薄膜太陽能電池知識(shí)培訓(xùn)課件

薄膜太陽能電池知識(shí)培訓(xùn)薄膜太陽能電池知識(shí)培訓(xùn)Outline一、太陽電池原理二、薄膜太陽電池分類三、薄膜太陽電池制程四、生產(chǎn)廠商簡(jiǎn)介Outline一、太陽電池原理一、太陽電池原理

一、太陽電池原理

電子能級(jí)圖E1E2E3晶體中電子的運(yùn)動(dòng)情況能級(jí)電子處于一系列的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，稱為量子態(tài)。每個(gè)量子態(tài)中，電子的能量是一定的，稱為能級(jí)?？拷雍说哪芗?jí)，電子受束縛強(qiáng)，能級(jí)低，反之，能級(jí)高。電子只能在這些分裂的能級(jí)間躍遷，從低能級(jí)躍遷至高能級(jí)時(shí)，電子要吸收能量，反之，電子要放出能量。電子能級(jí)圖E1E2E3晶體中電子的運(yùn)動(dòng)情況能級(jí)電子處于一系列4晶體能帶的形成原子軌道原子能級(jí)原子能帶禁帶禁帶允帶允帶允帶能帶的形成當(dāng)原子排列成晶體時(shí)，電子除受到自身勢(shì)場(chǎng)外，還受到其他原子勢(shì)場(chǎng)作用，能級(jí)發(fā)生分裂，分裂能級(jí)總數(shù)很大，將構(gòu)成能量相近的能帶。在能量低的能帶中填滿了電子，這些能帶稱為滿帶；能量最高的能帶，往往是半空或全空的，電子沒有填滿，稱為導(dǎo)帶（導(dǎo)帶底能量為Ec）；導(dǎo)帶下的那個(gè)滿帶，其電子可能躍遷到導(dǎo)帶，稱為價(jià)帶（價(jià)帶頂能量為Ev）；兩者之間電子不能運(yùn)動(dòng)的區(qū)域稱為禁帶。晶體能帶的形成原子軌道原子能級(jí)原子能帶禁帶禁帶允帶允帶允帶能5費(fèi)米能級(jí)假設(shè)把體系內(nèi)所有電子按能量由低到高逐個(gè)占據(jù)能帶中各個(gè)能級(jí)，則最后一個(gè)電子占據(jù)的那個(gè)能級(jí)即為費(fèi)米能級(jí)。物理意義：電子占據(jù)的概率為1/2的能級(jí)稱為費(fèi)米能級(jí)。只要知道了它的數(shù)值，在一定溫度下，電子在各量子態(tài)上的統(tǒng)計(jì)分布就完全確定了。處于熱平衡狀態(tài)下的電子系統(tǒng)有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)。

也就是說，在溫度0K時(shí)，費(fèi)米能以下，填滿電子，費(fèi)米能以上，沒有電子。費(fèi)米能級(jí)假設(shè)把體系內(nèi)所有電子按能量由低到高逐個(gè)占據(jù)能帶中各個(gè)

半導(dǎo)體固體材料按照導(dǎo)電性能可以分為絕緣體、導(dǎo)體和半導(dǎo)體。絕緣體ρ≥1010Ω?cm如玻璃、水泥、干燥的木頭等。導(dǎo)體ρ≤10-5Ω?cm如金、銀、銅、鋁等金屬。半導(dǎo)體10-5Ω?cm≤ρ≤108Ω?cm如硅、鍺、砷化鎵等等。半導(dǎo)體材料的電阻率對(duì)溫度、光照、磁場(chǎng)、壓力、濕度、雜質(zhì)濃度等因素非常敏感，能夠制成發(fā)光、光電、磁敏、壓敏、氣敏、濕敏、熱電轉(zhuǎn)換等器件，因此用途廣泛。木頭銅線硅半導(dǎo)體木頭銅線硅7電導(dǎo)率取決于能帶結(jié)構(gòu)和導(dǎo)帶電子的性質(zhì)。金屬材料的導(dǎo)帶和價(jià)帶是重合的，中間沒有禁帶，因此，在價(jià)帶中存在大量的自由電子，導(dǎo)電能力很強(qiáng)。絕緣體材料的導(dǎo)帶是空的，沒有自由電子，而且禁帶的寬度很寬，價(jià)帶的電子不可能穿過禁帶躍遷到導(dǎo)帶上，導(dǎo)帶中始終沒有自由電子，所以，絕緣體材料不導(dǎo)電。半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中沒有自由電子，但在一定得條件下，價(jià)帶的電子可以躍遷到導(dǎo)帶上，在價(jià)帶中留下空穴，電子和空穴同時(shí)導(dǎo)電。因此，半導(dǎo)體材料的禁帶寬度是一個(gè)決定電學(xué)和光學(xué)性能的重要參數(shù)。絕緣體、導(dǎo)體和半導(dǎo)體能帶示意圖重要太陽能半導(dǎo)體材料的禁帶寬度電導(dǎo)率的能帶解釋絕緣體、導(dǎo)體和半導(dǎo)體能帶示意圖重要太陽能半導(dǎo)體材料的禁帶寬度半導(dǎo)體分類本征半導(dǎo)體

