硅系太阳能薄膜电池的必威体育精装版研究进展.doc

硅系太阳能薄膜电池的必威体育精装版研究进展 材料科学与工程学院1305班 姓名 0603130500 摘要 随着光伏产业的高速发展，太阳能电池的研制技术也在不断提高。其中，硅系太阳能电池作为早期的发展重点，技术方面较为成熟，应用较为广泛。而近期兴起的薄膜类电池更是在生产成本上具有较强优势。本文将重点介绍非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池以及多晶硅薄膜电池的必威体育精装版研究进展。 关键词 太阳能电池 非晶硅薄膜 微晶硅薄膜 多晶硅薄膜 一、引言 由于能源限制和环境污染的压力日益加剧，我国正在逐渐转变能源结构，积极探索可再生能源和新能源领域。其中，光伏产业得到了迅速发展。太阳能光伏发电的根本要素是太阳能电池，根据材料的不同，可以大致分为：硅系太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池。目前在这四类中发展最成熟的属硅系太阳能电池。自20世纪50年代发明硅太阳能电池以来，太阳能光电技术中新工艺、新材料和新结构都在不断更新，但是从形态上来看，只划分为两大类：晶块类和薄膜类。由于成本低、电耗低和用料少等优点而广受欢迎的薄膜硅太阳能电池，同样也面临着稳定性差和效率低的问题。因此，我们应该持续关注对薄膜硅太阳能电池的研究，努力提高其转换效率。本文将主要介绍了三种硅系太阳能薄膜电池太阳能电池的发展现状，包括材料成分、制作工艺、研究进展、生产现状等方面的内容。 二、硅太阳电池的基本工作机理 太阳能电池工作原理的基础是半导体p-n结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当光照射到p-n结上时，产生电子-空穴对，在半导体内部p-n结附近生成的载流子没有被复合而达到空间电荷区，受内部电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存了过剩的电子，p区有过剩的空穴。它们在p-n结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使p区带正电，n区带负电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势。当太阳光或其他光照射半导体的p-n结时，就会在p-n结的两边出现电压，叫做光生电压。 三、国内外有关于硅系薄膜太阳能电池的研究现状 1976年。世界上第一个非晶硅太阳能电池由美国的RCA实验室研制成功。目前，主要用来制备硅系太阳能电池的方法有化学气相沉积法、溅射法、热丝法和辉光放电法等等。其中较为成熟的制备途径是辉光放电法。在材料方面，先后研究了宽度隙窗口层、梯度界面层、纳米晶窗口层等。为了适应实际应用中高输出电压的需求，又发展了集成型硅薄膜太阳电池组件。另一方面，叠层电池的概念被提出，逐渐发展成为倍受关注的硅基薄膜太阳能电池。叠层电池是当下普遍认为最有潜力提高效率和稳定性并同时降低生产成本的的硅系太阳能电池。在国际上，德国JuelichGmbH公司制备的微晶硅电池效率为10.3%，Oerlikon公司的非晶硅/微晶硅叠层电池稳定效率为11.9%，Unisolar公司非晶硅/非晶硅锗/微晶硅电池稳定效率为12.5%。在国内，南开大学研制的硅基薄膜太阳能电池的效率位于前列，单结非晶硅电池效率达到了9.37%，非晶硅/微晶硅叠层薄膜太阳电池的效率最高达到了11.79%。 四、非晶硅太阳能薄膜电池 （一）简介 非晶硅薄膜太阳能电池是利用非晶硅半导体材料不同衬底上沉积薄膜的一种薄膜电池。它的主要优点有：易于大面积化生产，生产成本低，适于大批量生产；能量返回期短，一般为1.5-2年；对低光强光有较好的适应，充电效率高。目前，广泛应用的生产技术是等离子体化学气相沉积法。 （二）提高非晶硅太阳能薄膜电池转换效率的方法 非晶硅的禁带宽度为1.7eV左右，最典型特点为呈短程有序性，也就是说是一种无规则的结构。这种长程无序性决定了非晶硅固体处于亚稳态，所以，非晶硅一般指的是非晶硅薄膜或者薄膜非晶硅。在制备非晶硅薄膜时需要通过掺入杂质的方法，得到半导体部件，从而制备成为薄膜太阳能电池。 1、采用叠层结构 大面积化生产的非晶硅电池组件的效率通常只有5%-7%，所以，单节太阳能电池的转换效率普遍较低。叠层太阳能电池最早在1994年被IMT小组提出，由于微晶硅的禁带宽度为1.1eV左右，两者用于叠层结构是较为理想的搭配。1997年，效率超过10.0%的叠层电池问世了。在2004年，一家日本公司研制出了一种理论效率超过30.0%且稳定效率超过9.0%的模块。当前，这种大面积的a-Si/μ-Si叠层电池正在进行大规模的产业化生产。 2、同时采用陷光结构 叠层电池中通常会设计很薄的顶电池非晶硅层来获得较高的稳定性，所以，顶电池层短路电流密度常常较小，从而限制了叠层电池的短路电流密度。为了解决这个问题，IMT小组在1996年提出了一种新结构，即在顶层电池和底层电池间引入了折射率与非晶硅和