太阳电池的发展

如图12.4所示，Amonix系统中使用的是高效的背结点接触太阳电池，这种太阳电池是由Purdue大学的R.J.Schwartz和M.D.Lammert两位教授在1970年首次提出的。当时提出的这种电池结构同Amonix目前制造的电池非常相似。该电池的高效率主要源于:无金属栅线的遮挡、有效的光挡(上表面的陷光结构和下表面的反射)和用于减少复合损失的点触设计。最初这种结构设计是用在100μm厚、正负极都在电池背面、结距约200μm的太阳电池上。尽管太阳电池的p-n结的结距已降到100μm以下，但是Amonix仍在使用结距为100～125μm的薄太阳电池。后来，斯坦福大学成立了一个研究团队，这个团队致力于对该结构形式的电池进行机理研究，诸如，前表面复合速率、俄歇复合以及重扩散区对复合的影响等。斯坦福大学研究团队对设计效率的改进证实:可将这些半导体的研究成果很好地应用到点接触背结太阳电池上。到20世纪80年代中后期，该团队开始着手设计高效率聚光硅太阳电池，随后的挑战就是如何制造该种电池。然而，在电池设计方面依然存在着各种难题，例如，如何克服在紫外光下太阳电池效率下降的问题。正是由于设计上遇到了困难，才促使了当时正在投资太阳电池开发的电力能源研究所(EPRI)与在半导体微电子保护方面具有丰富经验的MA/COM公司(美国加利福尼亚州托伦斯市)合作，他们的合作研究已能够保证聚光硅太阳电池的紫外稳定性。解决了设计上的难题之后，接下来的重点就转向生产制造方面。Acrian公司参与了该项工作，但是由于电池的产量一直较低，他们很快终止了聚光电池的生产。尽管聚光电池在设计上已实现较高的光电转化率，但在产业化应用以及工艺上还未能实现光电转化的高效率。

20世纪90年代，Amonix公司和SunPower公司不断改进聚光电池的制造工艺，虽然电池的效率不及斯坦福研发团队开发的电池，但电池的产能仍在不断提高。利用该公司的制造工艺生产出的聚光电池，可用于大规模的实地安装和电池的性能检测。采用该制造工艺生产出的电池的实地检测结果也表明:在各种环境下，电池性能相当稳定。聚光太阳电池的实用性使得许多聚光光伏公司用高倍聚光太阳电池来测试它们的聚光系统和跟踪系统。Amonix公司证实了折射点聚焦聚光系统的长期可靠性。澳大利亚的Solar System公司也对所研制的反射聚光系统进行了长期实地考察。这两家公司都是采用点接触背结聚光硅电池，并获得了宝贵的经验。

图12.4　Amonix公司的背结点接触太阳电池的横截面

但是，SunPower公司突然停止了聚光电池的生产。这使得许多采用该电池的聚光光伏企业处于危急的境地。Amonix成了唯一生产这种电池的公司，假如它不出售此类电池给任何公司，那么该从哪获得这种电池呢?唯一的选择，无论可行与否，就是这些原本仅研制聚光光伏系统的聚光光伏公司也开展多结聚光电池的研究。由于聚光硅电池的供应量有限(Amonix公司以外)，其中大多数研究机构开始进行多结电池技术的研发。

尽管这些研究机构在很大程度上放弃使用聚光硅电池，但是，这对Amonix公司的影响微乎其微。对于聚光硅电池的下一步研究主要是如何削减成本和批量生产，这主要由Amonix公司内部研究人员负责，没有高校科研人员参与。那么目前Amonix公司在电池研发和生产方面的境况如何呢?2000年早期，半导体行业从繁荣走向低谷，促使Amonix公司与多家半导体生产商展开紧密合作，一起开发工艺简单但性能健全的聚光电池。这种聚光电池的生产系统从2002年9月开始投入运行，并且从那时起在条件不变的情况下已经运行了多次，生产了约1 MW的聚光电池，这些电池主要被Amonix公司用来实地测试其第五代聚光光伏系统。在此期间，Amonix公司同时在德国的Fraunhofer研究中心检测了其生产的电池的性能，测试结果显示电池效率可达到27.6%，创当时的世界纪录，这一效率几乎是用于平板聚光系统的硅太阳电池的2倍。此后，随着聚光比的成比例增大，Amonix公司生产的电池尺寸减小了40%，进一步降低了成本。

目前背结点接触太阳电池的发展所面临的主要困难在于如何利用已有经验和过程控制的稳定性来持续高水平地生产这种电池以及降低生产成本。由于目前这种太阳电池的制造过程技术含量较低，若能提高生产过程的技术水平，则生产过程中的间接成本能够被较大幅度降低。