太陽能電池材料,功能材料,課程論文

1、本文由崔承佑貢獻doc文檔可能在 WAP 端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇 TXT ,或下載源文件到本機查看。 太陽能電池材料摘要:摘要:倡導綠色環(huán)保,清潔高效,清潔能源是當今的時代主題,越來越受到各國 的廣泛關注的太陽能材料可能將引領未來的能源材料領域。 本文著重簡紹幾種廣 泛應用和 極大開發(fā)價值的太陽能電池材料及其制備技術。 關鍵詞:關鍵詞 太陽能材料 單晶硅材料 電池 多晶硅材料電池 非晶硅薄膜 化合物 薄膜 效率 成本 引言:太陽能是人類取之不盡 用之不竭的可再生能源. 也是清潔能源, 不產(chǎn)生任何 的環(huán)境污染。 在太陽能的有效利用當中; 大陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快, 最具活力的研究

2、領域, 是其中最受矚目的項目之一。 為此, 人們研制和開發(fā)了 太陽能電池。 制作太陽能電池主要是以半導體材料為基礎, 其工作 原理是利用光 電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反應, 根據(jù)所用材料的不同, 太陽能電池材 料 可分為:1、硅太陽能電池材料; 2、以無機鹽如砷化鎵 III-V 化合物、硫化鎘、 銅銦硒 等多元化合物為材料的電池; 3、 功能高分子材料制備的大陽能電池; 4、 納米晶材料太陽能 電池等。不論以何種材料來制作電池,對太陽能電池材料一般 的要求有:1、半導體材料的 禁帶不能太寬;要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率:3、材 料本身對環(huán)境不造成污染; 4、材料便于 工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定。

3、基于以上 幾個方面考慮, 硅是最理想的太陽能電池材料, 這也 是太陽能電池以硅材料為主 的主要原因。 但隨著新材料的不斷開發(fā)和相關技術的發(fā)展, 以其 它村料為基礎的 太陽能電池也愈來愈顯示出誘人的前景。 本文簡要地綜述了太陽能電池的 種類及 其研究現(xiàn)狀, 并討論了太陽能電池的發(fā)展及趨勢。 1 硅系材料太陽能電池 1.1 單晶 硅材料太陽能電池 硅系列太陽能電池中, 單晶硅大陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高, 技術也最為成熟。 高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關的成熱的加工處理工藝基 礎上的。 現(xiàn)在 單晶硅的電池工藝己近成熟, 在電池制作中, 一般都采用表面織構(gòu) 化、 發(fā)射區(qū)鈍化、 分區(qū)摻 雜等

4、技術,開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋 柵電極單晶硅電池。 提高轉(zhuǎn)化效率 主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工 藝。 在此方面, 德國夫朗霍費費萊堡太陽能系 統(tǒng)研究所保持著世界領先水平。 該 研究所采用光刻照相技術將電池表面織構(gòu)化, 制成倒金字 塔結(jié)構(gòu)。 并在表面把一 13nm。 厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結(jié)合. 通過改進了的電 鍍過程增 加柵極的寬度和高度的比率:通過以上制得的電池轉(zhuǎn)化效率超過 23%, 是大值可 達 23. 3%。 Kyocera 公司制備的大面積 (225cm2 單電晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率 為 19. 44%, 國內(nèi)北京太陽能研究所也積極進行高效晶體硅太陽

5、能電池的研究和 開發(fā), 研制的平面高效單 晶硅電池(2cm X 2cm 轉(zhuǎn)換效率達到 19.79%,刻槽埋 柵電極晶體硅材料制成的電池(5cm X 5cm 轉(zhuǎn)換效率達 8.6%。 單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的, 在大規(guī)模應用和工業(yè) 生產(chǎn)中仍占 據(jù)主導地位, 但由于受單晶硅材料價格及相應的繁瑣的電池工藝影響, 致使單晶 硅成本價格居高不下, 要想大幅度降低其成本是非常困難的。 為了節(jié)省高質(zhì)量材料, 尋 找單晶硅電池材料的替代產(chǎn)品,現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太 陽能電池材料, 其中多晶硅薄膜太陽能 電池材料和非晶硅薄膜太陽能電池材料就 是典型代表。 1. 2 多晶硅薄膜材料電池 通常的 晶體硅太陽能電

