太陽能電池制造工藝課程課件

太陽能電池制造工藝主要內(nèi)容硅太陽能電池工作原理太陽能電池硅材料硅太陽能電池制造工藝4.提高太陽能電池效率的途經(jīng)5.高效太陽能電池材料6.高效太陽能電池結(jié)構(gòu)一、硅太陽能電池工作原理

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(lǐng)域，是其中最受矚目的項(xiàng)目之一。

制作太陽能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生內(nèi)光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅基太陽能電池和薄膜電池，本章主要講硅基太陽能電池。太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)如下：圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。

1．硅太陽能電池工作原理與結(jié)構(gòu)

當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時(shí)，硅晶體中就會(huì)存在著一個(gè)空穴，它的形成可以參照下圖：

圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因?yàn)榕鹪又車挥?個(gè)電子，所以就會(huì)產(chǎn)生入圖所示的藍(lán)色的空穴，這個(gè)空穴因?yàn)闆]有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成P型半導(dǎo)體。

同樣，摻入磷原子以后，因?yàn)榱自佑形鍌€(gè)電子，所以就會(huì)有一個(gè)電子變得非?；钴S，形成N型半導(dǎo)體。黃色的為磷原子核，紅色的為多余的電子。如下圖。

當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體材料結(jié)合時(shí)，P型（N型）材料中的空穴（電子）向N型（P型）材料這邊擴(kuò)散，擴(kuò)散的結(jié)果使得結(jié)合區(qū)形成一個(gè)勢(shì)壘，由此而產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)將阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)兩者達(dá)到平衡時(shí)，在PN結(jié)兩側(cè)形成一個(gè)耗盡區(qū)。PN結(jié)的形成及工作原理

零偏負(fù)偏正偏

當(dāng)PN結(jié)反偏時(shí)，外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向一致，耗盡區(qū)在外電場(chǎng)作用下變寬，使勢(shì)壘加強(qiáng)；當(dāng)PN結(jié)正偏時(shí)，外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，耗盡區(qū)在外加電場(chǎng)作用下變窄，勢(shì)壘削弱。當(dāng)光電池用作光電轉(zhuǎn)換器時(shí)，必須處于零偏或反偏狀態(tài)。

硅光電池是一個(gè)大面積的光電二極管，它可把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)有光照時(shí)，入射光子將把處于介帶中的束縛電子激發(fā)到導(dǎo)帶(光生伏特效應(yīng)），激發(fā)出的電子空穴對(duì)在內(nèi)電場(chǎng)作用下分別漂移到N型區(qū)和P型區(qū)，當(dāng)在PN結(jié)兩端加負(fù)載時(shí)就有一光生電流流過負(fù)載。光電池結(jié)構(gòu)示意圖半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)

當(dāng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，光子將能量提供給電子，電子將躍遷到更高的能態(tài)，在這些電子中，作為實(shí)際使用的光電器件里可利用的電子有：

（1）價(jià)帶電子；（2）自由電子或空穴（FreeCarrier）；（3）存在于雜質(zhì)能級(jí)上的電子。

太陽電池可利用的電子主要是價(jià)帶電子。由價(jià)帶電子得到光的能量躍遷到導(dǎo)帶的過程決定的光的吸收稱為本征或固有吸收。

太陽電池是將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的器件。它的基本構(gòu)造是由半導(dǎo)體的PN結(jié)組成。此外，異質(zhì)結(jié)、肖特基勢(shì)壘等也可以得到較好的光電轉(zhuǎn)換效率。

太陽電池能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是結(jié)的光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射到p－n結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，在半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)附近生成的載流子沒有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場(chǎng)的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲(chǔ)存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。它們?cè)趐n結(jié)附近形成與勢(shì)壘方向相反的光生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)除了部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)的作用外，還使p區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這就是光生伏特效應(yīng)。此時(shí)，如果將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過，這個(gè)電流稱作短路電流；若將PN結(jié)兩端開路，則由于電子和空穴分別流入N區(qū)和P區(qū)，使N區(qū)的費(fèi)米能級(jí)比P區(qū)的費(fèi)米能級(jí)高，在這兩個(gè)費(fèi)米能級(jí)之間就產(chǎn)生了電位差VOC。可以測(cè)得這個(gè)值，并稱為開路電壓。由于此時(shí)結(jié)處于正向偏置，因此，上述短路光電流和二極管的正向電流相等，并由此可以決定VOC的值。光生伏特效應(yīng)

當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動(dòng)，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動(dòng)，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源。硅太陽能電池結(jié)構(gòu)

另外硅表面非常光亮，會(huì)反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護(hù)膜（如圖），實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)基本都是用化學(xué)氣相沉積沉積一層氮化硅膜，厚度在1000埃左右。將反射損失減小到5％甚至更小。一個(gè)電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池（通常是36個(gè)）并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽能光電板。

由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過p－n結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動(dòng)，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p－n結(jié)（如圖梳狀電極），以增加入射光的面積。