沒有摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料，電子和空穴的濃度相等。N型半導(dǎo)體

在半導(dǎo)體材料中摻入了某種雜質(zhì)(P)，使得電子濃度大于空穴濃度，稱其為N型半導(dǎo)體，此時(shí)電子稱為多數(shù)載流子，空穴稱為少數(shù)載流子。相應(yīng)的雜質(zhì)被稱為N型摻雜劑（施主雜質(zhì)）P型半導(dǎo)體

在超高純的半導(dǎo)體材料中摻入了某種雜質(zhì)(B)，使得空穴濃度大于電子濃度，稱其為P型半導(dǎo)體，此時(shí)空穴稱為多數(shù)載流子，電子稱為少數(shù)載流子。相應(yīng)雜質(zhì)稱為P型摻雜劑（受主雜質(zhì)）半導(dǎo)體分類本征半導(dǎo)體

半導(dǎo)體分類本征半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中線附近N型半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)靠近導(dǎo)帶P型半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)靠近價(jià)帶EcEFEv本征半導(dǎo)體EcEFEvN型半導(dǎo)體EcEFEvP型半導(dǎo)體半導(dǎo)體分類本征半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中線附近N型半導(dǎo)體半導(dǎo)體分類N型半導(dǎo)體中靠近導(dǎo)帶底部處存在施主能級(jí)，雜質(zhì)電離時(shí)，施主能級(jí)上的電子獲得能量ΔED，躍遷進(jìn)入導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)，形成固定不動(dòng)的正電中心。P型半導(dǎo)體中靠近價(jià)帶頂部處存在受主能級(jí)，雜質(zhì)電離時(shí)，受主能級(jí)上的空穴獲得能量ΔEA，躍遷進(jìn)入價(jià)帶，成為導(dǎo)電空穴，同時(shí)，形成固定不動(dòng)的負(fù)電中心。EgΔED++++EcEDEvEgΔEA---EcEAEv半導(dǎo)體分類N型半導(dǎo)體中靠近導(dǎo)帶底部處存在施主能級(jí)，雜質(zhì)電離時(shí)P-N結(jié)熱平衡狀態(tài)形成過程內(nèi)建電場(chǎng)形成擴(kuò)散漂移平衡態(tài)多子濃度降低濃度梯度存在內(nèi)建電場(chǎng)擴(kuò)散和漂移共存PNPNPNPN半導(dǎo)體獨(dú)立存在時(shí)，都是電中性的。將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，在其二者的接觸面上就形成PN結(jié)。平衡時(shí)，產(chǎn)生的空穴-電子對(duì)和復(fù)合的空穴-電子對(duì)數(shù)目相同。電子空穴平衡時(shí)，產(chǎn)生的空穴-電子對(duì)和復(fù)合的空穴-電子對(duì)數(shù)目相同。P-N結(jié)熱平衡狀態(tài)形成過程內(nèi)建電場(chǎng)形成擴(kuò)散漂移平衡態(tài)多子濃度12

熱平衡下的PN結(jié)

在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，載流子作漂移運(yùn)動(dòng)。相同載流子漂移與擴(kuò)散方向相反。在無外加電壓的情況下，載流子的擴(kuò)散和漂移最終將達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。稱這種情況為熱平衡狀態(tài)下的PN結(jié)。EcEFEvEvEFEc電子漂移空穴漂移電子擴(kuò)散空穴擴(kuò)散p-n結(jié)能帶圖EcEFEvN型半導(dǎo)體EcEFEvP型半導(dǎo)體熱平衡下的PN結(jié)在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，載流子作漂移運(yùn)太陽能電池原理光伏效應(yīng)當(dāng)P-N結(jié)受光照時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光生載流子，在內(nèi)建電場(chǎng)作用下，光生電子被拉向N區(qū)，光生空穴被拉向P區(qū)，產(chǎn)生光生電勢(shì)。如果將PN結(jié)與外電路相連，則電路中出現(xiàn)電流，稱為光生伏特效應(yīng)，是太陽能光電池的基本原理。但能引起光伏效應(yīng)的只能是本征吸收所激發(fā)的少數(shù)載流子。因P區(qū)產(chǎn)生的光生空穴，N區(qū)產(chǎn)生的光生電子屬多子，都被勢(shì)壘阻擋而不能過結(jié)。只有P區(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對(duì)（少子）擴(kuò)散到結(jié)電場(chǎng)附近時(shí)能在內(nèi)建電場(chǎng)作用下漂移過結(jié)。

太陽能電池原理光伏效應(yīng)

非晶硅薄膜電池非晶硅重參雜缺陷太多，光生載流子大部分被復(fù)合，壽命很短，對(duì)發(fā)電貢獻(xiàn)太少；輕參雜費(fèi)米級(jí)移動(dòng)太小，能帶彎曲小,開路電壓受限。因此非晶硅電池采用的結(jié)構(gòu)與晶硅不同，添加了有源集電區(qū)I層。