6、池是在厚度 350450m 的高質(zhì)量硅片上制成的, 這 種硅片從提拉或澆鑄 的硅錠上鋸割而成。 因此實際消耗的硅材料更多。 為了節(jié)省 材料, 人們從 70 年代中期就開 始在廉價襯底上沉積多晶硅薄膜, 但由于生長的 硅膜晶粒大小, 未能制成有價值的太陽能電 池。 為了獲得大尺寸晶粒的薄膜, 人 們一直沒有停止過研究, 并提出了很多方法。 目前制備 多晶硅薄膜電池多采用化 學氣相沉積法,包括低壓化學氣相沉積(LPCVD 和等離子增強化 學氣相沉積 (PECVD 工藝。此外,液相外延法(LPPE 和濺射沉積法也可用來制備多晶 硅 薄膜電池。 化學氣相沉積主要是以 SiH2Cl2、 SiHCl3、

7、Sicl4 或 SiH4,為反應氣體 , 在一定 的 保護氣氛下反應生成硅原子并沉積在加熱的襯底上, 襯底材料一般選用 Si、 SiO2、 Si3N4 等。 但研究發(fā)現(xiàn), 在非硅襯底上很難形成較大的晶粒 , 并且容易在 晶粒間形成空隙。 解決這一問題辦法是先用 LPCVD 在襯底上沉熾一層較薄的非 晶硅層,再將這層非晶硅層退火,得到較 大的晶粒, 然后再在這層籽晶上沉積厚 的多晶硅薄膜, 因此, 再結(jié)晶技術無疑是很重要的一 個環(huán)節(jié), 目前采用的技術主 要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法。 多晶硅薄膜電池除采用了再 結(jié)晶工藝外,另 外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽能電池的技 術,這樣制得的太陽能電池

8、轉(zhuǎn)換效率明顯提高。德國費萊堡太陽能研究所采用區(qū) 日本三菱公司 館再結(jié)晶技術在 FZ Si 襯底上制得的多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率為 19%, 用該法制備電池,效率達 16.42%。 液相外延 (LPE 法的原理是通過將硅熔融在母體里,降低溫度析出硅膜。 美國 Astropower 公司采 用 LPE 制備的電池效率達 12. 2%。中國光電發(fā)展技術 中心的陳哲良采用液相外延法在冶 金級硅片上生長出硅晶粒, 并設計了一種類似 于晶體硅薄膜太陽能電池的新型太陽能電池, 稱之為“硅?！碧柲茈姵?但有關 性能方面的報道還未見到。 多晶硅薄膜電池由于所使 用的硅遠較單晶硅少, 又無效率衰退問題, 并且有 可能

9、在廉價襯底材料上制備, 其成本遠低 于單晶硅電池, 而效率高于非晶硅薄膜 電池, 因此, 多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電地 市場上占據(jù)主導地位。 1.3 非晶硅薄膜太陽能電池 開發(fā)太陽能電池的兩個關鍵問題就是:提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。 由于非晶 硅薄膜材料太陽能電池的成本低, 便于大規(guī)模生產(chǎn), 普 遍受到人們的重視并得到 迅速發(fā)展, 其實早在 70 年代初, Carlson 等就已經(jīng)開始了對非晶 硅材料電池的研 制工作 , 近幾年它的研制工作得到了迅速發(fā)展 , 目前世界上己有許多家公司 在此種 材料的基礎上生產(chǎn)該種電池產(chǎn)品。 非晶硅作為太陽能材料盡管是一種很好的電池材 料, 但由于其光學帶隙

10、為 1.7eV, 使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感, 這樣一 來就限制了非晶 硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。 此外, 其光電效率會隨著光照時間的延續(xù)而衰減, 即 所謂的光致衰退 S 一 W 效應,使得電池性能不穩(wěn)定。解決這些問題的這徑就是 制備疊 層太陽能電池,疊層太陽能電池是由在制備的 p、 i 、 n 層單結(jié)太陽能電池 上再沉積一個或 多個 P-i-n 子電池制得的。疊層太陽能電池提高轉(zhuǎn)換效率、解決單結(jié)電池不穩(wěn)定性的關鍵問題在于:它把不同禁帶寬度的材科組臺在一起, 提 高了光 譜的響應范圍; 頂電池的 i 層較薄, 光照產(chǎn)生的電場強度變化不大, 保 證 i 層中的光生 載流子抽出; 底

