【48812】上交大沈文忠中大高平奇团队：超薄硅片及太阳电池

  现在，120-160微米惯例厚度的刚性晶硅太阳电池在光伏商场占有超越95%的商场占有率，惋惜的是，具有宽广使用远景的轻质柔性超薄晶硅太阳电池还处于研制阶段。这主要是因为晶体硅的力学脆性，跟着硅片厚度的减小，电池工艺流程中的碎片率急剧上升，导致极低的出产良率。2016年，法国CEA-INES报导称，在他们的硅异质结中试出产线伪方形硅片），碎片率从100微米厚度时的约10%急剧上升到70微米厚度时的~96%。但是碎片率过高的问题至今也未有较好的解决方案。

  依据此，沈文忠教授团队与中山大学资料学院高平奇教授协作提出了一种带增强环的薄晶体硅(TSRR)结构，它只需利用光伏产业界里的惯例设备通过额定3个过程就可以完成量产，可在整个太阳电池制备流程为硅片供给支撑以下降碎片率。依据TSRR结构，研讨团队成功制备出4英寸4.7微米的可自站立的晶圆片，这是迄今为止报导的厚度小于5微米的最大面积可自站立单晶硅片。

  图1. 带增强环薄硅(TSRR)结构的制备流程及4英寸4.7微米 TSRR硅片透光功能及曲折功能展现。

  论文详细研讨了TSRR和惯例薄硅结构在三种碎片率很高的工艺流程时的力学功能，模仿依据成果得出，受外力时TSRR结构的增强环可分管较大的应力，使最大应力点从硅片中心往增强环边际移动，从而使TSRR结构的中心薄硅区域接受的力远小于惯例结构；研讨团队一起制备了具有TSRR结构的太阳电池，完成了28微米厚的光电转化功率为20.33%（第三方认证功率为20.05%）的晶硅太阳电池，这是厚度小于35微米的晶硅太阳电池的最高功率报导记载。

  图2. TSRR结构太阳电池的制备流程及其厚度、电流—电压曲线、反射率和量子功率表征。

  为进一步了解TSRR结构太阳电池的载流子输运机制，研讨团队探求了TSRR结构太阳电池在光照时的载流子输运方向，以及中心薄硅区域的厚度和增强环的宽度对太阳电池的短路电流、开路电压和填充因子的详细影响，依据成果得出，要坚持高功率，增强环宽度占比最好小于10%。最终，依据工业界常用的原始厚度为150微米的182×182mm2伪方形硅片，研讨团队制备了多片50-60微米的制绒TSRR硅片(增强环宽度占比为 8.2%)，并进行了丝网印刷、高温文湿法等多个制作工艺，证明了TSRR结构的工业兼容性，这为量产薄硅太阳电池供给了一种可行方案。

  研讨工作得到了国家要点研制方案、国家自然科学基金、内蒙古自治区“揭榜桂帅”科技项目、深圳市根底研讨方案和广东省根底与使用根底研讨基金会的赞助。

  上海交通大学物理与地理学院博士生伍桃腱和中山大学资料学院博士后刘昭浪为论文一起榜首作者。沈文忠教授、中山大学高平奇教授和林豪博士为论文通讯作者。

  通讯作者 沈文忠：1968年5月出世，上海交通大学教授、博士生导师，1995年6月在中国科学院上海技能物理研讨所获博士学位，2000年获教育部“长江学者奖赏方案”特聘教授，2001年掌管国家杰出青年科学基金，2007年起担任上海交通大学太阳能研讨所所长，2009年起担任人工结构及量子调控教育部要点试验室主任（2015年、2020年教育部两次查核均获优异）。长时间从事晶体硅太阳电池及半导体光电子物理研讨，以榜首作者/通讯作者宣布SCI论文300余篇，授权国家发明专利37件，出书学术专著3部（《太阳能光伏技能与使用》、《硅基异质结太阳电池物理与器材》、《钙钛矿/晶硅异质结叠层太阳电池》）。