基本介紹
- 中文名：垂直多結電池
- 外文名：vertical multijunction cell
- 分類：符合電池
- 組成：半導體材料
- 能量轉換：光能轉換成太陽能
- 電池優點：可獲得較大的入射光總轉換效率
引言,垂直多結單元電池的製作,單元電池結構,集成式結構的設計,
引言
目前單晶電池不管是大組件還是微型組件均由單元電池通過外電路的串並聯組合而成但有時在實際中需要一種體積小且輸電壓較高，又免去電池的外電路連線的器件。針對這一問題，利用垂直多結的特點和熱遷移摻雜手段，對單晶光電池進行了集成設計和研究成為了新的方向。
垂直多結單元電池的製作
垂直多結電池，很早就有人作過研究，並有多種設計方案：例如用多片的N+ NPP+矽片夾著鋁箔堆疊起來，而後燒結、鋸開形成電池組；還可在N+襯底上用外延方法形成PNPN垂直結電池。有的設計者更簡單，採用一片較厚的單晶片，然後按所設計圖形蝕刻成深槽，然後擴散形成垂直結。
用熱遷移摻雜法可以更方便地製成PNPN交錯層，而且有更強的機械強度:
垂直多結單元電池的製作
選擇合適電阻率的N型矽片，厚為350- 400μm，而後按照所設計圖形對矽片的一個面進行刻槽，可以用光刻法、機械蝕刻或雷射蝕刻等方法。
第一步 在矽片表面刻出20~ 40μm深、40~100μm寬、6500μm長的槽。
第二步 清洗後將矽片置於鍍膜機內澱積20- 30μm厚的鋁，鍍膜機真空度需達到1. 33×10Pa.
第三步 將槽外的鋁去掉。
第四步 將矽片放入熱遷移摻雜爐內進行制結，具體情況如圖《垂直多結單元電池的製作》所示，熱遷移摻雜的條件是在真空條件下進行的，真空度控制在5×10 Pa，加在矽片上的溫度梯度為100℃/cm，矽片高溫面溫度為1 000℃，梯度調節由構成溫度場的冷源控制。
單元電池結構
對這樣的PN結交錯結構進行電極引聯有兩種組態，一是並聯狀態，二是串聯狀態若是並聯狀態，按常規方法要在N區和P區分別敷設梳狀電極，但這種電極有兩個缺點，一是電極本身產生了不少遮光面積;二是由於晶體中的微缺陷和矽片與溫度梯度的輕微不垂直，使熱遷移法製成的P型陣列不能保持片狀體平行，給電極套刻帶來困難若是串聯聯接，則要有半數的PN結被短路掉而不能被利用起來，這是非常不利的。因此在設計單元電池時考慮電極最好不遮光，PN結要全部利用，且電極敷設非常方便，不存在套刻不準的問題針對上述三點，設計時在PN結陣列的一端引入一P型短路線，留出較寬的電極敷設部分，具體如《單元垂直結電池示意圖》所示。
單元垂直結電池示意圖
集成式結構的設計
有了單元電池的設計，再擴展一下它的結構就可實現集成試想在一個大矽片上按縱橫分布製作有許多這種單元電池，P型隔離線也可以按整行隔離進行設計，這樣對整個矽片上的電極敷設更為方不更此時把電池的正極引線條寬或負極引線條寬加大一倍，使兩相鄰的電池正負極短路這樣就完成了電池的集成設計，這時從整個矽片上看每一行形成了一個大單元電池，整個矽片的上下兩端形成了整個集成形式如果電池的套用有一定的面積要求，則按電參數和面積參數進行縱向和橫向分割即可分割後的集成電池如《集成式垂直多結太陽電池示意圖》所示。
集成式垂直多結太陽電池示意圖
