雙面電池的背面真的能發(fā)電嗎？

晶體硅太陽電池實際上是一個大的平面二極管，就n型電池而言，電池的基體是n-Si，基體的前表面通過擴(kuò)散重?fù)诫s形成p+發(fā)射極，p+發(fā)射極與n-Si基體接觸形成p+-n結(jié)，基體的背表面通過擴(kuò)散或者離子注入重?fù)诫s形成n+背場，n+背場與n-Si基體接觸形成n+-n高低結(jié)。p+-n結(jié)和n+-n高低結(jié)內(nèi)部都存在內(nèi)建電場，可以分離光照產(chǎn)生的電子-空穴對，被分離的電子通過背場上面的背電極、空穴通過發(fā)射極上面的前電極輸出到外電路，驅(qū)動負(fù)載運行。

圖1 n-PERT雙面電池（a）和單面電池（b）的結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1（a）所示，n-PERT雙面電池的結(jié)構(gòu)為金屬電極、前表面減反膜、硼摻雜發(fā)射極、n型硅、磷摻雜背場（BSF）、背面減反射膜和背面電極。n-PERT雙面電池和單面電池相比，主要在于背面結(jié)構(gòu)的不同，雙面電池的背面采用高透過的SiNx做鈍化/減反射膜，背面金屬電極和前面金屬電極一樣，占電池的面積~3%；而單面電池的背面電極采用全金屬覆蓋，如圖1（b）所示。

圖2 n-PERT雙面電池（a）和單面電池（b）的發(fā)電原理示意圖

圖2為雙面電池和單面電池的發(fā)電原理示意圖。如圖所示，當(dāng)太陽光照到n-PERT雙面電池的時候，會有部分光線被周圍的環(huán)境反射照射到n-PERT雙面電池的背面，這部分光可以透過SiNx材料，被硅吸收，激發(fā)的電子-空穴對被n+-n高低結(jié)分離，從而對電池的光電流和效率產(chǎn)生貢獻(xiàn)（圖a）。然而，單面電池的背面被金屬電極完全覆蓋，金屬電極的厚度~10 μm，光無法穿透背面金屬電極被硅吸收，因此，單面電池幾乎無法利用由背面射入電池的光線，在電池背面反射率不為零的情況下，雙面電池比單面電池具有更高的發(fā)電效率。

圖3 （a）雙面電池正反兩面的I-V特性曲線，（b）雙面電池組件戶外工作示意圖

圖3（a）為雙面電池正反兩面的I-V特性曲線，可以看出在STC條件下，n-PERT雙面電池的正面功率可以達(dá)到5.2 W，背面功率可以達(dá)到4.7 W，電池的雙面率為90%。n-PERT雙面電池相對于單面電池的效率增益難以通過單片電池來衡量，一般將多片太陽電池采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式將電極連接起來，采用EVA、玻璃、背板等材料進(jìn)行封裝，成為組件來衡量效率的增益。雙面電池組件的正面采用玻璃+EVA 進(jìn)行封裝，背面可以采用EVA+玻璃封裝或者EVA+透明的背板進(jìn)行封裝，保證太陽光可以透過封裝材料照射到電池的背面，如圖3（b）所示。

圖4 （a）理論計算的雙玻組件在不同背面反射情況下的最大功率和最大電流，（b）實際的雙玻組件在不同被反射情況下相對于多晶組件水泥地面的電量輸出增益（所有的組件均南面朝向，30度傾斜安裝）

當(dāng)雙玻組件安裝的朝向、傾斜度和高度固定，雙玻組件的發(fā)電增益主要與組件背面地面的反射率有關(guān)，以一塊電性能參數(shù)如表1所示的雙玻組件為例，組件在不同背面反射情況下的最大功率和最大電流的理論計算數(shù)值如圖4（a）所示。從4（a）可以看出，組件的最大輸出功率和最大電流值與背面地面的反射率正相關(guān)，隨著背面反射率的增加而增加；而且，最大輸出功率曲線和最大電流曲線增長趨勢相近，表明組件功率的提高主要得益于組件電流的提高，組件電流的提高是由于背面反射率的提高使更多的光被吸收利用。

表1 雙玻組件正面和背面的電性能參數(shù)

使用中來雙面電池制造的雙玻組件除了可以利用背面散射/反射光發(fā)電，具有更大的功率輸出的優(yōu)點之外，還具有以下優(yōu)點雙玻組件在實際運行中，與水泥地面安裝的多晶組件相比，對不同地面的效率增益如圖4（b）所示。從4（b）可以看出，無論在陰天還是晴天，雙玻組件在刷涂白漆地面發(fā)電量增益最大，鋁箔次之，草坪最低，而且都高于單面的多晶組件。因此，從理論和實際運用兩方面都說明了雙面電池的背面可以發(fā)電，具有提高組件輸出功率的作用。

1）工作溫度比常規(guī)組件低；電池的背面是高透過的SiNx材料，紅外部分的光線可以穿透電池，不被電池吸收，而常規(guī)電池的背面為全金屬電極，會吸收紅外光，數(shù)據(jù)顯示，雙玻組件發(fā)電系統(tǒng)正常工作下的溫度較常規(guī)單玻組件低5~9℃。2）溫度系數(shù)比常規(guī)組件低；當(dāng)組件的工作溫度比標(biāo)準(zhǔn)溫度上升1℃，其輸出功率會降低0.42%，相同溫升的情況下，N型組件功率損失小于常規(guī)P型組件，功率損失在0.4%以下。3）優(yōu)異的弱光響應(yīng)；由于N型基體材料高的少子壽命，N型晶硅組件在弱光下表現(xiàn)出比常規(guī)P型晶硅組件更優(yōu)異的發(fā)電特性。4）安裝方式靈活、應(yīng)用范圍廣；特別適用于屋頂、圍欄、漁光互補(bǔ)、農(nóng)光互補(bǔ)、隔音墻等分布式發(fā)電系統(tǒng)和積雪較多區(qū)域。