11、電池產(chǎn)生的載流子約為單電池的一半, 光致衰 退效應減小; 疊層太陽能 電池各子電池是串聯(lián)在一起的。 非晶硅薄膜材料太陽能電池的制備方法有很多, 其中包括反 應濺射法、 PECVD 法、 LPCVD 法等, 反應原料氣體為 H2 稀釋的 SiH4, 襯底主要為玻璃及 不 銹鋼片, 制成的非晶硅薄膜經(jīng)過不同的電池工藝過程可分別制得單結(jié)電池和疊 層太陽能電 池。 目前非晶硅太陽能電池的研究取得兩大進展:第一、 三疊層結(jié)構(gòu) 非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換 效率達到 13%, 創(chuàng)下新的記錄; 第二 . 三疊層太陽能電池 年生產(chǎn)能力達 5MW。 美國聯(lián)合太陽 能公司 (VSSC 制得的單結(jié)太陽能電池最高 轉(zhuǎn)換效率為

12、 9. 3%, 三帶隙三疊層電池最高轉(zhuǎn)換 效率為 13%. 上述最高轉(zhuǎn)換效率是在小面積 (0. 25cm2 電池上取得的。 曾有文獻報道單結(jié) 非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率超過 12. 5%, 日本中央研究院采用一系列新措施, 制得的非晶 硅電池的轉(zhuǎn)換效率為 13. 2%。 國內(nèi)關于非晶硅薄膜電池特別是疊層 太陽能電池的研究并不 多,南開大學的耿新華等采用工業(yè)用材料,以鋁背電極制 備出面積為 20X20cm2、轉(zhuǎn)換效率 為 8. 28%的 a-Si/a-Si 疊層太陽能電池。 非晶硅太陽能電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率 和較低的成本及重量輕等特點, 有著極大的潛力。 但同時由于它的穩(wěn)定性不高, 直接影響

13、了 它的實際應用。 如果 能進一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題, 那么, 非晶硅大陽能電池 無疑是太 陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。 2 化合物薄膜太陽能電池 2. 1 碲化鎘太陽能電 池 碲化鎘 ( Cd Te 材料成本低、效率高 . 且光譜響應與太陽光譜分吻合。薄膜的 生長工藝主 要有絲網(wǎng)印刷燒結(jié)法、 近空間升華法、 真空蒸發(fā)法等。 碲化鎘半導體 光伏材料理論轉(zhuǎn)換效為 30 % o 。 Cd Te 電池實驗室效率 16. 4%大規(guī)模生產(chǎn)的商業(yè) 化電池平均效率 8%一 10%。四川 大學制備出的電池率達 11.6 %。以 cd Te 吸收 層, CdS 作窗口層的結(jié)構(gòu)為 :減反射膜 /玻璃

14、/ SnOz : F/ CdS/ P-CdTe/背電極, 這種 電池轉(zhuǎn)換效率達 16 %。 2. 2 砷化鎵太陽能電池 1954年 . 首次發(fā)現(xiàn)砷化鎵材料具有光生伏特效應, 1974 年砷化鎵電池效率的 理論值達 22 %25 %。 實驗室條件下在 CaA s 單結(jié)電池效率已超過 25 %。目前 研究的砷化鎵系列太陽能電池有單 品砷化鎵、多品砷化鎵 , 鎵鋁砷一砷化鎵異 質(zhì)結(jié)、金屬一半導體砷化鎵、金屬一絕緣體半 導體砷化鎵等。材料的制備類似于 硅半導體的制備,有晶體生長法、直 . 接拉制法、氣相生 長法、液相外延法等。 另外 III-V 族三、四元化合物 ( CaInP ,Al CaInP ,

15、 CaInA s 等 半導體材料的技術日 益成熟, 可通過設計電池結(jié)構(gòu)來提高效率和降低成本。 雙結(jié)電池的效率 最高為 30%,三結(jié)電池為 38%,四結(jié)電池為 41 %。目前,國外已將砷化鎵太陽能電池 作為 航天飛行器空間主電源 . 而且砷化鎵組件所占比例逐漸增大, 目前已占 90 %。 2. 3 銅銦硒 太陽能電池 銅銦硒太陽能電池是以銅、銦、硒三元化合物半導體為基本材料制成的太陽 能 電池,是在玻璃或其它廉價襯底上沉積若十層金屬化合物的半導體薄膜 . 其厚 度大約為 200300nm.具有成本低、 性能穩(wěn)定、 抗輻射能力強等特性。 日本昭和石油公司開發(fā)的而積為 864cm2 的電池轉(zhuǎn)換效率為

