晶体硅太阳能电池.docx

硅太阳能电池简介

张振

材科1202班

摘要：本文主要介绍太阳能电池的技术开展现状和太阳能电池的应用,阐述了单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、硅薄膜太阳电池以及纳米晶TiO2太阳能电池技术的开展前景。

关键词：单晶硅、多晶硅、非晶硅、太阳能电池

1引言

太阳能电池具有许多其他发电方式所不具备的优点:不消耗燃料,不受地域限制,规模可灵活组合,无污染、无噪音,平安可靠,维护简单,建设周期短,最具有大规模应用的可能性。世界各国政府为大力开展太阳能产业,采取了各种政策和措施,如欧盟制订了“百万屋顶太阳

能方案”,德国制订了“十万屋顶太阳能方案”,日本推出了“新阳光方案”,美国加州推出了“百万太阳能屋顶法案”。我国在2009年3月,财政部、住房和城乡建设部联合发布了《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》与《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行方法》,对符合条件的太阳能光电建筑应用示范工程给予相应的补贴。2002—2008年世界各国太阳能装机容量逐年递增,如图1[1]所示。

2009年,欧洲太阳能光伏安装4.75GW,占全球需求量的74%,其中德国、意大利和捷克的装机总量达4.07GW;美国装机总量增加了36%,到达385MW;日本提高了109%。2009年世界各国太阳能电池安装量占有率如图2所示。

太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化为电能的装置。目前太阳能电池主要有晶体硅型和薄膜型2大类型。硅是最理想的太阳能电池材料，作为太阳能电池材料符合作为太阳能电池材料的一般要求：

1、半导体材料的禁带不能太宽；

2、要有较高的光电转换效率；

3、材料本身对环境不造成污染；

4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。

2硅太阳能电池的开展历程

早在1839年，法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。1876年，在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应，随后开发出Se／CuO光电池。1883年，Frits描述了第一个用硒制造的光生伏特电池。有关硅光电池的报道出现于1941年。1941年，Ohl提出了硅p—n结光伏器件，在此根底上，美国贝尔实验室Chapin等人于1954年制出了第一个实用的硅扩散p-n结太阳电池，并很快将光电转换效率提高到10%，现代硅太阳电池时代从此开始日。硅太阳能电池于1958年首先在人造卫星上得以应用，从此开始了研究、利用太阳能发电的新阶段。这是硅太阳电池开展的第一个时期。

第二个时期开始于70年代初，在这个时期对太阳电池材料、结构和工艺进行了广泛的研究，这个时期出现了很多新型的电池，而且引入了许多新技术，具体有如下一些：

1．背外表电场(BSF)电池——在电池的反面接触区引入同型重掺杂区，因为改进了接触区附近的收集性能而使得电池的短路电流增加；背场的作用是可以降低饱和电流，从而到达改善开路电压，提高电池效率的效果。

2．紫光电他——这种电池最先(1972)是为通信卫星开发的。因其浅结(O.1--0．2μm)、密栅(30／cm)、减反射(Ta205-短波透过好)的特点而获得高效率。浅结在一段时间里曾被认为是高效的关键技术之一而被广泛采用。

3．外表织构化电池——也称绒面电池，最早(1974)也是为通讯卫星开发的，它能够通过减小电池外表的反射并能够提高光生载流子的收集。其AMO时电池效率η≥15％，AMI时η18％。这种技术后来被高效电他和工业化电池普遍采用。

4．异质结太阳电池n1—n1——即采用不同的半导体材料在一起所形成的太阳电池，种类有SnO／Si，In203／Si，In203+Sn02／Si电池等。由于SnO、In203、In203+SnO等带隙宽，透光性好，制作电池工艺简单，曾引起许多研究者的兴趣。因效率不高等问题，目前研究者已不多，但Sn02、In203、In203+Sn02是许多薄膜电他的重要构成局部，可以用作收集电流和窗口材料用。

5．MIS电池阻——是肖特基(MS)电池的改型，即在金属和半导体之间参加1．5—3.Onm厚的绝缘层，使MS电池中多子支配暗电流的情况得到抑制，而变成暗电流由少子隧穿决定，与pn结类似。

80年代初期硅太阳电池进入快速开展的第三个时期，这个时期的主要特征是把外表钝化技术、后处理提高载流子寿命、降低接触复合效率、改进陷光效应等引入到太阳能电池的制造工艺中。以各种高效电池为代表，电池效率大幅提高，商业化本钱进一步降低，应用也得到不断扩大。[2]

3硅太阳能电池分类

晶体硅太阳能电池可分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池,是目前国际上的主流产品,占世界太阳能电池市场的80%。单晶硅太阳能电池在实验室的转换效率为25%,而工业生产的光电转换效率仅达15%,且单晶