EcEFEvEvEFEc電子漂移空穴漂移電子擴(kuò)散空穴擴(kuò)散p-n結(jié)能帶圖非晶硅薄膜電池非晶硅重參雜缺陷太多，光生載

非晶硅薄膜電池P層采用SiC異質(zhì)結(jié)，SiC異質(zhì)結(jié)的禁帶寬度很大，通過窗口作用提高透光率，使到達(dá)I層的可用光子增多，同時(shí)提高了開路電壓。

非晶硅薄膜電池P層采用SiC異質(zhì)結(jié)，S

太陽能電池參數(shù)I=Is[exp(qV/kT)-1]-IL開路情況：I=0得（與內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)應(yīng)）短路情況：短路電流等于光生電流ISC=IL太陽能電池參數(shù)I=Is太陽能電池參數(shù)太陽能電池參數(shù)太陽能電池參數(shù)最大輸出功率：最佳工作點(diǎn)，該點(diǎn)的電壓和電流分別稱為最佳工作電壓Vop和最佳工作電流Iop電壓為0時(shí)，電流最大，稱為短路電流；電流為0是時(shí)，電壓最大，稱為開路電壓。填充因子：轉(zhuǎn)換效率：最大輸出功率與入射功率之比。太陽能電池參數(shù)最大輸出功率：最佳工作點(diǎn)，該點(diǎn)的電壓和電流分別太陽能電池參數(shù)

由伏安特性曲線上能夠看出，最大輸出功率是與開路電壓和光生電流（短路電流）有關(guān)的（矩形面積），因此可以通過提高二者的值來提高電池性能。太陽能電池參數(shù)由伏安特性曲線上能夠看出，最大輸出功

太陽能電池參數(shù)

要提高光生電流就要減小禁帶寬度，激發(fā)更多電子，但是問題是高能光子激發(fā)電子后剩余能量轉(zhuǎn)換為熱能，對(duì)電池性能產(chǎn)生負(fù)面影響。要提高開路電壓就要提高光生電流和反響飽和電流的比值，增大禁帶寬度可以減小反向飽和電流，但是同時(shí)也減少了光生電流。太陽能電池參數(shù)要提高光生電流就要減

太陽能電池等效電路

實(shí)際上，p-n結(jié)太陽能電池存在著Rs和Rsh的影響。其中，Rs是由材料體電阻、薄層電阻、電極接觸電阻及電極本身傳導(dǎo)電流的電阻所構(gòu)成的總串聯(lián)電阻。Rsh是在p-n結(jié)形成的不完全的部分所導(dǎo)致的漏電阻及電池邊緣的漏電阻，稱為旁路電阻或漏電電阻。太陽能電池等效電路實(shí)際上，二、薄膜太陽電池分類

二、薄膜太陽電池分類

薄膜太陽能電池分類薄膜太陽能電池分類薄膜太陽能電池知識(shí)培訓(xùn)課件在化合物半導(dǎo)體中，研究最多的是III-V族的GaAs太陽能電池。由于其帶隙比Si大，具有與太陽光光譜相當(dāng)一致的光譜特性，因而從光譜響應(yīng)角度來說，更適合做太陽能電池，目前，在所有太陽能電池中，GaAs太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率最高。砷化鎵薄膜太陽電池在化合物半導(dǎo)體中，研究最多的是III-V族的GaAs太陽砷化鎵薄膜太陽電池

在制備GaAs太陽電池時(shí)，一般在N型GaAs襯底上首先生長(zhǎng)0.5um左右的N型GaAs緩沖層，再生長(zhǎng)N型AlGaAs作為背電場(chǎng)，在此基礎(chǔ)上生長(zhǎng)N型GaAs作為基底層，然后生長(zhǎng)0.5um左右的P型GaAs作為發(fā)射層，再利用一層P型AlGaAs薄膜作為窗口層，便組成了單結(jié)GaAs薄膜太陽電池。砷化鎵薄膜太陽電池在制備GaAs太陽電池時(shí)，一般在N型CuInSe2薄膜太陽電池玻璃襯底

Mo導(dǎo)電膜CuInSe2CdSSiO2減反射層Al電極典型的CuInSe2單結(jié)薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖

CuInSe2薄膜太陽電池是由以玻璃或氧化鋁作為襯底，以Mo薄膜作為導(dǎo)電層，以厚度約為2um的N型CdS薄膜作為窗口層，和P型CuInSe2薄膜材料組成的。另外，為了增加光的入射率，在電池表面制備一層SiO2或MgF2作為減反射層，最后，電池利用梳齒狀鍍鋁層作為電極。CuInSe2薄膜太陽電池玻璃襯底II-VI族半導(dǎo)體化合物太陽能電池中，目前轉(zhuǎn)化效率最高的是n型硫化鎘（CdS）和p型碲化鎘（CdTe）組成的太陽能電池。這種電池的優(yōu)點(diǎn)是從pn結(jié)到電極全部可以用絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)制成，方法簡(jiǎn)單，成本低，轉(zhuǎn)化效率可達(dá)13%左右，但同其他許多化合物太陽能電池一樣，有（鎘）引起的公害問題，所以至今不能廣泛普及。CdTe薄膜太陽電池II-VI族半導(dǎo)體化合物太陽能電池中，目前轉(zhuǎn)化效率最高的CdTe薄膜太陽電池背面接觸玻璃CdTeCdSSnO2CdTe薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖

CdTe薄膜太陽電池一般制備在玻璃襯底上，首先沉積一層SnO2薄膜，再沉積一層n型CdS薄膜，最后制備金屬接觸層，形成完整的CdTe薄膜太陽電池。CdTe薄膜太陽電池背面接觸玻璃CdTeC有機(jī)太陽能電池有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池也是目前研究較多的太陽能電池之一。雖然現(xiàn)在其轉(zhuǎn)換效率還不夠高，但由于有機(jī)薄膜制造過程極其簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，易于大面積化，所以有望成為新的一種低成本太陽能電池。

有機(jī)太陽能電池以具有光敏性質(zhì)的有機(jī)物作為半導(dǎo)體的材料，以光伏效應(yīng)產(chǎn)生的電壓形成電流。有機(jī)太陽能電池有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池也是目前研究較多三、薄膜太陽電池制程

三、薄膜太陽電池制程

薄膜太陽電池制程DepositionLineTCOLPCVDLaserScribePINDeposition(CVD)LaserScribeZnO\AlSputteringLaserScribeEncapsulation123456AlEVAGlassZineOxidea-Si：Ha-Si：HTinOxideHeat-StrengthenedGlass12345薄膜太陽電池制程DepositionLineTCOLPC

鐳射：IRLASER:10W及GREEN(LASER:250~500mW)

鐳射主要用途：玻璃先鍍上TCO薄膜，用IRLASER劃線絕緣，再鍍上鋁后用

GREENLASER移除鋁，但不能傷到TCO薄膜及玻璃的部份。ThinFilmSolarCellsGlassSubstrateAbsorberBack-ContactFront-Contact(TCO)ThinFilmSolarCellsGlassSu四、生產(chǎn)廠家介紹

四、生產(chǎn)廠家介紹

設(shè)備廠家資料分類名稱產(chǎn)能（MW）占地面積（m2）人員配備（人）組件尺寸（m2）大尺寸設(shè)備商Oerlikon206,0001301.1×1.3AMAT4020,0001202.2×2.6ULVAC2525,0001501.1×1.4XsunX25無資料無資料1.0×1.6小尺寸設(shè)備商N(yùn)anoPV52,5001201.397×0.635華基光電53,3001001.245×0.635北儀創(chuàng)新54,000無資料1.245×0.635EnergSolar57,900801.245×0.635EPV512,0001201.245×0.635思博露524,0001701.252×0.642普樂525,0001101.245×0.635設(shè)備廠家資料分類名稱產(chǎn)能（MW）占地面積（m2）人員配備組件廠家資料所屬地區(qū)設(shè)備商公司名稱電池類型中國(guó)大陸普樂普樂a-SiAMAT新奧a-SiOerlikon正泰a-Si/μc-SiEPVZuKinga-SiULVAC杜邦a-SiAMAT尚德a-SiEPV津能a-Si/a-SiOerlikon天威a-SiEPV慈能a-SiXsunX強(qiáng)生a-SiAMAT百事德a-Si/μc-Si自制拓日a-Si/a-SiEPV鈞石a-Si/a-Si國(guó)電a-SiEPV中玻a-Si/a-Si所屬地區(qū)設(shè)備商公司名稱電池類型美洲FirstsolarCdS/CdTeTerraa-SiEPVEPVsolara-Si歐洲AMATSunfilma-Si/μc-SiOerlikonInventuxa-Si/μc-SiOerlikonSCHOTTa-Si/a-SiEPVHELIODOMIa-SiEnergoHelioGrida-Si/a-SiOerlikonErsola-Si印度AMATMoserBaera-Si韓國(guó)GETWATTa-Si日本MITa-Si/μc-SiKanekaa-Si臺(tái)灣地區(qū)ULVAC聯(lián)相a-SiNanoPV大億a-SiOerlikon富陽a-Si/μc-SiEPV鑫笙a-Si組件廠家資料所屬設(shè)備商公司電池類型普樂普樂a-SiAMAT新Thankyou美國(guó)發(fā)現(xiàn)科學(xué)中心房型光伏系統(tǒng)日本Sanyo太陽光電公司–運(yùn)用簡(jiǎn)單的建筑意象設(shè)計(jì)，以圣經(jīng)上的「諾亞方舟」神話，完美的表達(dá)太陽光電于能源秏竭危機(jī)中所扮演的任務(wù)及角色?Thankyou美國(guó)發(fā)現(xiàn)科學(xué)中心房型光伏系統(tǒng)日本Sany踏實(shí)，奮斗，堅(jiān)持，專業(yè)，努力成就未來。12月-2212月-22Thursday,December29,2022弄虛作假要不得，踏實(shí)肯干第一名。23:00:2623:00:2623:0012/29/202211:00:26PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2223:00:2623:00Dec-2229-Dec-22重于泰山，輕于鴻毛。23:00:2623:00:2623:00Thursday,December29,2022不可麻痹大意，要防微杜漸。12月-2212月-2223:00:2623:00:26December29,2022加強(qiáng)自身建設(shè)，增強(qiáng)個(gè)人的休養(yǎng)。2022年12月29日11:00下午12月-2212月-22追求卓越，讓自己更好，向上而生。29十二月202211:00:26下午23:00:2612月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月2211:00下午12月-2223:00December29,2022重規(guī)矩，嚴(yán)要求，少危險(xiǎn)。2022/12/2923:00:2623:00:2629December2022好的事情馬上就會(huì)到來，一切都是最好的安排。11:00:26下午11:00下午23:00:2612月-22每天都是美好的一天，新的一天開啟。12月-2212月-2223:0023:00:2623:00:26Dec-22務(wù)實(shí)，奮斗，成就，成功。2022/12/2923:00:26Thursday,December29,2022抓住每一次機(jī)會(huì)不能輕易流失，這樣我們才能真正強(qiáng)大。12月-222022/12/2923:00:2612月-22謝謝大家！踏實(shí)，奮斗，堅(jiān)持，專業(yè)，努力成就未來。12月-2212月-239薄膜太陽能電池知識(shí)培訓(xùn)薄膜太陽能電池知識(shí)培訓(xùn)Outline一、太陽電池原理二、薄膜太陽電池分類三、薄膜太陽電池制程四、生產(chǎn)廠商簡(jiǎn)介Outline一、太陽電池原理一、太陽電池原理