16、 14.3 %。美國 盡管化合物 能源部叫再生能源實驗室研制出的 CIGS 電池轉(zhuǎn)換效率已達 19.2 %。半導體材料的太陽能電池具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點 . 但是其所 用的材 料中大多有毒 . 且有的是稀元素 . 所以其發(fā)展已受到很大限制。 2. 4 聚合物薄膜太陽能電池 以聚合物為材料的太陽能電池是近些年開始的研究方 向 . 具有分子結(jié)構(gòu)自行設計合成、易加 工、毒性小、成本低等特點。目前制作聚 合物半導體層主要是 :真空技術,主要包括真空鍍 膜濺射和分子束外延生長技術 ; 溶液處理成膜技術 . 主要有電化學沉積技術、 鑄膜技術、 分子 組裝技術、印刷技 術等 ; 單品技術 .

17、 主要有電化學法、擴散法和氣相法。 Heeger 等發(fā)現(xiàn) . 聚 乙炔用 Iz ,AsFs 摻雜后電導率明顯增高?？谇?P3 H T/ PCB M 體系最高的光電轉(zhuǎn)化效率為 4% 。李永舫等使帶雙嚓嗯乙烯撐邊鏈的二維共 扼聚嚓吩與 PCB M 共混時 . 能量轉(zhuǎn)換效率達 3. 18%。 雖然聚合物電池有著眾多優(yōu) 點,但性能無法與傳統(tǒng)太陽能電池相比。參考文獻:參考文獻: I梁宗存 . 沈輝 . 李戮洪 . 太 GR 能電池及材料 J(ufJ l. 材料導 報 2000,14(8 :38-40. 2盧金軍 . 太陽能電池的 I J%現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)發(fā)展 f.T 1.高新技 術 .2007.(18:la

18、3汀建軍 . 劉金霞 . 太陽能電池及材料 J( u 和發(fā)展現(xiàn)狀 J .浙江萬里學 Iii 學報 .2006 ,V 19 4馬勝 I.中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望及政策建議 J .電器 _業(yè) .2004.(I 0:I- I I. 5耿新華 . 張建軍 . 硅基薄膜太陽電池新進展 J.新材料產(chǎn)業(yè) .2007 , (7 :28-30. 6溫麗姿 . 趙水新 . 太陽能發(fā)電 :大規(guī)模應用小是夢想 (關注 fNl. 人民日報 .2005-01-20 (16 .1本文由崔承佑貢獻doc文檔可能在 WAP 端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇 TXT ,或下載源文件到本機查看。 太陽能電池材料摘要:摘要:倡導綠色環(huán)保,

19、清潔高效,清潔能源是當今的時代主題,越來越受到各國 的廣泛關注的太陽能材料可能將引領未來的能源材料領域。 本文著重簡紹幾種廣 泛應用和 極大開發(fā)價值的太陽能電池材料及其制備技術。 關鍵詞:關鍵詞 太陽能材料 單晶硅材料 電池 多晶硅材料電池 非晶硅薄膜 化合物 薄膜 效率 成本 引言:太陽能是人類取之不盡 用之不竭的可再生能源. 也是清潔能源, 不產(chǎn)生任何 的環(huán)境污染。 在太陽能的有效利用當中; 大陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快, 最具活力的研究領域, 是其中最受矚目的項目之一。 為此, 人們研制和開發(fā)了 太陽能電池。 制作太陽能電池主要是以半導體材料為基礎, 其工作 原理是利用光 電材料吸收

20、光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反應, 根據(jù)所用材料的不同, 太陽能電池材 料 可分為:1、硅太陽能電池材料; 2、以無機鹽如砷化鎵 III-V 化合物、硫化鎘、 銅銦硒 等多元化合物為材料的電池; 3、 功能高分子材料制備的大陽能電池; 4、 納米晶材料太陽能 電池等。不論以何種材料來制作電池,對太陽能電池材料一般 的要求有:1、半導體材料的 禁帶不能太寬;要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率:3、材 料本身對環(huán)境不造成污染; 4、材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定。 基于以上 幾個方面考慮, 硅是最理想的太陽能電池材料, 這也 是太陽能電池以硅材料為主 的主要原因。 但隨著新材料的不斷開發(fā)和相關技術的發(fā)展, 以其 它

