太陽能電池的工作原理、工作效率、制造太陽能的材料及大致構造

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進展最快，最具活力的爭論領域，是其中最受矚目的工程之一。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根底其工作原理是利用光電材料吸取光能后發(fā)生光電于轉換反響依據所用材料的不同太陽能電池可分為：1、硅太陽能電池；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、納米晶太陽能電池等不管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；②要有較高的光電轉換效率：3、材料本身對環(huán)境不造成污染；4、材料便于工業(yè)化生產且材料性能穩(wěn)定?；谝陨蠋讉€方面考慮硅是最抱負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緣由但隨著材料的不斷開發(fā)和相關技術的進展以其它村料為根底的太陽能電池也愈來愈顯示出迷人的前景本文簡要地綜述了太陽能電池的種類及其爭論現狀，并爭論了太陽能電池的進展及趨勢。硅系太陽能電池硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。提高轉化效率主要是*單晶硅外表微構造處13nm。厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結合．通過改進了23%23．3％。Kyocera公司制備的大面積〔225cm2〕單電晶太陽19．44%，國內北京太陽能爭論所也樂觀進展高效晶體硅太陽能電池的爭論和開發(fā)，研制的平面高效單晶硅電池〔2cmX2cm〕轉換效率到達19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅電池〔5cmX5cm〕轉換效率達8.6%。單晶池和非晶硅薄膜太陽能電池就是典型代表。350～450μm70年月中期就開頭在廉價襯底上沉積備多晶硅薄膜電池多承受化學氣相沉積法，包括低壓化學氣相沉積〔LPCVD〕和等離子增加化學氣相沉積〔PECVD〕工藝。此外，液相外延法〔LPPE〕和濺SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4SiH4,為反響氣體,在肯定的保護氣氛下反響生成硅原子并沉積在Si、SiO2、Si3N4等。但爭論覺察，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒,并且簡潔在晶粒間形成空隙。解決這一問題方法是先用LPCVDFZSi19％，日本三菱公司用該法制備電池，效率達16.42%。液相外延〔LPE〕法的原理是通過Astropower公司承受LPE制備的電池，稱之為“硅?！碧柲茈姵?，但有關性能方面的報道還未見到。多晶硅薄多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電地市場上占據主導地位。受到人們的重視并得到快速進展，其實早在70年月初，Carlson等就已經開頭了對非晶硅電池的研制工作,近幾年它的研制工作得到了快速進展,目前世界上己有很多家公司在生產該種電池產品。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)S一W效應，使得電池性能不制備的p、i、n層單結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i照產生的電場強度變化不大，保證i層中的光生載流子抽出；③底電池產生的載PECVD法、LPCVDH2SiH4，襯底主要為玻璃非晶硅太陽能電池轉換效率到達13％，創(chuàng)下的記錄；其次.三疊層太陽能電池年生產力量達5MW。美國聯合太陽能公司〔VSSC〕制得的單結太陽能電池最高9．3%，三帶隙三疊層電池最高轉換效率為131上述最高轉換效率是在小面積〔0．25cm2〕20X20cm28．28a－Si/a－Si疊層太陽能電池。非晶硅主要進展產品之一。多元化合物薄膜太陽能電池為了查找單晶硅電池的替代品,人們除開發(fā)了多晶硅、非晶硅薄膜太陽能電池外，又不斷研制其它材料的太陽能電池。其中主要包III-V單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴峻的III-V化合物及銅銦硒薄膜電池由于具有較高的轉換效率受到人們的普遍重視。GaAsIII-V1．4eV，正好為高吸取率太陽光的值，因此，是很抱負的電池材料。GaAsIII-V化合物薄膜電池的制備主要承受MOVPELPE技術，其中MOVPEGaAs薄膜電池受襯底位錯、反響壓力、III-VGaAs外，其它III-V化合物如Gasb、GaInP等電池材料也得到了開發(fā)。1998年德國費萊堡太陽能系統(tǒng)爭論所制得的GaAs24．2GaInP電池轉換效率為14．7％．見表2。另外，該爭論所還承受堆疊構造制備GaAs，Gasb電池，該電池是將兩個獨立的電池堆疊在一起，GaAs作為上電池，下電池用Gasb,31．1％。銅銦硒CuInSe2簡稱CIC。CIS1．leV，適于太陽光的光電轉換,另外，CIS薄膜太陽電池不存在CIS用作高轉換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目。CIS電池薄膜的制備主要有真空蒸鍍法和硒化法。真空蒸鍍法是承受各組成均勻的CISCIS薄膜電池從80年月最初8％的轉換效率進展到目前的15％CIS153％〔1cm2〕。199517．lCIS2000CIS20CIS作為太陽能電有的元素，因此，這類電池的進展又必定受到限制。聚合物多層修飾電極型太陽能電池在太陽能電池中以聚合物代替無機材料是物的不同氧化復原電勢，在導電材料〔電極〕外表進展多層復合，制成類似無機P－N結的單向導電裝置。其中一個電極的內層由復原電位較低的聚合物修飾，不能向外層聚合物轉移，只能通過外電路通過復原電位較高的電極回到電解液，進一步爭論探究。斷在工藝、材料、電池薄膜化等方面進展探究，而這當中近進展的納米TiO2Gratzel教授研制成功TiO2化學大陽能電池以來，國內一些單位也正在進展這方面的爭論。納米晶化學太陽能電池〔NPC電池〕是由一種在禁帶半導體材料修飾、組裝到RuOsTiO2并制成電極，此NPCTiO2iO2導TiO2導帶中的電于最終