一、太陽電池原理

電子能級(jí)圖E1E2E3晶體中電子的運(yùn)動(dòng)情況能級(jí)電子處于一系列的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，稱為量子態(tài)。每個(gè)量子態(tài)中，電子的能量是一定的，稱為能級(jí)。靠近原子核的能級(jí)，電子受束縛強(qiáng)，能級(jí)低，反之，能級(jí)高。電子只能在這些分裂的能級(jí)間躍遷，從低能級(jí)躍遷至高能級(jí)時(shí)，電子要吸收能量，反之，電子要放出能量。電子能級(jí)圖E1E2E3晶體中電子的運(yùn)動(dòng)情況能級(jí)電子處于一系列43晶體能帶的形成原子軌道原子能級(jí)原子能帶禁帶禁帶允帶允帶允帶能帶的形成當(dāng)原子排列成晶體時(shí)，電子除受到自身勢(shì)場(chǎng)外，還受到其他原子勢(shì)場(chǎng)作用，能級(jí)發(fā)生分裂，分裂能級(jí)總數(shù)很大，將構(gòu)成能量相近的能帶。在能量低的能帶中填滿了電子，這些能帶稱為滿帶；能量最高的能帶，往往是半空或全空的，電子沒有填滿，稱為導(dǎo)帶（導(dǎo)帶底能量為Ec）；導(dǎo)帶下的那個(gè)滿帶，其電子可能躍遷到導(dǎo)帶，稱為價(jià)帶（價(jià)帶頂能量為Ev）；兩者之間電子不能運(yùn)動(dòng)的區(qū)域稱為禁帶。晶體能帶的形成原子軌道原子能級(jí)原子能帶禁帶禁帶允帶允帶允帶能44費(fèi)米能級(jí)假設(shè)把體系內(nèi)所有電子按能量由低到高逐個(gè)占據(jù)能帶中各個(gè)能級(jí)，則最后一個(gè)電子占據(jù)的那個(gè)能級(jí)即為費(fèi)米能級(jí)。物理意義：電子占據(jù)的概率為1/2的能級(jí)稱為費(fèi)米能級(jí)。只要知道了它的數(shù)值，在一定溫度下，電子在各量子態(tài)上的統(tǒng)計(jì)分布就完全確定了。處于熱平衡狀態(tài)下的電子系統(tǒng)有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)。

也就是說，在溫度0K時(shí)，費(fèi)米能以下，填滿電子，費(fèi)米能以上，沒有電子。費(fèi)米能級(jí)假設(shè)把體系內(nèi)所有電子按能量由低到高逐個(gè)占據(jù)能帶中各個(gè)