21、村料為基礎的 太陽能電池也愈來愈顯示出誘人的前景。 本文簡要地綜述了太陽能電池的 種類及 其研究現(xiàn)狀, 并討論了太陽能電池的發(fā)展及趨勢。 1 硅系材料太陽能電池 1.1 單晶 硅材料太陽能電池 硅系列太陽能電池中, 單晶硅大陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高, 技術也最為成熟。 高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關的成熱的加工處理工藝基 礎上的。 現(xiàn)在 單晶硅的電池工藝己近成熟, 在電池制作中, 一般都采用表面織構(gòu) 化、 發(fā)射區(qū)鈍化、 分區(qū)摻 雜等技術,開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋 柵電極單晶硅電池。 提高轉(zhuǎn)化效率 主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工 藝。 在此方面, 德國夫朗霍費

22、費萊堡太陽能系 統(tǒng)研究所保持著世界領先水平。 該 研究所采用光刻照相技術將電池表面織構(gòu)化, 制成倒金字 塔結(jié)構(gòu)。 并在表面把一 13nm。 厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結(jié)合. 通過改進了的電 鍍過程增 加柵極的寬度和高度的比率:通過以上制得的電池轉(zhuǎn)化效率超過 23%, 是大值可 達 23. 3%。 Kyocera 公司制備的大面積 (225cm2 單電晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率 為 19. 44%, 國內(nèi)北京太陽能研究所也積極進行高效晶體硅太陽能電池的研究和 開發(fā), 研制的平面高效單 晶硅電池(2cm X 2cm 轉(zhuǎn)換效率達到 19.79%,刻槽埋 柵電極晶體硅材料制成的電池(5cm X 5c

23、m 轉(zhuǎn)換效率達 8.6%。 單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的, 在大規(guī)模應用和工業(yè) 生產(chǎn)中仍占 據(jù)主導地位, 但由于受單晶硅材料價格及相應的繁瑣的電池工藝影響, 致使單晶 硅成本價格居高不下, 要想大幅度降低其成本是非常困難的。 為了節(jié)省高質(zhì)量材料, 尋 找單晶硅電池材料的替代產(chǎn)品,現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太 陽能電池材料, 其中多晶硅薄膜太陽能 電池材料和非晶硅薄膜太陽能電池材料就 是典型代表。 1. 2 多晶硅薄膜材料電池 通常的 晶體硅太陽能電池是在厚度 350450m 的高質(zhì)量硅片上制成的, 這 種硅片從提拉或澆鑄 的硅錠上鋸割而成。 因此實際消耗的硅材料更多。 為了節(jié)省 材料, 人們從 7

24、0 年代中期就開 始在廉價襯底上沉積多晶硅薄膜, 但由于生長的 硅膜晶粒大小, 未能制成有價值的太陽能電 池。 為了獲得大尺寸晶粒的薄膜, 人 們一直沒有停止過研究, 并提出了很多方法。 目前制備 多晶硅薄膜電池多采用化 學氣相沉積法,包括低壓化學氣相沉積(LPCVD 和等離子增強化 學氣相沉積 (PECVD 工藝。此外,液相外延法(LPPE 和濺射沉積法也可用來制備多晶 硅 薄膜電池。 化學氣相沉積主要是以 SiH2Cl2、 SiHCl3、 Sicl4 或 SiH4,為反應氣體 , 在一定 的 保護氣氛下反應生成硅原子并沉積在加熱的襯底上, 襯底材料一般選用 Si、 SiO2、 Si3N4

25、等。 但研究發(fā)現(xiàn), 在非硅襯底上很難形成較大的晶粒 , 并且容易在 晶粒間形成空隙。 解決這一問 題辦法是先用 LPCVD 在襯底上沉熾一層較薄的非 晶硅層,再將這層非晶硅層退火,得到較 大的晶粒, 然后再在這層籽晶上沉積厚 的多晶硅薄膜, 因此, 再結(jié)晶技術無疑是很重要的一 個環(huán)節(jié), 目前采用的技術主 要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法。 多晶硅薄膜電池除采用了再 結(jié)晶工藝外,另 外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽能電池的技 術,這樣制得的太陽能電池 轉(zhuǎn)換效率明顯提高。德國費萊堡太陽能研究所采用區(qū) 日本三菱公司 館再結(jié)晶技術在 FZ Si 襯底上制得的多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率為 19%, 用該法制備電池,

