延生長有源層的過程中，多孔硅疊層自動轉(zhuǎn)變成包含不同尺寸大小的孔洞的交替層(圖4)。這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)被證明是一種理想的基于構(gòu)造干涉的反射器。對于一個 15層的多孔硅疊層，計(jì)算表明光程長度增大為原來的14倍。也就是說，15 mm薄層的光學(xué)表現(xiàn)相當(dāng)于厚度為210mm的硅層。

為了驗(yàn)證這兩種改進(jìn)方法的有效性，在三種不同的載體襯底上制作表面積為18 cm2的外延電池。在作為驗(yàn)證概念的單晶硅襯底上，電池的效率提高到13.8%，填充因子達(dá)到77.8%，這表明使用重組織多孔硅疊層不存在電導(dǎo)問題。而在低質(zhì)量的硅襯底上獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果略低，效率是13.5%，填充因子為77.7%。對于多孔硅而言，在多晶襯底上生長的外延層質(zhì)量較差，這個事實(shí)可以解釋性能下降的原因。目前正在優(yōu)化工藝，在不久的將來有望獲得更高效率的增益。

多晶硅薄膜的改進(jìn)

對于另一種類型的太陽能電池，也就是基于鋁誘導(dǎo)晶化的多晶薄膜太陽能電池，我們最近獲得了創(chuàng)紀(jì)錄的7%的效率。該電池制作在高溫襯底上，使用基于鋁誘導(dǎo)晶化非晶硅的種子層，在1130℃下將種子層外延增厚成吸收層。需要指出的是，在這種工藝中硅不需要重新熔化。而在陶瓷襯底上將硅重新熔化。

獲得多晶硅太陽能電池的另一種方法。然而，這種方法需要極高的溫度(超過1400℃)，這就要求襯底具有非常好的熱穩(wěn)定性，而且被污染的風(fēng)險(xiǎn)也很大。取得這些成績的關(guān)鍵在于專門設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的電池接觸，并結(jié)合以等離子體粗糙處理的表面。

大多數(shù)適用于多晶硅太陽能電池的高溫襯底都是絕緣體，所以必須開發(fā)新的金屬接觸方案以避免使用背接觸?？紤]到制造模塊的低成本性，最方便的方法是將電池的互連工藝集成到電池制作過程中。我們采用的是將電池互連與電池接觸相結(jié)合的單模塊工藝。所有的接觸都制作在電池頂部的叉指狀圖案中?？梢允褂貌煌墓に囆蛄衼慝@得這種新穎的接觸結(jié)構(gòu)。目前使用的是一種簡單的兩步實(shí)驗(yàn)室工藝，將光刻與金屬蒸發(fā)結(jié)合起來。而在大規(guī)模生產(chǎn)中，金屬化可以通過單步工藝來實(shí)現(xiàn)，比如利用掩膜來進(jìn)行絲網(wǎng)印刷或蒸發(fā)。

這種專門設(shè)計(jì)的接觸結(jié)構(gòu)被應(yīng)用到有源層面積為1 cm2的電池中，并與帶有外圍基極接觸的電池進(jìn)行比較。兩種接觸類型的開路電壓(Voc)基本相當(dāng)，但是叉指狀接觸的電池在短路電流(Jsc)和填充因子方面的表現(xiàn)要好得多。根據(jù)晶粒尺寸和層厚的不同，電池效率可以達(dá)到5.6%3。

為了進(jìn)一步提高電流密度，進(jìn)而提高電池的效率，我們使用等離子體粗糙處理來實(shí)現(xiàn)新型的電池概念。迄今為止，在多晶硅太陽能電池的襯底結(jié)構(gòu)中，襯底都用作背反射器。通過對電池前表面進(jìn)行粗糙處理，可以降低電池的前反射率，并更好地將光耦合到電池中，從而能夠更有效地俘獲光子。等離子體粗糙處理是通過使用氟基化學(xué)物質(zhì)在一個反應(yīng)器中來完成的。結(jié)果表明，電流密度增加了約15%(在氧化鋁襯底上得到這一結(jié)果)。增大的電流密度將電池的效率推進(jìn)到創(chuàng)紀(jì)錄的7%。

然而，雖然所獲得的Voc (506 mV)和填充因子(71%)可謂達(dá)到了目前最好的工藝水平，但是電流密度(19.7 mA/cm2)和電池效率對于商業(yè)化而言仍然太低。通過優(yōu)化等離子體粗糙處理工藝并降低電池背面場層的厚度，我們希望在不久的將來獲得遠(yuǎn)超過7.0%的效率。