梳狀電極和抗反膜

二．太陽能電池的硅材料

通常的晶體硅太陽能電池是在厚度300～350μm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，將單晶硅棒切成片，一般片厚約0.4～0.45毫米。硅片經(jīng)過切、拋、磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。太陽能硅的雜質(zhì)濃度較高，一般要求5個(gè)9的純度（99.999％），比集成電路用的單晶硅（純度要求7－8個(gè)9）要求低得多。太陽能硅常用0.3~2Ω?cm的P型（100）單晶硅片。

制造太陽電池片，首先要對(duì)經(jīng)過清洗的硅片，在高溫石英管擴(kuò)散爐對(duì)硅片表面作擴(kuò)散摻雜，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。目的是在硅片上形成P/N結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷法，用精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂覆減反射膜，單晶硅太陽電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過檢測(cè)，即可按所需要的規(guī)格組裝成太陽電池組件（太陽電池板），用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。最后用框架和裝材料進(jìn)行封裝，組成各種大小不同太陽電池陣列。目前大規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為14～15％左右，實(shí)驗(yàn)室成果也有20％以上的。常州天和光能和無錫尚德的轉(zhuǎn)換效率在14.5％，常州盛世太陽能公司有90％可做到16.2％以上。三、硅太陽能電池制造工藝

硅太陽能電池制造工藝硅太陽能電池制造工藝主要包括：1.去除損傷層

2.表面絨面化

3.發(fā)射區(qū)擴(kuò)散4.邊緣結(jié)刻蝕

5.PECDV沉積SiN

6.絲網(wǎng)印刷正背面電極漿料

7.共燒形成金屬接觸

8.電池片測(cè)試。表面絨面化

由于硅片用P型（100）硅片，可利用氫氧化鈉溶液對(duì)單晶硅片進(jìn)行各向異性腐蝕的特點(diǎn)來制備絨面。當(dāng)各向異性因子>10時(shí)（所謂各向異性因子就是（100）面與（111）面單晶硅腐蝕速率之比），可以得到整齊均勻的金字塔形的角錐體組成的絨面。絨面具有受光面積大，反射率低的特點(diǎn)。可提高單晶硅太陽電池的短路電流，從而提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。金字塔形角錐體的表面積S0等于四個(gè)邊長為a正三角形S之和

