澳门皇冠太陽電池研究與開發
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澳门皇冠設立太陽電池研究所 。目前研發重點主要集中於以下五方面：高效晶體硅異質結太陽電池器件結構設計與製造技術 ；晶體硅太陽電池設計與工藝創新；CIGS、CZTS系列器件結構設計與關鍵技術；低成本高穩定性新型鈣鈦礦太陽電池設計與製造技術 ；雜質帶硅基光伏電池理論研究與器件設計 。對各方向分述如下 。
感謝國家自然科學基金委、國家教育部、江西省科技廳、江西省教育廳、賽維LDK太陽能、協鑫集成、浙江正泰太陽能、中科院上海高等研究院、南京航空航天大學等部門、企業和單位的支持與合作。
1 高效硅基異質結太陽電池器件結構設計與製造技術（黃海賓
，周浪，Wolfgang R.Fahrner，嶽之浩，袁吉仁
，孫喜蓮 ，龔洪勇
，何玉平 ，崔冶青，高江 ，寧武濤）
硅基異質結太陽電池一般由p型氫化非晶硅薄膜與n型晶體硅片形成pn結
，它具有輸出電壓高、溫度係數低、弱光效應強、可雙面進光等多方面優良特性 ，而生產工序卻更加簡潔 ，能耗更低
。近年來以Panasonic的HIT爲代表的晶硅異質結太陽電池技術不斷獲得突破，轉換效率達到了25.6%（AM1.5）
，創造了晶硅太陽電池新的世界紀錄 。爲推進此類太陽電池的國產化 ，我們在其結構設計及本徵鈍化層材料與工藝方面開展了一系列研究 。提出了雙層發射極和雙層背電場結構，並從理論和實驗證實了該結構的優勢與可行性（結構如圖1所示）[1-5]；研究了本徵非晶硅鈍化硅片表面的機理與影響因素 ，開發了摻氧氫化非晶硅薄膜鈍化材料 ，提高了本徵層對硅片表面的鈍化效果 ，且增大了工藝窗口（如圖2所示），從而可提高產品的穩定性和良品率[6-11]。我們積極參與了由協鑫集成（原超日太陽能）承擔的國家863項目“MW級薄膜硅/晶體硅異質結太陽電池產業化關鍵技術”的中試線建設、研發與產業化推進工作（圖3） ；與浙江正泰太陽能合作開展了以非晶硅薄膜太陽電池線試製異質結太陽電池的研發（圖3） ；與國內外一批傑出半導體產業專家合作組建了“硅基異質結太陽電池產業技術中心” ，致力中國硅基異質結太陽電池及組件產業的推進發展
。
(a） (b)
圖1 (a) AFORS-HET軟件模擬分析所得雙層發射極與單層發射極HJT的IV曲線和量子效率
，顯示效率的提升來源於短波量子效率的提升；（b）實驗製備所得不同參數的雙層發射極HJt太陽電池相比於單層發射極HJT
，有利於提高太陽電池的短路電流 ，與理論分析相一致[1-5]
（a） （b）
圖2. （a）摻氧本徵非晶硅薄膜與本徵非晶硅薄膜PEVCD法沉積時沉積氣壓的影響 ；（b）兩種薄膜鈍化硅片後進行熱處理時溫度對鈍化效果的影響
。[7,9] 從圖中可看出：摻氧非晶硅薄膜鈍化相比於本徵非晶硅薄膜鈍化提高了鈍化效果並降低了工藝敏感性 ，有利於提高產品的性能和良率
圖3. 從Lab到Fab… 從左到右依次爲：太陽電池研究所超淨實驗室、所制硅基異質結太陽電池樣品、2012年獲中國光伏大會優秀論文獎、在國際上出版硅基異質結太陽電池專著、團隊成員在協鑫集成863項目中試線。
2014年12月江蘇宜興國家863計劃“高效異質結太陽電池技術”產業化推進發佈會
。中國可再生能源學會理事長石定寰到會致辭 。澳门皇冠與上海交大和中科院電工所作爲技術支持單位共同承辦此會 。
[1] HUANG Haibin, GAO Jiang, Wolfgang R. Fahrner, ZHOU Lang. Theoretical analysis of the double-layer emitter with different doping concentrations for a a-Si:H/c-Si heterojunction solar cells. 中國科技論文在線. http://www.paper.edu.cn/html/releasepaper/2014/04/282/
[2] 高江 ，周浪
，黃海賓 ，崔冶青 。雙層梯度摻雜發射極HIT太陽電池的模擬研究 。中國光伏大會暨國際光伏展覽會（CPVC12） ，北京，9月6日 ，2012.
[3] 黃海賓，高江，周浪 。雙層發射極結構改善a-Si:H/c-Si異質結太陽電池性能的機理分析 。第八屆太陽能級硅級光伏發電研討會 （CSPV8） ，上海，12月7日 ，2012.
[4] 黃海賓 ，寧武濤 ，龔洪勇，周浪：雙層發射極結構改善晶硅異質結太陽電池性能的實驗研究. 第10屆中國太陽級硅及光伏發電研討會(10th CSPV ), 南通,11月8日,2014.
