非晶矽太陽(yáng)能電池教學(xué)講義

1、非晶矽太陽(yáng)能電池的發(fā)展及其演進(jìn)非晶矽太陽(yáng)能電池的發(fā)展及其演進(jìn)n在1970年代美國(guó)RCA公司率先利用矽烷作為基本原料，來(lái)研製出第一個(gè)非晶矽太陽(yáng)能電池，其吸光以及光導(dǎo)電特性是較優(yōu)良。然而，其結(jié)晶構(gòu)造是比單晶矽的以及多晶矽的要來(lái)得差的進(jìn)而促使其擴(kuò)散距離變短的。 n非晶矽所存在的懸浮鍵數(shù)量，比單晶矽的以及多晶矽的要來(lái)多的，因而造成電子以及電洞的再?gòu)?fù)合速率變快，使非晶矽太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率變差的。一般的解決方式，是將太陽(yáng)能電池的非晶矽薄膜作得很薄的，以減少電子以及電洞的再?gòu)?fù)合作用產(chǎn)生。n目前，一般商業(yè)化太陽(yáng)電池的種類，有單晶矽、多晶矽以及非晶矽等三種。n現(xiàn)階段的商品化太陽(yáng)電池的應(yīng)用，主要仍是以單晶矽

2、的以及多晶矽的等兩種結(jié)晶矽為主。n在2004年，單晶矽的、多晶矽的、以及非晶矽的市場(chǎng)佔(zhàn)有率，分別地是28.6%、56.0%、以及3.4%。非晶矽太陽(yáng)能電池基本結(jié)構(gòu)非晶矽太陽(yáng)能電池基本結(jié)構(gòu)抗反射薄膜層玻璃基板透明導(dǎo)電薄膜層p- S i型i- S i型p- S i G e型i- S i G e型n- S i G e型背面反射層n- S i型A g / A l 電極抗反射薄膜層玻璃基板透明導(dǎo)電薄膜層p- S i型i- S i型n- S i型p- S i G e型i- S i G e型n- S i G e型p- S i型i- S i型n- S i型背面反射層A g / A l 電極- S i : H-

3、 S i G e: H- S i : H- S i G e: H- S i : H( a ) 兩層式( b ) 三層式抗反射薄膜層玻璃基板透明導(dǎo)電薄膜層p- S i型i- S i型p- S iG e型i- S iG e型n- S iG e型背面反射層n- S i型A g / A l 電極抗反射薄膜層玻璃基板透明導(dǎo)電薄膜層p- S i型i- S i型n- S i型p- S iG e型i- S iG e型n- S iG e型p- S i型i- S i型n- S i型背面反射層A g / A l 電極- S i : H- S iG e : H- S i : H- S iG e : H- S i :

4、H( a ) 兩層式( b ) 三層式nppni厚度 (t)光p光厚度 (t)ndf(J )電子擴(kuò)散電流dr(J )電子漂移電流pdf(J )電洞漂移電流dr(J )漂移電流Staebler-Wronski EffectStaebler-Wronski Effectn又稱為光輻射性能衰退效應(yīng)。n太陽(yáng)光照射之後的短時(shí)間之內(nèi)，其光電轉(zhuǎn)換性能會(huì)大幅地衰退，其衰退的程度約為10.0%30.0%。n解決光輻射性能衰退效應(yīng)，一般是使用多層堆疊排列方式，來(lái)形成多層式薄膜太陽(yáng)能電池元件。也有使用光浴處理 (Light Soaking) 以及150C的熱處理，使非晶矽薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，回復(fù)穩(wěn)定。非晶矽太

5、陽(yáng)能電池特性非晶矽太陽(yáng)能電池特性單晶矽非晶矽多晶矽n非晶矽對(duì)於太陽(yáng)光的吸收大於結(jié)晶矽500倍，故只需要薄薄的一層，就可以將光子的能量有效地吸收，而且不需要使用昂貴的結(jié)晶矽基板，可以使用較便宜的玻璃、陶瓷、或金屬等基板。n結(jié)晶矽太陽(yáng)電池的面積，將受限於矽晶圓錠的尺寸大小，而無(wú)法延伸至12吋以上的大面積生產(chǎn)。n在周邊環(huán)境的溫度方面，在夏季時(shí)分的溫度是較高的，非晶矽薄膜太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量是較高的，而結(jié)晶矽太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量反而是較小的，此乃因?yàn)榉蔷∧ぬ?yáng)能電池的溫度係數(shù)(0.26%/C)，是小於結(jié)晶矽太陽(yáng)能電池的(0.50%/C)。n非晶矽太陽(yáng)能電池元件的優(yōu)點(diǎn)，有生產(chǎn)成本較低的、封裝