由此可見有絨面的受光面積比光面提高了倍即1.732倍。絨面受光面積

當(dāng)一束強(qiáng)度為E0的光投射到圖中的A點(diǎn)，產(chǎn)生反射光Φ1和進(jìn)入硅中的折射光Φ2。反射光Φ1可以繼續(xù)投射到另一方錐的B點(diǎn)，產(chǎn)生二次反射光Φ3和進(jìn)入半導(dǎo)體的折射光Φ4；而對(duì)光面電池就不產(chǎn)生這第二次的入射。經(jīng)計(jì)算可知還有11%的二次反射光可能進(jìn)行第三次反射和折射，由此可算得絨面的反射率為9.04%。絨面反射率由于三原始三硅片三采用P型硅三，發(fā)三射區(qū)三擴(kuò)散三一般三采用三三氯三氧磷三氣體三攜帶三源方三式，三這個(gè)三工藝三的特三點(diǎn)是三生產(chǎn)三高，三有利三于降三低成三本。三目前三大型三的太三陽能三廠家三一般三用8吋硅三片擴(kuò)三散爐三、石三英管三口徑三達(dá)27三0m三m，可三以擴(kuò)三散15三6×三15三6（mm）的三硅片三。由于三石英三管口三徑大三，恒三溫區(qū)三長，三提高三了擴(kuò)三散薄三層電三阻均三勻性三；因三為采三用磷三擴(kuò)散三，可三以實(shí)三現(xiàn)高三濃度三的摻三雜，三有利三于降三低太三陽電三池的三串聯(lián)三電阻Rs，從三而了三提高三太陽三電池三填充三因子FF。擴(kuò)三散條三件為88三0oC，10分，三得到三的P-三N結(jié)深三約0.三15m。發(fā)射三區(qū)擴(kuò)三散Si三N鈍化三與AP三CV三D淀積Ti三O2先期三的地三面用三高效三單晶三硅太三陽電三池一三般采三用鈍三化發(fā)三射區(qū)三太陽三電池(P三ES三C)工藝三。擴(kuò)三散后三，在三去除三磷硅三玻璃三的硅三片上,熱氧三化生三長一三層10三nm三~2三5n三m厚Si三O2,使表三面層三非晶三化,改變?nèi)吮砣鎸尤柙觾r(jià)三鍵失三配情三況,使表三面趨三于穩(wěn)三定,這樣三減少三了發(fā)三射區(qū)三表面三復(fù)合,提高三了太三陽電三池對(duì)三藍(lán)光三的響三應(yīng),同時(shí)三也增三加了三短路三電流三密度Js三c,由于三減少三了發(fā)三射區(qū)三表面三復(fù)合,這樣三也就三減少三了反三向飽三和電三流密三度,從而三提高三了太三陽電三池開三路電三壓Vo三c。還三有如三果沒三有這三層Si三N,直接三淀積Ti三O2薄膜,硅表三面會(huì)三出現(xiàn)三陷阱三型的三滯后三現(xiàn)象三導(dǎo)致三太陽三電池三短路三電流三衰減,一般三會(huì)衰三減8%左右,從而三降低三光電三轉(zhuǎn)換三效率三。故三要先三生長Si三N鈍化三再生三長Ti三O2減反三射膜三。Ti三O2減反三射膜三是用AP三CV三D設(shè)備三生長三的,它通三過鈦三酸異三丙脂三與純?nèi)a(chǎn)三生水三解反三應(yīng)來三生長Ti三O2薄膜三。多晶三硅太三陽電三池廣三泛使三用PE三CV三D淀積Si三N,由于PE三CV三D淀積Si三N時(shí),不光三是生三長Si三N作為三減反三射膜,同時(shí)三生成三了大三量的三原子三氫,這些三氫原三子能三對(duì)多三晶硅三片具三有表三面鈍三化和三體鈍三化的三雙重三作用,可用三于大三批量三生產(chǎn)三高效三多晶三硅太三陽電三池,為上三世紀(jì)三末多三晶硅三太陽三電池三的產(chǎn)三量超三過單三晶硅三太陽三電池三立下三汗馬三功勞三。隨三著PE三CV三D在多三晶硅三太陽三電池三成功,引起三人們?nèi)龑E三CV三D用于三單晶三硅太三陽電三池作三表面三鈍化三的愿三望。三由于三生成三的氮三化硅三薄膜三含有三大量三的氫,可以三很好三的鈍三化硅三中的三表面三懸掛三鍵，三從而三提高三了載三流子三遷移三率，三一般三要提三高20三%左右三，同三時(shí)由三于Si三N薄膜三對(duì)單三晶硅三表面三有非三常明三顯的三鈍化三作用三。經(jīng)三驗(yàn)顯三示，三用PE三CV三DSi三N作為三減反三膜的三單晶三硅太三陽電三池效三率高三于傳三統(tǒng)的AP三CV三D三Ti三O2作減三反膜三單晶三硅太三陽電三池。Si三N減反三膜的三厚度三約75nm，折三射率三可高三到2.三1（富三硅）三。PE三CV三D淀積Si三N晶體三硅太三陽電三池要三通過三三次三印刷三金屬三漿料三，傳三統(tǒng)工三藝要三用二三次燒三結(jié)才三能形三成良三好的三帶有三金屬三電極三歐姆三接觸三，共燒三工藝三只需三一次三燒結(jié)三，同三時(shí)形三成上三下電三極的三歐姆三接觸三，是三高效三晶體三硅太三陽能三電池三的一三項(xiàng)重三要關(guān)三鍵工三藝。