半導(dǎo)體固體材料按照導(dǎo)電性能可以分為絕緣體、導(dǎo)體和半導(dǎo)體。絕緣體ρ≥1010Ω?cm如玻璃、水泥、干燥的木頭等。導(dǎo)體ρ≤10-5Ω?cm如金、銀、銅、鋁等金屬。半導(dǎo)體10-5Ω?cm≤ρ≤108Ω?cm如硅、鍺、砷化鎵等等。半導(dǎo)體材料的電阻率對(duì)溫度、光照、磁場(chǎng)、壓力、濕度、雜質(zhì)濃度等因素非常敏感，能夠制成發(fā)光、光電、磁敏、壓敏、氣敏、濕敏、熱電轉(zhuǎn)換等器件，因此用途廣泛。木頭銅線硅半導(dǎo)體木頭銅線硅46電導(dǎo)率取決于能帶結(jié)構(gòu)和導(dǎo)帶電子的性質(zhì)。金屬材料的導(dǎo)帶和價(jià)帶是重合的，中間沒有禁帶，因此，在價(jià)帶中存在大量的自由電子，導(dǎo)電能力很強(qiáng)。絕緣體材料的導(dǎo)帶是空的，沒有自由電子，而且禁帶的寬度很寬，價(jià)帶的電子不可能穿過禁帶躍遷到導(dǎo)帶上，導(dǎo)帶中始終沒有自由電子，所以，絕緣體材料不導(dǎo)電。半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中沒有自由電子，但在一定得條件下，價(jià)帶的電子可以躍遷到導(dǎo)帶上，在價(jià)帶中留下空穴，電子和空穴同時(shí)導(dǎo)電。因此，半導(dǎo)體材料的禁帶寬度是一個(gè)決定電學(xué)和光學(xué)性能的重要參數(shù)。絕緣體、導(dǎo)體和半導(dǎo)體能帶示意圖重要太陽能半導(dǎo)體材料的禁帶寬度電導(dǎo)率的能帶解釋絕緣體、導(dǎo)體和半導(dǎo)體能帶示意圖重要太陽能半導(dǎo)體材料的禁帶寬度半導(dǎo)體分類本征半導(dǎo)體

沒有摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料，電子和空穴的濃度相等。N型半導(dǎo)體

在半導(dǎo)體材料中摻入了某種雜質(zhì)(P)，使得電子濃度大于空穴濃度，稱其為N型半導(dǎo)體，此時(shí)電子稱為多數(shù)載流子，空穴稱為少數(shù)載流子。相應(yīng)的雜質(zhì)被稱為N型摻雜劑（施主雜質(zhì)）P型半導(dǎo)體

在超高純的半導(dǎo)體材料中摻入了某種雜質(zhì)(B)，使得空穴濃度大于電子濃度，稱其為P型半導(dǎo)體，此時(shí)空穴稱為多數(shù)載流子，電子稱為少數(shù)載流子。相應(yīng)雜質(zhì)稱為P型摻雜劑（受主雜質(zhì)）半導(dǎo)體分類本征半導(dǎo)體

半導(dǎo)體分類本征半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中線附近N型半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)靠近導(dǎo)帶P型半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)靠近價(jià)帶EcEFEv本征半導(dǎo)體EcEFEvN型半導(dǎo)體EcEFEvP型半導(dǎo)體半導(dǎo)體分類本征半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中線附近N型半導(dǎo)體半導(dǎo)體分類N型半導(dǎo)體中靠近導(dǎo)帶底部處存在施主能級(jí)，雜質(zhì)電離時(shí)，施主能級(jí)上的電子獲得能量ΔED，躍遷進(jìn)入導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)，形成固定不動(dòng)的正電中心。P型半導(dǎo)體中靠近價(jià)帶頂部處存在受主能級(jí)，雜質(zhì)電離時(shí)，受主能級(jí)上的空穴獲得能量ΔEA，躍遷進(jìn)入價(jià)帶，成為導(dǎo)電空穴，同時(shí)，形成固定不動(dòng)的負(fù)電中心。EgΔED++++EcEDEvEgΔEA---EcEAEv半導(dǎo)體分類N型半導(dǎo)體中靠近導(dǎo)帶底部處存在施主能級(jí)，雜質(zhì)電離時(shí)P-N結(jié)熱平衡狀態(tài)形成過程內(nèi)建電場(chǎng)形成擴(kuò)散漂移平衡態(tài)多子濃度降低濃度梯度存在內(nèi)建電場(chǎng)擴(kuò)散和漂移共存PNPNPNPN半導(dǎo)體獨(dú)立存在時(shí)，都是電中性的。將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，在其二者的接觸面上就形成PN結(jié)。平衡時(shí)，產(chǎn)生的空穴-電子對(duì)和復(fù)合的空穴-電子對(duì)數(shù)目相同。電子空穴平衡時(shí)，產(chǎn)生的空穴-電子對(duì)和復(fù)合的空穴-電子對(duì)數(shù)目相同。P-N結(jié)熱平衡狀態(tài)形成過程內(nèi)建電場(chǎng)形成擴(kuò)散漂移平衡態(tài)多子濃度51

熱平衡下的PN結(jié)

