性发射极金属镀膜。Baccini公司在20世纪70年代在微电子领域开发了丝网印刷技术,并在20世纪80年代将这一技术扩展到太阳能金属镀膜领域。今天,Baccini公司已成为应用材料公司Baccini集团,以多项先进技术引领业界的发展。 基本的太阳能丝网印刷印刷过程从硅片放置到印刷台上开始。精细的印刷丝网固定在网框上,放置在硅片上方;丝网封闭了某些区域而其它区域保持开放,以便导电浆料能够通过。硅片和丝网的距离要严格地控制。由于正面需要更加纤细的金属线,因此用于正面印刷的丝网其网格通常比用于背面印刷的要细小得多。

图2:印刷丝网上包含打开和闭合的区域,通过打开的区域,导电浆料可以被印刷到硅片上。

把适量的浆料放置于丝网之上,用刮刀涂抹浆料,使其均匀填充于网孔之中。刮刀在移动的过程中把浆料通过丝网网孔挤压到硅片上。这一过程的温度,压力,速度和其他变量都必须严格控制。

图3:在丝网一端放置导电浆料,用刮刀在将浆料涂抹于丝网,并从网孔中挤压到硅片上。

每次印刷步骤后,硅片被放入烘干炉,使导电浆料凝固。接着,硅片被送入另一个不同的印刷机,在其正面或背面印制更多的线路。所有印刷步骤完成后,将硅片放入高温炉里烧结。 硅片正面和背面的印刷 每块太阳能电池的正面和背面都有通过丝网印刷淀积的导线,它们的功能是不同的。正面的线路比背面的更细;有些制造商会先印刷背面的导电线,然后将硅片翻过来再印刷正面的线路,从而最大程度地降低在加工过程中可能产生的损坏。在正面,大多数晶体硅太阳能电池的设计都采用非常精细的电路把有效区域采集到的光生电子传递到更大的采集导线——“母线”上,接着再传递到组件的电路系统中。正面的手指线要比背面的线路细得多。正因为如此,正面的印刷步骤需要更高的精度和准确性。

图4:印刷后硅片正面会有大小不同的导线,用来从有效区域采集电能。

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