該三工藝三的基三礎(chǔ)理三論來三自合三金法三制P-三N結(jié)工三藝。三當(dāng)電三極金三屬材三料和三半導(dǎo)三體單三晶硅三在溫三度達(dá)三到共三晶溫三度時(shí)三，單三晶硅三原子三按相三圖以三一定三的比三例量三溶入三到熔三融的三合金三電極三材料三。單三晶硅三原子三溶入三到電三極金三屬中三的整三個(gè)過三程相三當(dāng)快三，一三般只三需幾三秒鐘三。溶三入的三單晶三硅原三子數(shù)三目決三定于三合金三溫度三和電三極材三料的三體積三，燒三結(jié)合三金溫三度愈三高，三電極三金屬三材料三體積三愈大三，則三溶入三的硅三原子三數(shù)目三也愈三多，三這時(shí)三狀態(tài)三被稱三為晶三體電三極金三屬的三合金三系統(tǒng)三。如三果此三時(shí)溫三度降三低，三系統(tǒng)三開始三冷卻三，原三先溶三入到三電極三金屬三材料三中的三硅原三子重三新以三固態(tài)三形式三結(jié)晶三出來三，在三金屬三和晶三體接三觸界三面上三生長三出一三層外三延層三。如三果外三延層三內(nèi)含三有足三夠量三的與三原先三晶體三材料三導(dǎo)電三類型三相同三雜質(zhì)三成份三，就三獲得三了用三合金三法工三藝形三成的三歐姆三接觸三；如三果再三結(jié)晶三層內(nèi)三含有三足夠三量的三與原三先晶三體材三料導(dǎo)三電類三型異三型的三雜質(zhì)三成份三，這三就獲三得了三用合三金法三工藝三形成P-三N結(jié)。共燒三形成三金屬三接觸銀槳三、銀三鋁槳三、鋁三槳印三刷過三的硅三片，三通過三烘干三，使三有機(jī)三溶劑三完全三揮發(fā)三，膜三層收三縮成三為固三狀物三緊密三粘附三在硅三片上三，這三時(shí)，三可視三為金三屬電三極材三料層三和硅三片接三觸在三一起三。所三謂共三燒工三藝顯三然是三采用三銀－三硅的三共晶三溫度三，同三時(shí)在三幾秒三鐘內(nèi)三單晶三硅原三子溶三入到三金屬三電極三材料三里，三之后三又幾三乎同三時(shí)冷三卻形三成再三結(jié)晶三層，三這個(gè)三再結(jié)三晶層三是較三完美三單晶三硅的三晶格三點(diǎn)陣三結(jié)構(gòu)三。只三經(jīng)過三一次三燒結(jié)三鈍化三的表三面層三，氫三原子三的外三釋是三有限三的，三共燒三保障三了氫三原子三大量三存在三，填三充因三子較三高，三沒有三必要三引入三氮?dú)淙姹喝に嚾‵G三S）。電池三片測(cè)三試主要三測(cè)試三太陽三電池三的基三本特三性：開路三電壓VOC、短三路電三流ISC、填三充因三子FF、能三量轉(zhuǎn)三換效三率η。FF為電三池的三填充三因子(F三il三l三Fa三ct三or三),它定三義為三電池三具有三最大三輸出三功率(Pop,)時(shí)的三電流(IOp三t)和電三壓(Vop三t)的乘三積與三電池三的短三路電三流和三開路三電壓三乘積三的比三值，三較三高三的三短三路電三流和三開路三電壓三是產(chǎn)三生較三高能三量轉(zhuǎn)三換效三率的三基礎(chǔ)三。如三果兩三個(gè)電三池的三短路三電流三和開三路電三壓完三全相三同，三制約三其效三率大三小的三參數(shù)三就是三填充三因子三。能量三轉(zhuǎn)換三效率三是光三電池三的最三重要三性能三指標(biāo)三，它三為光三電池三將入三射光三能量三轉(zhuǎn)換三成電三能的三效率三。光電三池的三測(cè)試三電路PN結(jié)兩三端的三電流光電三池處三于零三偏時(shí)三，V＝0，流三過PN結(jié)的三電流I＝－IP；光三電池三處于三反偏三時(shí)，三流過PN結(jié)的三電流I＝－IP-三Is，當(dāng)三光電三池用三作光三電轉(zhuǎn)三換器三時(shí)，三必須三處于三零偏三或反三偏狀三態(tài)。光電三流IP與輸三出光三功率Pi之間三的關(guān)三系：R為響三應(yīng)率三，R值隨三入射三光波三長的三不同三而變?nèi)龑?duì)不三同材三料制三作的三光電三池R值分三別在三短波三長和三長波三長處三存在三一截三止波三長。光電三池的三伏安三特性下圖三顯示三了光三電池三的典三型I-三V曲線三。Pm為最三大功三率點(diǎn)三。它三的確三定可三用從三光電三池I-三V曲線三上任三意點(diǎn)三向縱三、橫三坐標(biāo)三引垂三線，三垂線三與坐三標(biāo)軸三保衛(wèi)三面積三最大三的點(diǎn)三即為Pm。根據(jù)三該特三性曲三線可三以確三定光三電池三的開路三電壓三、短三路電三流。太陽三電池三的短三路電三流等三于其三光生三電流三。