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《太阳能电池：原理、材料、制造与检测技术》课程论文论文题目：非晶硅薄膜太阳能电池的发展与展望 学生姓名： ×× 授课老师： 夏冬林 专业班级： 材科xs1101 学 号： 二O一四年六月非晶硅薄膜太阳能电池的发展与展望摘要：介绍了非晶硅薄膜太阳能电池的发展现状及制约非晶硅薄膜太阳能电池发展的两个关键性因素：转化效率低、光致衰减效应。对于提高非晶硅薄膜太阳能电池转化效率的新技术和非晶硅薄膜太阳能电池光致衰减的解决方法进行综叙。文章最后对非晶硅薄膜太阳能电池的未来发展趋势进行了展望。关键字：非晶硅薄膜太阳能电池；转换效率；光致衰减引言21 世纪人类社会将面临化石能源日益枯竭的挑战，因此可再生能源越来越受到重视。太阳能光伏电池技术是可再生能源中最具商业应用价值的技术之一。太阳能光伏电池是利用半导体材料的伏安特性，将太阳能转化为电能的装置。薄膜太阳能电池以其低廉的成本优势受到世界各国研究者的关注。目前，国际上研究较多的薄膜太阳能电池主要有3种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CdTe）[1]，各薄膜太阳能电池的特性如表1所示。表1 薄膜太阳能电池硅基薄膜太阳能电池碲化镉薄膜太阳能电池铜铟镓硒薄膜太阳能电池1 转化效率：非晶为6%-7%，非晶/微晶为8.5%-11%2 在产品商业化方面，技术最成熟3 原材料：来源丰富，主 要原料为玻璃和硅烷气体4 具有最成熟、最具规模化的生产设备1 量产转化效率 10%2 铜具有毒性3 一些主流市场较难进入4 碲产量较少，将会成为瓶颈5 没有工业化的生产设备1量产转化效率 10%以上2 需要突破一些关键技术才能达到批量生产水平3铟的短缺可能会成为该技术发展的瓶颈4 不具备成形的大规模生产设备在三种薄膜太阳能电池中，硅基薄膜太阳能电池以其特有的优势快速发展。硅基薄膜太阳能电池又分为：非晶硅（a-Si）薄膜太阳电池、微晶硅（uc-Si）薄膜太阳能电池、纳米硅（nc-Si）薄膜太阳能电池，以及它们相互合成的叠层电池。同晶体硅太阳能电池相比非晶硅太阳能电池具有良好的弱光效应。非晶硅材料的吸光系数在整个可见光范围内，几乎都比晶体硅大一个数量级，其本征吸收系数高达105cm－1，使得非晶硅太阳能电池对低光强有较好的响应，实验证明非晶硅薄膜电池比同样标称的晶体硅电池的发电量多10%～30%[2]。虽然非晶硅太阳能电池具有其他太阳能电池不可比拟的优势，且其产量逐年增加，但增加速度远小于晶体硅电池，市场占有率也逐年减少，根据必威体育精装版出版的NPD Solarbuzz光伏设备季度报告“2011年全球前十大晶硅和薄膜电池厂商排名”，前十名中仅有一家薄膜生产厂家first solar[3]。这主要是由于非晶硅太阳能电池在使用的过程中存在致命性弱点：转化效率较低、稳定性差，功率衰减严重、寿命短等问题严重影响了消费者的信心制约了其市场的开拓。非晶硅薄膜太阳能电池自身特点决定了在未来的市场竞争中，起将成为太阳能电池家族中的重要产品。下面将详细的介绍非晶硅薄膜太阳能电池的基本原理，以及其发展的历史和未来的展望。1 非晶硅太阳能电池简介非晶硅薄膜太阳能电池的发电原理非晶硅薄膜太阳能电池的工作原理是基于P-N结的光生伏打效应：当N型半导体与P型半导体通过适当的方法组合到一起时，在二者的交界处就形成了P-N结；由于多数载流子的扩散，形成了空间电荷区，并形成一个不断增强的从N型半导体指向P型半导体的内建电场，导致多数载流子反向漂移；达到平衡后，扩散产生的电流和漂移产生的电流相等。如果光照在P-N结上，而且光能大于P-N结的禁带宽度，则在P-N结附近将产生电子-空穴对。由于内建电场的存在，产池两侧引出电极并接上负载，负载中就有“光生电流”通过，得到可利用的电能，这就是太阳能电池发电的基本原理[4][5]。若把几十个、数百个太阳能电池单体串联、并联起来，组成太阳能电池组件；在太阳光的照射下，便可获得相当可观的电能。非晶硅薄膜太阳能电池的结构目前，非晶硅薄膜太阳能电池的结构类型有很多，基本的结构形式有肖特基势垒型（包括MIS）、异质结构型和PIN型等。其中最重要的是PIN型，其典型结构如图1所示，它是在玻璃衬底上沉积透明导电膜（TCO），然后依次用等离子体增强化学气相法（PECVD）沉积P型、I型、N型3层非晶硅，接着再蒸镀金属电极铝/钛（Al/Ti）。它具有以下优点：1）PIN结构是利用P层和I层形成的体结，因而能避免金属和非晶硅之间的界面状态对电池特性的影响，这样制备电池的重复性好，性能稳定；2）电池的各层全部由非晶硅构成，材料便宜，工艺简便可连续生产；3）设计的灵活性大。正因为PIN结构有这些优点，所以近几年来人们主要集中于PIN电池的研究，出现了几种形式的PIN结构，转化效率大为提高。PIN