在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，載流子作漂移運(yùn)動(dòng)。相同載流子漂移與擴(kuò)散方向相反。在無外加電壓的情況下，載流子的擴(kuò)散和漂移最終將達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。稱這種情況為熱平衡狀態(tài)下的PN結(jié)。EcEFEvEvEFEc電子漂移空穴漂移電子擴(kuò)散空穴擴(kuò)散p-n結(jié)能帶圖EcEFEvN型半導(dǎo)體EcEFEvP型半導(dǎo)體熱平衡下的PN結(jié)在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，載流子作漂移運(yùn)太陽能電池原理光伏效應(yīng)當(dāng)P-N結(jié)受光照時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光生載流子，在內(nèi)建電場(chǎng)作用下，光生電子被拉向N區(qū)，光生空穴被拉向P區(qū)，產(chǎn)生光生電勢(shì)。如果將PN結(jié)與外電路相連，則電路中出現(xiàn)電流，稱為光生伏特效應(yīng)，是太陽能光電池的基本原理。但能引起光伏效應(yīng)的只能是本征吸收所激發(fā)的少數(shù)載流子。因P區(qū)產(chǎn)生的光生空穴，N區(qū)產(chǎn)生的光生電子屬多子，都被勢(shì)壘阻擋而不能過結(jié)。只有P區(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對(duì)（少子）擴(kuò)散到結(jié)電場(chǎng)附近時(shí)能在內(nèi)建電場(chǎng)作用下漂移過結(jié)。

太陽能電池原理光伏效應(yīng)

非晶硅薄膜電池非晶硅重參雜缺陷太多，光生載流子大部分被復(fù)合，壽命很短，對(duì)發(fā)電貢獻(xiàn)太少；輕參雜費(fèi)米級(jí)移動(dòng)太小，能帶彎曲小,開路電壓受限。因此非晶硅電池采用的結(jié)構(gòu)與晶硅不同，添加了有源集電區(qū)I層。

EcEFEvEvEFEc電子漂移空穴漂移電子擴(kuò)散空穴擴(kuò)散p-n結(jié)能帶圖非晶硅薄膜電池非晶硅重參雜缺陷太多，光生載

非晶硅薄膜電池P層采用SiC異質(zhì)結(jié)，SiC異質(zhì)結(jié)的禁帶寬度很大，通過窗口作用提高透光率，使到達(dá)I層的可用光子增多，同時(shí)提高了開路電壓。

非晶硅薄膜電池P層采用SiC異質(zhì)結(jié)，S

太陽能電池參數(shù)I=Is[exp(qV/kT)-1]-IL開路情況：I=0得（與內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)應(yīng)）短路情況：短路電流等于光生電流ISC=IL太陽能電池參數(shù)I=Is太陽能電池參數(shù)太陽能電池參數(shù)太陽能電池參數(shù)最大輸出功率：最佳工作點(diǎn)，該點(diǎn)的電壓和電流分別稱為最佳工作電壓Vop和最佳工作電流Iop電壓為0時(shí)，電流最大，稱為短路電流；電流為0是時(shí)，電壓最大，稱為開路電壓。填充因子：轉(zhuǎn)換效率：最大輸出功率與入射功率之比。太陽能電池參數(shù)最大輸出功率：最佳工作點(diǎn)，該點(diǎn)的電壓和電流分別太陽能電池參數(shù)

由伏安特性曲線上能夠看出，最大輸出功率是與開路電壓和光生電流（短路電流）有關(guān)的（矩形面積），因此可以通過提高二者的值來提高電池性能。太陽能電池參數(shù)由伏安特性曲線上能夠看出，最大輸出功

太陽能電池參數(shù)

要提高光生電流就要減小禁帶寬度，激發(fā)更多電子，但是問題是高能光子激發(fā)電子后剩余能量轉(zhuǎn)換為熱能，對(duì)電池性能產(chǎn)生負(fù)面影響。要提高開路電壓就要提高光生電流和反響飽和電流的比值，增大禁帶寬度可以減小反向飽和電流，但是同時(shí)也減少了光生電流。太陽能電池參數(shù)要提高光生電流就要減

太陽能電池等效電路

實(shí)際上，p-n結(jié)太陽能電池存在著Rs和Rsh的影響。其中，Rs是由材料體電阻、薄層電阻、電極接觸電阻及電極本身傳導(dǎo)電流的電阻所構(gòu)成的總串聯(lián)電阻。Rsh是在p-n結(jié)形成的不完全的部分所導(dǎo)致的漏電阻及電池邊緣的漏電阻，稱為旁路電阻或漏電電阻。太陽能電池等效電路實(shí)際上，二、薄膜太陽電池分類

二、薄膜太陽電池分類

薄膜太陽能電池分類薄膜太陽能電池分類薄膜太陽能電池知識(shí)培訓(xùn)課件在化合物半導(dǎo)體中，研究最多的是III-V族的GaAs太陽能電池。由于其帶隙比Si大，具有與太陽光光譜相當(dāng)一致的光譜特性，因而從光譜響應(yīng)角度來說，更適合做太陽能電池，目前，在所有太陽能電池中，GaAs太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率最高。砷化鎵薄膜太陽電池在化合物半導(dǎo)體中，研究最多的是III-V族的GaAs太陽砷化鎵薄膜太陽電池