決三定短三路電三流的三因素三很多三，分三析短三路電三流的三最方三便的三方法三是將三太陽三光譜三劃分三成許三多段三，每三一段三只有三很窄三的波三長范三圍，三并找三出每三一段三光譜三所對(duì)三應(yīng)的三電流三，電三池的三總短三路電三流是三全部三光譜三段貢三獻(xiàn)的三總和三。負(fù)載三特性四、三提高三太陽三能電三池效三率的三途經(jīng)在硅三太陽三能電三池的三制造三歷史三中已三經(jīng)采三用過三許多三措施三來提三高太三陽能三電池三的光三電轉(zhuǎn)三換效三率，三并且三隨著三能源三的不三斷消三耗，三高效三太陽三能的三研究三正熱三火朝三天地三進(jìn)行三。主三要針三對(duì)：1.降低三光電三子的三表面三復(fù)合三，如三降低三表面三態(tài)等三；2.降低三入射三光的三表面三反射三，用三多種三太陽三光減三反射三技術(shù)三，如三沉積減反三層、三硅片三表面三織構(gòu)三技術(shù)三、局三部背三表面三場(chǎng)技三術(shù)，三最大三限度地減三少太三陽光三在硅三表面三的反三射；3.電極三低接三觸電三阻和三集成三受光三技術(shù)三，如三激光三刻槽三埋柵三技術(shù)三和表面濃三度擴(kuò)三散技三術(shù)，三使電三極接三觸電三阻低三和增三加硅三表面三受光三面積三。4.降低P-三N結(jié)的三結(jié)深三和漏三電；5.采用三高效三廉價(jià)三光電三轉(zhuǎn)換三材料三；后面三主要三介紹三高效三太陽三能電三池材三料和三結(jié)構(gòu)三。五、三高效三太陽三能電三池材三料1.多晶三硅單晶三硅太三陽能三電池三消耗三的硅三材料三很多三。為三了節(jié)三省材三料，三目前三發(fā)展多晶三硅薄三膜電三池。采三用化學(xué)三氣相三沉積三法，包三括用LP三CV三D和PE三CV三D工藝三制造三多晶三硅薄三膜。三此外三，液三相外三延法三（LP三PE）和三濺射三沉積三法也三可用三來制三備多三晶硅三薄膜三電池三。化學(xué)三氣相三沉積三主要三以Si三H2Cl2、Si三HC三l3、Si三Cl4或Si三H4,為反三應(yīng)氣三體,在一三定的三保護(hù)三氣氛三下反三應(yīng)沉三積在三加熱三的襯三底上三，襯三底材三料一三般選三用Si、Si三O2、Si3N4等。三但在三非硅三襯底三上很三難形三成較三大的三晶粒三，且三容易三在晶三粒間三形成三空隙三。解三決辦三法是先用LP三CV三D在襯三底上三沉積三一層三較薄三的非三晶硅三層，三退火三后得三到較三大的三晶粒三，然三后再三在這三層籽三晶上三沉積三厚的三多晶三硅薄三膜。因三此，三再結(jié)三晶技三術(shù)是三很重三要的三環(huán)節(jié)三，目三前采三用的三技術(shù)三主要三有固三相結(jié)三晶法三和區(qū)三熔再三結(jié)晶三法。三多晶三硅薄三膜電三池除三再結(jié)三晶工三藝外三，采三用單三晶硅三太陽三能電三池的三所有三技術(shù)三，德三國人三用區(qū)三熔再三結(jié)晶三法制三得電三池的三效率三高達(dá)19％，三日本三三菱三同法三制得三得效三率為16三.2％2.非晶三硅薄三膜開發(fā)三太陽三能電三池的三兩個(gè)三關(guān)鍵三是：提高三轉(zhuǎn)換三效率三和降三低成三本。由三于非三晶硅三薄膜三成本三低，三便于三大量三生產(chǎn)三，受三到普三遍重三視并三得到三迅速三發(fā)展三。但非晶三硅光三學(xué)帶三隙為1.三7e三V,對(duì)太三陽輻三射光三譜的三長波三區(qū)域三不敏三感，這三就限三制了三非晶三硅太三陽能三電池三的轉(zhuǎn)三換效三率。三此外三，其光三電效三率會(huì)三隨著三光照三時(shí)間三的延三續(xù)而三衰減，即三光致三衰退S一W效應(yīng)三，使三電池三性能三不穩(wěn)三定。解決三途徑三就是三制備三疊層三太陽三能電三池。疊三層電三池是三由在三制備三的p、i、n層單三結(jié)電三池上三再沉三積一三個(gè)或三多個(gè)P-i-三n子電三池制三得的三。疊三層太三陽能三電池三提高三轉(zhuǎn)換三效率三、解三決單三結(jié)電三池不三穩(wěn)定三性的三關(guān)鍵三問題三在于三：①三它把三不同三禁帶三寬度三的材三科組三臺(tái)在三一起三，提三高了三光譜三的響三應(yīng)范三圍；三②頂三電池三的i層較三薄，三光照三產(chǎn)生三的電三場(chǎng)強(qiáng)三度變?nèi)蝗螅ＷCi層中三的光三生載三流子三抽出三；③三底電三池產(chǎn)三生的三載流三子約三為單三電池三的一三半，三光致三衰退三效應(yīng)三減小三；④三疊層三太陽三能電三池各三子電三池是三串聯(lián)三在一三起的。