26、效率達 16.42%。 液相外延 (LPE 法的原理是通過將硅熔融在母體里,降低溫度析出硅膜。 美國 Astropower 公司采 用 LPE 制備的電池效率達 12. 2%。中國光電發(fā)展技術 中心的陳哲良采用液相外延法在冶 金級硅片上生長出硅晶粒, 并設計了一種類似 于晶體硅薄膜太陽能電池的新型太陽能電池, 稱之為“硅粒”太陽能電池,但有關 性能方面的報道還未見到。 多晶硅薄膜電池由于所使 用的硅遠較單晶硅少, 又無效率衰退問題, 并且有 可能在廉價襯底材料上制備, 其成本遠低 于單晶硅電池, 而效率高于非晶硅薄膜 電池, 因此, 多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電地 市場上占據(jù)主導地位。 1

27、.3 非晶硅薄膜太陽能電池 開發(fā)太陽能電池的兩個關鍵問題就是:提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。 由于非晶 硅薄膜材料太陽能電池的成本低, 便于大規(guī)模生產(chǎn), 普 遍受到人們的重視并得到 迅速發(fā)展, 其實早在 70 年代初, Carlson 等就已經(jīng)開始了對非晶硅材料電池的研 制工作 , 近幾年它的研制工作得到了迅速發(fā)展 , 目前世界上己有許多家公司 在此種 材料的基礎上生產(chǎn)該種電池產(chǎn)品。 非晶硅作為太陽能材料盡管是一種很好的電池材 料, 但由于其光學帶隙為 1.7eV, 使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感, 這樣一 來就限制了非晶 硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。 此外, 其光電效率會隨著光照時間的延續(xù)

28、而衰減, 即 所謂的光致衰退 S 一 W 效應,使得電池性能不穩(wěn)定。解決這些問題的這徑就是 制備疊 層太陽能電池,疊層太陽能電池是由在制備的 p、 i 、 n 層單結(jié)太陽能電池 上再沉積一個或 多個 P-i-n 子電池制得的。疊層太陽能電池提高轉(zhuǎn)換效率、解決單結(jié)電池不穩(wěn)定性的關鍵問題在于:它把不同禁帶寬度的材科組臺在一起, 提 高了光 譜的響應范圍; 頂電池的 i 層較薄, 光照產(chǎn)生的電場強度變化不大, 保 證 i 層中的光生 載流子抽出; 底電池產(chǎn)生的載流子約為單電池的一半, 光致衰 退效應減小; 疊層太陽能 電池各子電池是串聯(lián)在一起的。 非晶硅薄膜材料太陽能電池的制備方法有很多, 其中包括

29、反 應濺射法、 PECVD 法、 LPCVD 法等, 反應原料氣體為 H2 稀釋的 SiH4, 襯底主要為玻璃及 不 銹鋼片, 制成的非晶硅薄膜經(jīng)過不同的電池工藝過程可分別制得單結(jié)電池和疊 層太陽能電 池。 目前非晶硅太陽能電池的研究取得兩大進展:第一、 三疊層結(jié)構(gòu) 非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換 效率達到 13%, 創(chuàng)下新的記錄; 第二 . 三疊層太陽能電池 年生產(chǎn)能力達 5MW。 美國聯(lián)合太陽 能公司 (VSSC 制得的單結(jié)太陽能電池最高 轉(zhuǎn)換效率為 9. 3%, 三帶隙三疊層電池最高轉(zhuǎn)換 效率為 13%. 上述最高轉(zhuǎn)換效率是在小面積 (0. 25cm2 電池上取得的。 曾有文獻報道單結(jié) 非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率超過 12. 5%, 日本中央研究院采用一系列新措施, 制得的非晶 硅電池的轉(zhuǎn)換效率為 13. 2%。 國內(nèi)關于非晶硅薄膜電池特別是疊層 太陽能電池的研究并不 多,南開大學的耿新華等采用工業(yè)用材料,以鋁背電極制 備出面積為 20X20cm2、轉(zhuǎn)換效率 為 8. 28%的 a-Si/a-Si 疊層太陽能電池。 非晶硅太陽能電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率 和較低的成本及重量輕等特點, 有著極大的潛力。 但同時由于它的穩(wěn)定性不高, 直接影響了 它的實際應用。 如果 能進一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題, 那么, 非晶硅大陽能電池 無疑