在制備GaAs太陽電池時(shí)，一般在N型GaAs襯底上首先生長(zhǎng)0.5um左右的N型GaAs緩沖層，再生長(zhǎng)N型AlGaAs作為背電場(chǎng)，在此基礎(chǔ)上生長(zhǎng)N型GaAs作為基底層，然后生長(zhǎng)0.5um左右的P型GaAs作為發(fā)射層，再利用一層P型AlGaAs薄膜作為窗口層，便組成了單結(jié)GaAs薄膜太陽電池。砷化鎵薄膜太陽電池在制備GaAs太陽電池時(shí)，一般在N型CuInSe2薄膜太陽電池玻璃襯底

Mo導(dǎo)電膜CuInSe2CdSSiO2減反射層Al電極典型的CuInSe2單結(jié)薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖

CuInSe2薄膜太陽電池是由以玻璃或氧化鋁作為襯底，以Mo薄膜作為導(dǎo)電層，以厚度約為2um的N型CdS薄膜作為窗口層，和P型CuInSe2薄膜材料組成的。另外，為了增加光的入射率，在電池表面制備一層SiO2或MgF2作為減反射層，最后，電池利用梳齒狀鍍鋁層作為電極。CuInSe2薄膜太陽電池玻璃襯底II-VI族半導(dǎo)體化合物太陽能電池中，目前轉(zhuǎn)化效率最高的是n型硫化鎘（CdS）和p型碲化鎘（CdTe）組成的太陽能電池。這種電池的優(yōu)點(diǎn)是從pn結(jié)到電極全部可以用絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)制成，方法簡(jiǎn)單，成本低，轉(zhuǎn)化效率可達(dá)13%左右，但同其他許多化合物太陽能電池一樣，有（鎘）引起的公害問題，所以至今不能廣泛普及。CdTe薄膜太陽電池II-VI族半導(dǎo)體化合物太陽能電池中，目前轉(zhuǎn)化效率最高的CdTe薄膜太陽電池背面接觸玻璃CdTeCdSSnO2CdTe薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖

CdTe薄膜太陽電池一般制備在玻璃襯底上，首先沉積一層SnO2薄膜，再沉積一層n型CdS薄膜，最后制備金屬接觸層，形成完整的CdTe薄膜太陽電池。CdTe薄膜太陽電池背面接觸玻璃CdTeC有機(jī)太陽能電池有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池也是目前研究較多的太陽能電池之一。雖然現(xiàn)在其轉(zhuǎn)換效率還不夠高，但由于有機(jī)薄膜制造過程極其簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，易于大面積化，所以有望成為新的一種低成本太陽能電池。

有機(jī)太陽能電池以具有光敏性質(zhì)的有機(jī)物作為半導(dǎo)體的材料，以光伏效應(yīng)產(chǎn)生的電壓形成電流。有機(jī)太陽能電池有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池也是目前研究較多三、薄膜太陽電池制程

三、薄膜太陽電池制程

薄膜太陽電池制程DepositionLineTCOLPCVDLaserScribePINDeposition(CVD)LaserScribeZnO\AlSputteringLaserScribeEncapsulation123456AlEVAGlassZineOxidea-Si：Ha-Si：HTinOxideHeat-StrengthenedGlass12345薄膜太陽電池制程DepositionLineTCOLPC

鐳射：IRLASER:10W及GREEN(LASER:250~500mW)

鐳射主要用途：玻璃先鍍上TCO薄膜，用IRLASER劃線絕緣，再鍍上鋁后用

GREENLASER移除鋁，但不能傷到TCO薄膜及玻璃的部份。ThinFilmSolarCellsGlassSubstrateAbsorberBack-ContactFront-Contact(TCO)ThinFilmSolarCellsGlassSu四、生產(chǎn)廠家介紹

四、生產(chǎn)廠家介紹

設(shè)備廠家資料分類名稱產(chǎn)能（MW）占地面積（m2）人員配備（人）組件尺寸（m2）大尺寸設(shè)備商Oerlikon206,0001301.1×1.3AMAT4020,0001202.2×2.6ULVAC2525,0001501.1×1.4XsunX25無資料無資料1.0×1.6小尺寸設(shè)備商N(yùn)anoPV52,5001201.397×0.635華基光電53,3001001.245×0.635北儀創(chuàng)新54,000無資料1.245×0.635EnergSolar57,900801.245×0.635EPV512,0001201.245×0.635思博露524,0001701.252×0.642普樂525,0001101.245×0.635設(shè)備廠家資料分類名稱產(chǎn)能（MW）占地面積（m2）人員配備組件廠家資料所屬地區(qū)設(shè)備商公司名稱電池類型中國(guó)大陸普樂普樂a-SiAMAT新奧a-SiOe