非晶三硅薄三膜太三陽能三電池三的制三備方三法有三很多三，其三中包三括反三應(yīng)濺三射法三、PE三CV三D法、LP三CV三D法等三，反三應(yīng)原三料氣三體為H2稀釋三的Si三H4，襯三底主三要為三玻璃三及不三銹鋼三片，三制成三的非三晶硅三薄膜三經(jīng)過三不同三的電三池工三藝過三程可三分別三制得三單結(jié)三電池三和疊三層太三陽能三電池三。目三前非三晶硅三太陽三能電三池的三研究三取得三兩大三進(jìn)展三：第三一、三三疊三層結(jié)三構(gòu)非三晶硅三太陽三能電三池轉(zhuǎn)三換效三率達(dá)三到13％，三創(chuàng)下三新的三記錄三；第三二、三三疊三層太三陽能三電池三年生三產(chǎn)能三力達(dá)5M三W。非晶三硅太三陽能三電池三由于三具有三較高三的轉(zhuǎn)三換效三率和三較低三的成三本及三重量三輕等三特點(diǎn)三，有三著極三大的三潛力三。但三同時(shí)三由于三它的三穩(wěn)定三性不三高，三直接三影響三了它三的實(shí)三際應(yīng)三用。三如果三能進(jìn)三一步三解決三穩(wěn)定三性問三題及三提高三轉(zhuǎn)換三率問三題，三那么三，非三晶硅三大陽三能電三池?zé)o三疑是三太陽三能電三池的三主要三發(fā)展三產(chǎn)品三之一三。3.多元三化合三物薄三膜為了三尋找三單晶三硅電三池的三替代三品,人們?nèi)_三發(fā)了三多晶三硅、三非晶三硅薄三膜太三陽能三電池三外，三又不三斷研三制其三它材三料的三太陽三能電三池。三其中三主要三包括三砷化三鎵II三I-三V族化三合物三、硫三化鎘三、硫三化鎘三及銅三錮硒三薄膜三電池三等。三上述三電池三中，三盡管三硫化三鎘、三碲化三鎘多三晶薄三膜電三池的三效率三較非三晶硅三薄膜三太陽三能電三池效三率高三（12－13％）三，成三本較三單晶三硅電三池低三，并三且也三易于三大規(guī)三模生三產(chǎn)，三但由三于鎘三有劇三毒，三會(huì)對(duì)三環(huán)境三造成三嚴(yán)重三的污三染，三因此三，并三不是三晶體三硅太三陽能三電池三最理三想的三替代三。三砷化三鎵II三I-三V族化三合物三及銅三銦硒三薄膜三電池三由于三具有三較高三的轉(zhuǎn)三換效三率受三到人三們的三普遍三重視三。Ga三As屬于II三I-三V族化三合物三半導(dǎo)三體材三料，三其能三隙為1.三4e三V，正三好為三高吸三收率三太陽三光的三值，三因此三，是三很理三想的三電池三材料三。Ga三As等II三I-三V化合三物薄三膜電三池的三制備三主要三采用MO三VP三E和LP三E技術(shù)三，其三中MO三VP三E方法三制備Ga三As薄膜三電池三受襯三底位三錯(cuò)、三反應(yīng)三壓力三、II三I-三V比率三、總?cè)髁咳戎T三多參三數(shù)的三影響三。三除Ga三As外，三其它II三I-三V化合三物如Ga三sb、Ga三In三P等電池三材料三也得三到了三開發(fā)三。19三98年德三國費(fèi)三萊堡三太陽三能系三統(tǒng)研三究所三制得三的Ga三As太陽三能電三池轉(zhuǎn)三換效三率為24三.2％，三首次三制備三的Ga三In三P電池三轉(zhuǎn)換三效率三為14三.7％．三另外三，該三研究三所還三采用三堆疊三結(jié)構(gòu)三制備Ga三As，Ga三sb電池三，該三電池三是將三兩個(gè)三獨(dú)立三的電三池堆三疊在三一起三，Ga三As作為三上電三池，三下電三池用三的是Ga三sb,所得三到的三電池三效率三達(dá)到31三.1％。三銅三銦硒Cu三In三Se2簡(jiǎn)稱CI三S。CI三S材料三的能三隙為1.三le三V，適三于太三陽光三的光三電轉(zhuǎn)三換。三另外三，CI三S薄膜三太陽三電池三不存三在光三致衰三退問三題。三因此三，CI三S用作三高轉(zhuǎn)三換效三率薄三膜太三陽能三電池三材料三也引三起了三人們?nèi)淖⑷?。CI三S電池三薄膜三的制三備主三要有三真空三蒸鍍?nèi)ê腿āＨ婵杖翦內(nèi)ㄊ侨捎萌髯匀恼羧l(fā)源三蒸鍍?nèi)~、三銦和三硒，三硒化三法是三使用H2Se疊層三膜硒三化，三但難三以得三到成三分均三勻的CI三S。CI三S薄膜三電池三的轉(zhuǎn)三換效三率將三達(dá)到20％，三相當(dāng)三于多三晶硅三太陽三能電三池。CI三S作為三太陽三能電三池的三半導(dǎo)三體材三料，三具有三價(jià)格三低廉三、性三能良三好和三工藝三簡(jiǎn)單三等優(yōu)三點(diǎn)，三將成三為今三后發(fā)三展太三陽能三電池三的一三個(gè)重三要方三向。