[5] 黃海賓;周浪;.一種晶硅異質結太陽電池的發射極結構. 公開號：CN102683468A, 2012年9月公開。
[6] 龔洪勇
，周浪 ，黃海賓
，向昱任 ，汪已琳
，張東華
，高江 ，崔冶青. PECVD法非晶硅薄膜對太陽能級n型直拉單晶硅片鈍化效果的研究. 太陽能 ，2013 ，（1）：32－34.
[7] 龔洪勇, 黃海賓,高江 ，周浪*. 低速率沉積非晶硅薄膜鈍化Cz-Si片的研究 [J]. 太陽能學報, 2015.
[8] 龔洪勇, 黃海賓, 周浪*. 晶體硅金字塔絨面結構圓化對其光反射率和非晶硅薄膜鈍化效果的影響[J].人工晶體學報,2015.
[9] 黃海賓 ，張東華 ，汪已琳，龔洪勇，高江 ，Wolfgang R. Fahrner, 周浪 。α-SiOx:H鈍化Cz-Si表面的工藝優化與機制分析[J].功能材料 ，2014, 45(9):101-103 。
[10] 何玉平,黃海賓*,龔洪勇,周浪. a-Si:H基薄膜中SiH及SiH2鍵構成對n型直拉單晶硅片鈍化效果的影響研究. 真空科學與技術. 2015
[11] 黃海賓;周 浪;沃爾夫岡·法赫納;張東華. 摻氧氫化非晶硅薄膜高效鈍化晶硅異質結太陽能電池用硅片的方法. 公開號: CN103590014A. 2014年2月公開.
2 晶體硅太陽電池設計與工藝創新（嶽之浩
，周浪 ，黃海賓 ，肖志剛 ，陳文浩，韓宇哲）
基於擴散制結的常規晶體硅太陽電池在現有技術路線及裝備條件下的發展已漸趨瓶頸 ，創新設計新的技術路線乃至器件結構是推動晶體硅太陽電池長久健康發展的的根本 。基於對太陽電池工作原理的認識及現有技術的發展階段 ，我們對常規晶硅太陽電池的正反面柵線結構進行了重新的設計（圖4） ，可在目前柵線結構的基礎上節省漿料30%以上[1-3]。提出了新型固態源擴散法制備晶硅太陽電池發射極技術 ，以解決目前三氯氧磷擴散製備高方阻發射極均勻性及可控性差的問題 ，目前的實驗結果已證實了該方案的可行性 [4] ，獲得了方阻從幾十到200範圍內準確可控的技術方案
。
爲進一步提高晶體硅太陽電池的轉換效率，發展與現有產線技術想兼容的器件結構和技術路線 ，我們進一步發展了“雙發射極”晶硅太陽電池的結構（圖5）及系列製成技術路線 ，進一步拓寬了晶硅異質結太陽電池概念 ，可望進一步提高晶硅太陽電池的轉換效率並降低成本
，並可最大限度的利用現有晶硅電池產線設備[5-8] 。
圖4. 以觸盤代替主柵線的晶硅太陽電池正面電極結構示意圖
（a） （b） （c）
圖5. （a）雙發射極結構晶硅太陽電池結構示意圖 ；（b）模擬分析所得完成雙發射極結構（結構3）及分佈缺失非晶硅發射極層（結構1）或晶體硅發射極層（結構2）的太陽電池量子效率的對比 ；（c）實驗所得完整雙發射極結構太陽電池與缺失非晶硅發射極層的太陽電池的量子效率的對比
[1]黃海賓,周浪. 一種晶體硅太陽電池的電極.專利號：ZL 2013 2 0847319.9，2014年6月授權
[2]黃海賓,周浪. 一種晶體硅太陽電池電極的背面結構.專利號：ZL201320847317.X
，2014年6月授權.
[3]嶽之浩,周潘兵,黃海賓,周浪. 一種以觸盤代替主柵線的太陽電池正面電極柵線結構. 公開號：CN201410421063.4 ，2014年12月公開.
[4]黃海賓,嶽之浩,周浪. 一種晶體硅基太陽電池及其製備方法. 公開號：CN104300011A ，2015年1月公開.
[5]黃海賓;周 浪;高江;崔冶青. 一種太陽能電池用的圖形化摻雜晶硅薄膜製備方法. 公開號：CN201310474882.0, 2014年2月公開.
[6]黃海賓,周 浪,崔冶青,高 江. 用於太陽能電池的多晶硅/單晶硅異質結結構及其製備方法. 公開號：CN103594541A , 2014年2月公開.
[7]黃海賓,嶽之浩,周浪. 一種晶體硅基太陽電池及其製備方法. 公開號: CN104300011A，2015年1月公開
[8]嶽之浩，黃海賓* ，何玉平 ，周浪：a-Si:H/c-Si雙層發射極的p型多晶硅高效太陽電池的初步研究. 第10屆中國太陽級硅及光伏發電研討會(10th CSPV ), 南通,11月8日,2014.
