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光学薄膜在太阳能电池中的应用汇报人：周恩源2024/3/10星期日

太阳能电池分类五工作原理

太阳能电池,也叫光伏电池,是一种可以将光能直接转变为电能的器件。这一物理岁的法国实验物Becquerel发现并命名了“光生伏特效应”(Photovoltaiceffect),简称“光伏效应”(effect)。实验中,他选取了合适的两块电极并将其插入某种电解液中,其中一块半导体电极在光照条件下,产生了微弱的电流。该重要发现,为之后太阳能电池的理论和实验研究奠定了基础。

2007-2012年世界光伏装机总容量演变图进入21世纪,各国对于光伏发电产业战略意义的认识更加深刻。由于全世界投入的持续增加,以及各国科技界、工业界努力探索,太阳能电池的效率大幅提升,制造成71,06180,000本逐年下降。时至今日,太阳能电池已经进入民用领域,并且以非常快的速度普及60,00开0来。40,00020,000

单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池第1代第2代第3代

调节Ga的含量,可以使CIGSe的禁带宽度在1.04～1.67达105cm-1数量级。相较于Si薄膜需要200μm以上的厚度,CIGSe只需要2～3μm的厚度即可,节省原料成本。

2～3μmCIGSe薄膜吸收层0.5～1μmMo薄膜底电极

钙钠玻璃(soda-limeglass,简称SLG),属于硅酸盐坡璃,是一种无定形各向同材料,主要原料为二氧化硅、氧化钙和氧化钠等。通常含有较多的杂质,其成本低廉,应用广泛。目前世界纪录效率水平的CIGSe薄膜太阳能电池一般都采用SLG作为衬底。因为其热膨胀系数与Mo薄膜相匹配,且经抛光后,表面光滑。相较于普通玻璃而言,由于其含有纳(Na)元素,是理想的Na掺杂来源,这直接导致了最终电池效率的大幅提升,因此是理想的CIGS薄膜太阳能电池衬底材料。高质量的SLG产品熔融点较高,配方必威体育官网网址,例如美国纽约州康宁(Coring)公司生产的Corning-7059型号的SLG。2～3μmNi-Al-Ni顶电极～125nmMgF2薄膜减反层～50nmi-ZnO薄膜高阻层～50nmCdS薄膜缓冲层2～3μmCIGSe薄膜吸收层0.5～1μmMo薄膜底电极～2mmSLG基底

作为CIGSe太阳能电池的底电极,需要具备良好的导电性能、稳定的物理和化学性质(包括耐腐蚀性和不与CIGSe反应)。同时,还需要考虑到在整个电池电路中的电势匹配和成本问题。综合而言,金属钼(Mo)是最佳的选择。2～3μmNi-Al-Ni顶电极～125nmMgF2薄膜减反层～50nmi-ZnO薄膜高阻层～50nmCdS薄膜缓冲层2～3μmCIGSe薄膜吸收层0.5～1μmMo薄膜底电极

通常,高效率CIGSe薄膜太阳能电池中会釆用CdS薄膜作为缓冲层。其作用在于,减少了CIGSe薄膜吸收层与ZnO薄膜窗口层之间的晶格失配,同时调节了他们之间导带边失调的幅度,即减小了带隙梯度。CdS是一种禁带宽度为2.4eV的n型接带隙半导体,是一种很常见的II-VI族化合物。在CIGSe薄膜太阳能电池中,CdS薄膜是其p-n结中的n型区的一部分。在电池器件的制备过程中,它还可以防止射频溅射i-ZnO对CIGSe薄膜吸收层造成损害,起到保护作用。但是CdS薄膜的引入也有弊端,会吸收一定量的短波谱段的光,而其少数载流子(空穴)的扩散长度很短以至无法产生光电流,浪费了所吸收的光子导致J（短路电流密度）的降低。SC2～3μmNi-Al-Ni顶电极～125nmMgF2薄膜减反层～50nmi-ZnO薄膜高阻层～50nmCdS薄膜缓冲层2～3μmCIGSe薄膜吸收层0.5～1μmMo薄膜底电极

通常,由i-ZnO（本征氧化锌）和AZO（掺铝氧化锌）共同组成了CIGSe薄膜太阳能电池中的窗口层。其作为n型区,是构成整个异质结及其内建场的重要部分。ZnO是一种禁带宽度为3.4eV的直接带隙半导体材料。i-ZnO薄膜作为高阻层,具有可以防止电池内部短路的作用。然而,对于电池的上表面透明导电层而言,即是外界光源的入射通道又是光生电子的传输通道,需要同时具备高透过率和高导电性,AZO薄膜恰好可以很好的满足此要求。为了减小电池的串联电阻,i-ZnO薄膜的厚度为50nm。一般,高性能的AZO薄膜的可见光透过率接近甚至超过90%,电阻率约为2×10-4Ω·cm,厚度为300～500nm。2～3μmNi-Al-Ni顶电极～125nmMgF2薄膜减反层～50nmi-ZnO薄膜高阻层～50nmCdS薄膜缓冲层2～3μmCIGSe薄膜吸收层0.5～1μmMo薄膜底电极

顶电极在整个CIGSe薄膜太阳能电池器件中起着收集电