三唯一三的問三題是三材料三的來三源，三由于三銦和三硒都三是比三較稀三有的三元素三，因三此，三這類三電池三的發(fā)三展又三必然三受到三限制三。銅銦三硒(C三IS三)薄膜三太陽三電池三性能三優(yōu)異三，被三國際三上稱三為下三一代三的廉三價(jià)太三陽能三電池三。吸引三世界三眾多三的光三伏專三家進(jìn)三行研三究開三發(fā)。三由于三銅銦三硒電三池是三多元三化合三物半三導(dǎo)體三器件三，復(fù)三雜的三多層三結(jié)構(gòu)三和敏三感的三元素三配比三，要三求其三工藝三和設(shè)三備極三其嚴(yán)三格。三太陽三電池三光電三轉(zhuǎn)換三效率三是代三表材三料性三能、三器件三結(jié)構(gòu)三、制三備技三術(shù)、三工藝三設(shè)備三和檢三測(cè)手三段等三綜合三性整三體水三平的三標(biāo)志三性指三標(biāo)，三世界三上只三有四三個(gè)國三家開三發(fā)出三這種三單體三電池三和集三成組三件，三美、三日、三德三三國完三成了三中試三線的三開發(fā)三，尚三未實(shí)三現(xiàn)商三品化三。采用Cu三In三Ga三Se多元三復(fù)合三薄膜三，也三可生三產(chǎn)高三效太三陽能三電池三。薄三膜是三通過三在玻三璃／三Ｍo基材三上通三過物三理氣三相淀三積銅三和硒三或銦三和硒三并調(diào)三整該三薄膜三的最三終化三學(xué)計(jì)三量比Cu=1三~1三.2∶(In三,G三a)=三1~三1.三2:三S三e=三2~三2.三5。4.聚合三物薄三膜以聚三合物三代替三無機(jī)三材料三是太三陽能三電池三制造三的方三向。三其原三理是三利用三不同三氧化三還原三型聚三合物三的不三同氧三化還三原電三勢(shì)，三在導(dǎo)三電材三料（三電極三）表三面進(jìn)三行多三層復(fù)三合，三制成三類似三無機(jī)P－N結(jié)的三單向三導(dǎo)電三裝置三。其三中一三個(gè)電三極的三內(nèi)層三由還三原電三位較三低的三聚合三物修三飾，三外層三聚合三物的三還原三電位三較高三，電三子轉(zhuǎn)三移方三向只三能由三內(nèi)層三向外三層轉(zhuǎn)三移；三另一三個(gè)電三極的三修飾三正好三相反三，并三且第三一個(gè)三電極三上兩三種聚三合物三的還三原電三位均三高于三后者三的兩三種聚三合物三的還三原電三位。三當(dāng)兩三個(gè)修三飾電三極放三入含三有光三敏化三劑的三電解三波中三時(shí)．三光敏三化劑三吸光三后產(chǎn)三生的三電子三轉(zhuǎn)移三到還三原電三位較三低的三電極三上，三還原三電位三較低三電極三上積三累的三電子三不能三向外三層聚三合物三轉(zhuǎn)移三，只三能通三過外三電路三從還三原電三位較三高的三電極三回到三電解三液，三因此三外電三路中三有光三電流三產(chǎn)生三。由三于有三機(jī)材三料柔三性好三，成三本底三，對(duì)三大規(guī)三模利三用太三陽能三，提三供廉三價(jià)電三能具三有重三要意三義。三但以三有機(jī)三材料三制備三的太三陽能三電池三使用三壽命三和效三率都三不能三和無三機(jī)材三料特三別是三硅電三池相三比。近來三報(bào)道三，日三本產(chǎn)三業(yè)技三術(shù)綜三合研三究所三已經(jīng)三研制三出目三前世三界上三太陽三能轉(zhuǎn)三換率三最高三的有三機(jī)薄三膜太三陽能三電池三，其三轉(zhuǎn)換三率已三達(dá)到三現(xiàn)有三有機(jī)三薄膜三太陽三能電三池的三四倍三。報(bào)道三說，三此前三的有三機(jī)薄三膜太三陽能三電池三是把三兩層三有機(jī)三半導(dǎo)三體的三薄膜三接合三在一三起，三其太三陽能三到電三能的三轉(zhuǎn)換三率約三為１三％。三新型三有機(jī)三薄膜三太陽三能電三池在三原有三的兩三層構(gòu)三造中三間加三入一三種混三合薄三膜，三變成三三層三構(gòu)造三，這三樣就三增加三了產(chǎn)三生電三能的三分子三之間三的接三觸面三積，三從而三大大三提高三了太三陽能三轉(zhuǎn)換三率。有機(jī)三薄膜三太陽三能電三池使三用塑三料等三質(zhì)輕三柔軟三的材三料為三基板三，因三此人三們對(duì)三它的三實(shí)用三化期三待很三高。三研究三人員三表示三，通三過進(jìn)三一步三研究三，有三望開三發(fā)出三轉(zhuǎn)換三率達(dá)三２０三％、三可投三入實(shí)三際使三用的三有機(jī)三薄膜三太陽三能電三池。5.納米三晶材三料人們?nèi)谛氯に嚾?、新三材料三、電三池薄三膜化三等方三面的三探索三中，三納米Ti三O2晶體三化學(xué)三能太三陽能三電池三受到三國內(nèi)三外科三學(xué)家三的重三視它三由瑞三士Gr三at三ze三l教授三首先三研制三成功三。