3 低成本高穩定性新型鈣鈦礦太陽電池設計與製造技術（姚凱
，李璠）
雖只有3年左右的發展，鈣鈦礦太陽電池能量轉換效率已達到了20%以上 ，且在材料、製備、性能等多個方面具備潛在的優勢
，因此成爲未來最有潛力的太陽電池技術之一 。如果鈣鈦礦太陽電池能夠獲得大規模的商業應用，將會對現有的太陽電池行業造成很到的很大的衝擊，而鈣鈦礦太陽電池研究中的領先者將在未來的太陽電池產業競爭中搶佔先機 。不僅如此
，鈣鈦礦太陽電池還可以製備在柔性襯底上
，市場空間巨大。然而其目前所用的空穴傳輸材料價格高昂 ，且摻雜後的空穴傳輸材料對整個器件的穩定性有很大的降低
。我們提出了以原位製備層狀鈣鈦礦的方法來改善有機鉛碘鈣鈦礦的結晶性和成膜性，製備過程中不需要高溫 ，降低了製備成本 ，同時保證了電池的高穩定性 。同時我們採取該雜化材料製備柔性鈣鈦礦太陽能電池 ，初步器件效率接近13%（圖6） ，在空氣中的穩定性比參照電池有了明顯提高 。材料的優化方面還有很大的提升空間
，具有很好的應用前景 [1-3] 。
圖6. 所製備的基於新型空穴傳輸材料的小面積柔性鈣鈦礦太陽能電池樣品及其I-V曲線
[1] Kai Yao, Xiaofeng Wang, Yun-xiang Xu, Fan Li, Lang Zhou, Interface Engineering of Efficient and Stable Perovskite Solar Cells Induced by In-Situ-Generated Layered Perovskite Derived from Polymeric Ammonium Anchor, submitted.
[2] 李璠 ，姚凱，王曉峯 ，一種層狀鈣鈦礦結構材料及在甲胺碘鈣鈦礦薄膜太陽能電池中的應用，專利申請號：201510277550.2
[3]. Kai Yao, Yun-Xiang Xu, Fan Li, Xiaofeng Wang, Lang Zhou, A Simple and Universal Method to Increase Light Absorption in Ternary Blend Polymer Solar Cells Based on Ladder-Type Polymers, Advanced Optical Materials, 2014, 3, 321.
4 雜質帶硅基光伏電池理論研究與器件設計（袁吉仁
，黃海賓 ，周浪）
中間帶太陽電池作爲新型高效的第三代太陽電池的典型代表之一
，具有器件結構簡單、製作成本較低等顯著優點 ，並且其理論轉換效率可高達 63.2%
，因而極大地引發了人們對它的研究興趣。雜質中間帶太陽電池是指通過摻入超過Mott相變濃度的雜質以在半導體吸收層的禁帶中引入允帶的光伏器件 。雜質帶的“跳板”作用使得低於帶隙能量的光子可被有效吸收
，提高了器件的光電轉換效率 。近幾年我們的研究發現[1-4]：可以根據雜質在半導體中的熱俘獲截面的大小來評估該種雜質用於雜質光伏效應中的潛能（圖7） ；在硅中摻入鎂雜質後能夠提高器件的轉換效率，且鎂元素在硅中形成的兩個雜質能級對電池性能的影響不同 ，其中導帶下0.26eV雜質能級要優於導帶下0.108eV的雜質能級
；通過對常規晶體硅太陽電池進行雜質能帶的設計 ，器件的量子效率曲線在近紅外波段的響應範圍明顯延展，表現出顯著的雜質光伏特性（圖8） 。目前我們利用離子注入法在硅材料及器件中摻入能夠形成雜質帶的特種雜質
，研究雜質帶光伏器件中載流子的多允帶輸運機制 ，以及進行相關器件的設計和工藝優化 。
（a） （b）
圖7. （a）雜質光伏工作原理示意圖 ；（b）雜質熱俘獲截面與電池效率的變化關係
圖8. 有無摻雜對雜質光伏太陽電池量子效率的影響
[1]Yuan J R, Shen H L, Huang H B, Deng X H, Positive or negative gain: Role of thermal capture cross sections in impurity photovoltaic effect, J. Appl. Phys. 110, 104508 (2011).
[2]Yuan J R, Shen H L, Zhong F L, Deng X H, Impurity photovoltaic effect in magnesium-doped silicon solar cells with two energy levels, Phys. Status Solidi A 209, 1002-1006 (2012).
[3]Yuan J R, Shen H L, Zhou L, Huang H B, Zhou N G, Deng X H, Yu Q M. Impurity photovoltaic effect in silicon solar cells doped with two impurities, Opt. Quant. Electron. 46, 1457-1465 (2014)
[4]Yuan J R, Huang H B, Deng X H, Liang X J, Zhou N G, Zhou L, Enhanced near-infrared responsivity of silicon photodetectors by the impurity photovoltaic effect, Chin. Phys. B 24, 048501 (2015).