6、製程可省略、生產(chǎn)效率較高的、產(chǎn)品種類多樣化、以及應(yīng)用範(fàn)圍較廣的等。n其缺點(diǎn)方面則有戶外裝設(shè)之後，初期使用的光劣化效應(yīng)，而使輸出功率減少15.0%20.0%、光電轉(zhuǎn)換效率較低的、時(shí)效性老化的明顯、以及壽命較短的等。n非晶矽太陽(yáng)能電池未來(lái)的研究發(fā)展方向，有光劣化效應(yīng)抑制及其安定化、低生產(chǎn)成本化、堆疊式結(jié)構(gòu)、薄膜層薄化、以及軟性透明非晶矽太陽(yáng)電池等。薄膜非晶矽太陽(yáng)能電池製作技術(shù)薄膜非晶矽太陽(yáng)能電池製作技術(shù)薄膜型非晶矽太陽(yáng)能電池元件的製作方法：薄膜型非晶矽太陽(yáng)能電池元件的製作方法：n液相磊晶液相磊晶 (Liquid Phase Epitaxy, LPE)(Liquid Phase Epitaxy, L

7、PE)n低壓化學(xué)蒸鍍低壓化學(xué)蒸鍍 (Low Pressure CVD, LP-CVD)(Low Pressure CVD, LP-CVD)n常壓化學(xué)蒸鍍常壓化學(xué)蒸鍍 (Atmosphere Pressure CVD, AP-CVD)(Atmosphere Pressure CVD, AP-CVD)n電漿強(qiáng)化化學(xué)蒸鍍電漿強(qiáng)化化學(xué)蒸鍍 (Plasma Enhanced CVD, PE-CVD)(Plasma Enhanced CVD, PE-CVD)n離子輔助化學(xué)蒸鍍離子輔助化學(xué)蒸鍍 (Ion Assisted CVD, IA-CVD)(Ion Assisted CVD, IA-CVD)n熱線化學(xué)

8、蒸鍍熱線化學(xué)蒸鍍 (Hot Wire CVD, HW-CVD)(Hot Wire CVD, HW-CVD)非晶矽太陽(yáng)能電池模組製程技術(shù)非晶矽太陽(yáng)能電池模組製程技術(shù)填充材前面或正面玻璃配線金屬線背面保護(hù)板透明樹(shù)脂太陽(yáng)能電池晶胞(1) 填充材(3) 配線(5) 金屬框盒組立(2) 太陽(yáng)能電池胞(4) 樹(shù)脂填充背面保護(hù)(6) 模組完成太陽(yáng)能電池及模組充電控制電路量測(cè)電路電壓安定電路防逆流二極體二次電池蓄電次系統(tǒng)n以相同的發(fā)電量及轉(zhuǎn)換效率的模組系統(tǒng)而言，非晶矽薄膜太陽(yáng)能電池光電發(fā)電系統(tǒng)裝設(shè)的總面積，大於結(jié)晶矽太陽(yáng)能電池光電發(fā)電系統(tǒng)的3倍以上。n就非晶矽薄膜太陽(yáng)能電池光電發(fā)電系統(tǒng)而言，光電轉(zhuǎn)換效率是小於

9、結(jié)晶矽太陽(yáng)能電池的；相對(duì)地，所需裝設(shè)的面積是較大的。n唯有提高非晶矽薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，才可使裝設(shè)此發(fā)電系統(tǒng)所需的總面積，相當(dāng)於結(jié)晶矽太陽(yáng)能電池光電發(fā)電系統(tǒng)的。透明導(dǎo)電薄膜材料及其特性透明導(dǎo)電薄膜材料及其特性適用於太陽(yáng)能電池之透明導(dǎo)電薄膜電極特性要求：n1.高的光透過(guò)率n2.低的表面電阻值n3.好的歐姆接觸電極n4.組織化表面結(jié)構(gòu)n5.安定的化學(xué)特性n透明導(dǎo)電薄膜成形的材料，有摻雜3.010.0 wt% 氧化錫的氧化銦，以及銦錫合金等兩種。n銦錫氧化物 (Indium Tin Oxide，In2O3-SnO2，ITO) 是一種n型的半導(dǎo)體材料。n其結(jié)晶形態(tài)、導(dǎo)電特性、以及光學(xué)性等，均受到化學(xué)成份、氧分壓、氧 /Ar分壓比、濺鍍電功率、成膜溫度、以及成膜方式等所影響的，特別地是氧分壓的調(diào)節(jié)以及控制。銦錫氧化物透明導(dǎo)電薄膜成形的方法：n濺鍍法