納三米晶三化學(xué)三太陽三能電三池（三簡(jiǎn)稱NP三C電池三）是三由一三種在三禁帶三半導(dǎo)三體材三料修三飾、三組裝三到另三一種三大能三隙半三導(dǎo)體三材料三上形三成的三，窄三禁帶三半導(dǎo)三體材三料采三用過三渡金三屬Ru以及Os等的三有機(jī)三化合三物敏三化染三料，三大能三隙半三導(dǎo)體三材料三為納三米多三晶Ti三O2并制三成電三極，三此外NP三C電池三還選三用適三當(dāng)?shù)娜趸贿€三原電三解質(zhì)三。納三米晶Ti三O2工作三原理三：染三料分三子吸三收太三陽光三能躍三遷到三激發(fā)三態(tài)，三激發(fā)三態(tài)不三穩(wěn)定三，電三子快三速注三入到三緊鄰三的Ti三O2導(dǎo)帶三，染三料中三失去三的電三子則三很快三從電三解質(zhì)三中得三到補(bǔ)三償，三進(jìn)入Ti三O2導(dǎo)帶三中的三電于三最終三進(jìn)入三導(dǎo)電三膜,然后三通過三外回三路產(chǎn)三生光三電流三。三納米三晶Ti三O2太陽三能電三池的三優(yōu)點(diǎn)三在于三它廉三價(jià)的三成本三和簡(jiǎn)三單的三工藝三及穩(wěn)三定的三性能三。其三光電三效率三穩(wěn)定三在10％以三上，三制作三成本三僅為三硅太三陽電三池的1/三5～1/三10．壽三命能三達(dá)到2O年以三上。三還未三面市三。6.光電三子倍三增材三料對(duì)普三通光三電材三料，三一個(gè)三光子三入射三只能三產(chǎn)生三一個(gè)三光電三子，三如果三一個(gè)三光子三入射三能產(chǎn)三生多三個(gè)光三電子三，可三以稱三為光三電子三倍增三材料三。美國三國家三可再三生能三源實(shí)三驗(yàn)室三發(fā)現(xiàn)三：納三米晶三體硅三每吸三收一三個(gè)高三能太三陽光三光子三便能三產(chǎn)生2～3個(gè)電三子，三額外三的電三子來三自藍(lán)三光和三紫外三光的三光子三，這三兩種三光線三的能三量比三太陽三光譜三中其三它光三線高三得多三。大三多數(shù)三太陽三能電三池都三把這三額外三的能三量作三為熱三量而三浪費(fèi)三了。三小的三納米三晶體三（量三子點(diǎn)三）具三有量三子力三學(xué)效三應(yīng)，三能將三這些三能量三轉(zhuǎn)化三為電三能。三通三過產(chǎn)三生多三個(gè)電三子，三由納米三晶體三硅制三成的三太陽三能電三池理三論上三可以三到40三%以上三的能三量轉(zhuǎn)三化為三電能三。而三目前三太陽三電池三板的三轉(zhuǎn)化三效率三最多三為20三%（理三論上三限27三.8三%）。三借助三反射三鏡、三透鏡三聚集三太陽三光，三效率三可達(dá)40三%，而三納米三晶體三硅電三池則三可升三至60三%。因此三對(duì)于三光電三材料三的發(fā)三展，三納米三晶體三硅極三具應(yīng)三用潛三力。然而三，該三工作三剛開三始，三額外三電子三出現(xiàn)三的時(shí)三間十三分短三暫，三很難三捕獲三進(jìn)行三發(fā)電三。證三明這三種效三應(yīng)需三借助三光譜三學(xué)等三間接三方法三。六、三高效三太陽三能電三池結(jié)三構(gòu)疊層三結(jié)構(gòu)如前三所述三，包三括多三層電三池和三多層三薄膜三。每三一種三半導(dǎo)三體只三能吸三收與三“能三帶隙三”對(duì)三應(yīng)的三特定三能量三范圍三的光三子，三能帶三隙越三寬，三電池三的效三率則三越高三。利三用兩三種不三同的三半導(dǎo)三體層三來擴(kuò)三大其三能量三吸收三范圍三，最三多可三以利三用陽三光能三量的三３０三％。美國三勞倫三斯－三伯克三利國三立實(shí)三驗(yàn)室三的科三學(xué)家三使用三一種三稱為三“氮三化鎵三銦”三的半三導(dǎo)體三，以每三次生三長一三個(gè)原三子層三的方三式生三產(chǎn)出三純度三極高三的氮三化鎵三銦晶三體，三大大三拓寬三了其三能帶三隙。兩個(gè)三能帶三隙的三組合三可以三使能三量吸三收率三達(dá)到50％。三如果三使用三多層三成分三比例三不同三的氮三化鎵三銦，三吸收三率有三可能三會(huì)更三高。聚焦三鏡頭美國三用塑三料制三成的三鏡頭三，放三置于三電池三和陽三光之三間，三對(duì)陽三光進(jìn)三行聚三焦。三經(jīng)過三聚焦三后的三太陽三光，三大概三是原三來強(qiáng)三度的25三0倍。三這樣三，在三單位三電池三上所三接收三的能三量，三就大三大增三加。3.全光三譜利三用結(jié)三構(gòu)目前三對(duì)某三一種三光電三池材三料，三能利三