BSC – 双面太阳能电池：双面或两个表面太阳能电池的历史
发布日期：2022 年 1 月 22 日 / 更新日期：2023 年 2 月 24 日 - 作者： Konrad Wolfenstein
双面或两个表面太阳能电池的历史 - 图片：Xpert.Digital / Sunward Art|Shutterstock.com
1946 年，Russell Ohl 在贝尔实验室工作时首次获得了硅太阳能电池的专利，并于 1954 年由 Fuller、Chapin 和 Pearson 在同一研究机构公开演示； 然而，这些最初的提议涉及单面电池，其背面并不打算活跃。
第一个理论上提出的双面太阳能电池可以在日本专利中找到，优先权日期为 1960 年 10 月 4 日，作者为 Hiroshi Mori，他曾在 Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha（Hayakawa Electric Industry Co. Ltd）公司工作，该公司后来开发了进入今天的夏普公司。 所提出的电池是 PNP 双电池结构，在两个相对边缘上具有接触电极。
然而，双面太阳能电池和电池板的首次演示是作为苏联太空计划的一部分，在军用 LEO 空间站礼炮 3 号（1974 年）和礼炮 5 号（1976 年）进行的。 这些双面太阳能电池由 Bordina 等人开发。 在莫斯科的VNIIT（全联盟能源科学研究所）开发和制造，该研究所于1975年成为俄罗斯太阳能电池制造商KVANT。 1974年，该团队提交了一项美国专利，提出将电池采用最大尺寸为1 mm x 1 mm x 1 mm的微型平行管形式，串联连接以提供100个电池/cm2。 与当今的 BSC 一样，他们建议在光接收表面之一附近使用同型化合物 pp+。 在礼炮 3 号中，总单元面积为 24 cm2 的小型实验面板显示，由于地球反照率，卫星每转一周的能源产量比当时的单面面板增加了 34%。 在礼炮 5 号空间站的飞行过程中，使用双面面板（0.48 m2 - 40 W）观察到增益为 17-45%。
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与俄罗斯这项研究并行的是，在铁幕的另一边，由Antonio Luque教授领导的马德里技术大学电信工程学院半导体实验室正在独立开展一项综合研究计划，以开发工业适用的产品。双面太阳能电池。 虽然 Mori 的专利和航天器中的 VNIIT-KVANT 原型基于表面没有金属网格的微小电池，因此相互错综复杂地连接，更像是早期阶段的微电子设备的风格，但 Luque 将拥有两项西班牙专利1976年和1977年发生了一次，1977年在美国发生了一次，这是现代双面电池的前身。 Luque 的专利是第一个提出每个硅片一个电池的 BSC 的专利，就像当时和今天的单面电池的情况一样，在两个表面上都有金属网格。 他们同时考虑了 npp+ 结构和 pnp 结构。
半导体实验室中平衡计分卡的开发采用了三重方法，产生了三篇博士论文，分别由 Andrés Cuevas (1980)、Javier Eguren (1981) 和 Jesús Sangrador (1982) 撰写，前两篇论文由 Luque 和 Jesús Sangrador 指导。第三个由博士 来自同一组的加布里埃尔·萨拉（Gabriel Sala）。 Cuevas 的博士工作包括构建 Luque 在 1976 年获得的第一项专利，由于其类似晶体管的 npn 结构而被称为“transcell”。 在他的论文中，Eguren 演示了 Luque 1977 年的第二项专利，该专利具有 npp+ 掺杂分布，其中 pp+ 同位素结位于电池背面附近，形成了太阳能电池技术中通常所说的“背面场”（ BSF）。 这项工作导致了多项出版物和其他专利。 特别是，减少基极中的 p 掺杂的有益效果是，发射极结（前 pn 结）中电压的降低通过后同型结中的电压增加来补偿，同时允许更高的少数载流子的扩散长度，这增加了双面照明的功率输出。 Sangrador在马德里理工大学的论文和第三条发展路径提出了所谓的垂直侧光多结太阳能电池，其中p+nn+堆叠并串联，从其边缘发光，这是高压电池不需要表面金属网格而需要发电。
双面太阳能电池的主要优点
额外的发电增益：与P型太阳能电池相比，N型太阳能电池往往会显着提高效率。 双面太阳能电池由于双面发电容量和更高的系统效率，将拥有更广阔的应用前景，特别适合多雪地区和屋顶、围栏、声屏障等分布式发电系统。
电池背面效率可达19%以上，利用入射背光源可提高系统的发电量，单位面积容量提升可达10%~30%。
采用双面电池技术的玻璃组件，可以在组件的正面和背面捕获光线。 增加光的使用可以提高模块的效率。 通过模块的有源后部可实现高达 360 Wp 的总功率（仅前部为 290 Wp/总功率为 320 - 360 Wp）。
效率增益取决于辐射情况（大气和背景）。
具有双面太阳能模块的太阳能系统 - 示例
- 用于双面太阳能组件的太阳能安装系统屋顶系统下部结构 – Jak76|Shutterstock.com
- 用于双面太阳能组件的屋顶系统下部结构安装系统 – Jak76|Shutterstock.com
- 双面太阳能组件屋顶系统下部结构安装系统 – Jak76|Shutterstock.com
- 双面太阳能组件屋顶系统安装解决方案 – Jak76|Shutterstock.com
- 用于双面太阳能组件的屋顶系统下部结构 – Jak76|Shutterstock.com
- 双面太阳能组件屋顶系统下部结构 – Jak76|Shutterstock.com
1979年，半导体实验室转变为太阳能研究所（IES-UPM），以卢克为首任所长，继续深入研究双面太阳能电池，直到21世纪第一个十年。例如1994年太阳能研究所的两名巴西研究生Adriano开发并制作了Moehlecke和Izete Zanesco，与Luque一起开发了双面太阳能电池，正面性能为18.1%，背面性能为19.1%； 双面电池的效率记录为 103%（当时单面电池的记录效率略低于 22%）。
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