光伏材料——3.2-非晶硅.pdf

第三章硅太阳能电池 3.1 引言 3.2 单晶体硅太阳能电池 3.3 多晶硅太阳能电池 3.4 非晶硅薄膜太阳能电池 3.4 非晶硅薄膜太阳能电池 3.4.1 非晶硅薄膜物理基础及其材料特性 3.4.2非晶硅薄膜太阳能电池结构及工作原理 3.4.3非晶硅薄膜太阳能电池制备技术及产业化 3.4.4 HIT异质结太阳能电池 3.4 非晶硅薄膜太阳能电池 非晶太阳能电池的优缺点 尽管单晶硅与多晶硅太阳能电池经过多年的努力已取得很大 进展，特别是转换效率已超过 ，这些高效率太阳能电池 20% 在空间技术中发挥了巨大左营，但在地面应用方面，由于价 格问题的影响，长久以来一直受到限制。 与传统电力进行竞争，非晶硅太阳能电池是最有希望的。 3.4 非晶硅薄膜太阳能电池 非晶太阳能电池的优缺点 非晶硅(-Si) 薄膜太阳能电池和晶体硅电池相比，制备工艺简 单，成本低，可大面积生产，具体优点： 1）材料和制造工艺成本低。 2 ）易于形成大规模生产能力。 3 ）多品种和多用途。 4 ）易实现柔性电池。 缺点： 1）效率较低 2 ）在太阳光的长期照射下会有严重的衰减，到目前为止根本 无法解决。 3.4 非晶硅薄膜太阳能电池 非晶太阳能电池的优缺点 3.4 非晶硅薄膜太阳能电池 与晶体硅相比，薄膜非晶硅具有如下的基本特征和性质： 1）晶体具有原子长程有序的特点，而非晶硅在数纳米甚至更小的范围内呈 有限的短程有序但长程无序。 , 2 ）晶体硅是由连续共价键组成，非晶硅的共价键是连续、无规则网络结构。 3 ）单晶硅的物理特性是各项异性，非晶硅各向同性的。 4 ）非晶硅具有导带尾带、价带尾带，缺陷能级比晶体硅中显著，有大量的 悬挂键，电子输运性质出现了跃迁导电机制，电子和空穴的迁移率很小, 电阻率很高。 5 ）晶体硅是间接带隙结构，而非晶硅是直接带隙结构，禁带宽度是1.5eV 。 6 ）在一定范围内，非晶硅的密度、电导率、禁带等性质可连续变化和调整。 7 ）非晶硅比晶体硅具有更高的晶格势能，在热力学上是处于亚稳状态，可 以转化为多晶硅、微晶硅和纳米硅。 3.4.1 非晶硅薄膜物理基础及其材料特性 非晶的概念 非晶矽 多晶矽 單晶矽 非晶态半导体材料的原子在空间排列上失去了长程有序性，但其组 成原子也不是完全杂乱无章地分布的。由于受到化学键，特别是共 价键的束缚，在几个原子的微小范围内，可看到与晶体非常相似的 结构特征，一般将非晶态材料描述为：“长程无序，短程有序。” 3.4.1 非晶硅薄膜物理基础及其材料特性 非晶的概念 用来描述非晶硅的结果模型 很多，左图为一种，即连续 无规网络模型的示意图。可 以看出，在任一原子周围， 仍有四个原子与其键合，只 是键角和键长发生了变化， 因此在较大范围内，非晶硅