太陽能光伏電池綜述

1、太陽能光伏電池綜述.txt根網(wǎng)線''盡賺了多少人的青春有時候感動的就是身邊微不足道的小事。破碎不是最殘酷的最殘酷的是踩著這些碎片卻假裝不疼痛固執(zhí)的尋找將來就算我遇見再怎么完美的人,都有一個缺點(diǎn),他不是你,_下輩子要做男生,娶一個像我這樣的女生。本文由zfmfns0646貢獻(xiàn)本文由ed4wj9d4l8貢獻(xiàn)pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機(jī)查看。信息記錄材料27第R0年0卷第2期綜述太陽能光伏電池綜述成志秀,王曉麗(中國樂凱膠片集團(tuán)公司,保定015704摘要:幾年來,近由于能源減少和環(huán)境污染的雙重壓力,得光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。詳細(xì)敘述了薄膜光

2、伏電池使的發(fā)展歷程、類和光伏電池的制備工藝,種以及薄膜光伏電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題,并對光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:太陽能;光伏效應(yīng);光伏電池;薄膜中圖分類號:T0K2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:105209-6 4一【072-0102O l00471前言釋放包括二氧化碳在內(nèi)的任何氣體,是對環(huán)境無污染的可再生能源。這對改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室氣人類在2世紀(jì)面對的最大困難是什么?答案是體的有害作用具有重大意義。因此太陽能電池有望l不可再生能源的日漸減少和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重。成為2世紀(jì)的重要新能源。目前一些發(fā)達(dá)國家采用l太陽能電池發(fā)出的電并人電網(wǎng)的措施,既能部分平如何解決這一對難題成為困擾世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的首

3、要任務(wù)。各種可再生能源的優(yōu)越性日漸突出。于是,衡高峰用電,又可省去儲電的費(fèi)用。太陽能發(fā)電系統(tǒng)一般沒有發(fā)電機(jī)具有的轉(zhuǎn)動部件,所以也不會產(chǎn)人們將目光紛紛投向了太陽。不容易損壞。太陽能發(fā)電裝置規(guī)?？纱罂商枙r時刻刻都在向地球發(fā)送著能量,并且這生噪音,種能量是取之不盡,用之不竭的。如果僅僅將太陽小,小的可以是數(shù)瓦或數(shù)十瓦,如便攜式太陽能手發(fā)射到地球的總輻射功率換算成電功率,可以高達(dá)電筒和太陽能手機(jī)充電器,大的可以是數(shù)兆瓦或數(shù)171千瓦,比目前全世界平均消費(fèi)電力還要大十兆瓦,例如大型發(fā)電站等。.7×0數(shù)億倍。太陽能不但數(shù)量巨大,而且源于太陽的各種綠色能源,如:風(fēng)能、潮汐能、生物質(zhì)能、水力2光伏

4、電池簡介能都屬于可再生能源,只要有太陽的存在,能源就作為太陽能電池工作基本原理的光伏效應(yīng)(h-Po像陽光一樣源源不斷。太陽能的利用有很多種,可t oaeE et o l i f c縮寫P是l3vt V89年被發(fā)現(xiàn)的。由太陽以利用光的熱效應(yīng),將太陽輻射轉(zhuǎn)化成熱能;也可光的光量子與材料相互作用而產(chǎn)生電勢,從而把光的以利用光的伏特效應(yīng),將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換成電能能量轉(zhuǎn)換成電能,此種進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的光電元件稱為等。在太陽能的有效利用中,太陽能的光電利用成太陽電池(o rC l,也可稱之為光伏電池。15Sl ea19 4為近些年發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域。太陽能年Bl實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第個太陽能電池,不過由于效

5、e l率太低,造價(jià)太高,缺乏商業(yè)價(jià)值。隨著航天技術(shù)的太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接發(fā)展,使太陽能電池的作用不可替代,太陽能電池成產(chǎn)生電能,不需要消耗燃料和水等物質(zhì),使用中不為太空飛行器中不可取代的重要部分。1598年3月發(fā)收稿日期:2O061018電池的研究發(fā)展也日益迅速起來。射的美國V u d1鋤ga號上首次裝設(shè)了太陽能電池。r1855 9年月蘇聯(lián)發(fā)射的第3顆人造衛(wèi)星上也開始裝設(shè)太陽能電池。到1699年美國人登陸月球,這使得太陽作者簡介:成志秀(97,女,工程師,主要從事膜1一7林科方面的研究。硼REV l EW能電池的發(fā)展達(dá)到了第1個巔峰期。此后,幾乎所有其最大的特點(diǎn)是在降低成本

6、方面有很大的優(yōu)勢,便發(fā)射的人造天體上都裝設(shè)太陽能電池。加世紀(jì)70年于大面積連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。其應(yīng)用市場,一是弱光電池市場,二是功率型應(yīng)用市場。下圖是一般太陽能組件結(jié)構(gòu):石油供應(yīng)中斷,出現(xiàn)了“能源危機(jī)”,人們開始認(rèn)識代初期,由于中東戰(zhàn)爭,石油禁運(yùn),使得工業(yè)國家的到不能長期依靠傳統(tǒng)能源。特別是近年來地面能源面臨的礦物燃料資源的減少與環(huán)境污染的問題,于是太陽能電池的應(yīng)用已被提上了各國政府的議事日程。10以后,太陽能的發(fā)展開始與民用電相結(jié)合,9年9“ginet ht oa e”(r c nc dpo vli s m與市電并聯(lián)型太do e o tct圖1一般太陽能組件結(jié)構(gòu)F g1The sr cu e o

7、 o ma o a n r y i t u tr fn r ls l re e g陽能電池發(fā)電系統(tǒng)開始推廣,太陽能電池不斷有新的結(jié)構(gòu)與制造技術(shù)被研發(fā)出來。至今太陽能電池已經(jīng)發(fā)展到了第2代。第1代據(jù)文獻(xiàn)資料報(bào)導(dǎo),目前太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換率:晶硅為2.%;晶硅為1.%;晶硅為單47多98非太陽能電池包括單晶硅和多晶硅2種,工業(yè)化產(chǎn)品1.%;a s為2.%;I S為1.%;45G A 57CG88多接面串效率一般為1%一1%,目前可工業(yè)化生產(chǎn)、可疊型(n a/a s/n a s m hjnt n a dm35IG P G A/IG A,u i c o tn e u i獲得利潤的太陽能電池就是指第1代

8、電池。但是由c13.%。e133于生產(chǎn)工藝等因素使得該類型的電池生產(chǎn)成本較近年來,伏電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)20數(shù)光04年高。第2代太陽能電池是薄膜太陽能電池,其成本據(jù)分析,各種太陽能電池中硅基太陽能電池占總產(chǎn)量的9%,8晶體硅太陽能電池占總產(chǎn)量的8.%,晶46多低于第l,可大幅度增加電池板制造面積,代但是605年,界太陽能世效率不如第1。在將來的第3代太陽能電池應(yīng)該硅太陽能電池占總量的5%。20代66W其72占具有以下特征:薄膜化、高效率、原材料豐富和無電池總產(chǎn)量15M,中日本仍居首位,6MW,世界總產(chǎn)量的4%;洲為44W,總產(chǎn)量的6歐6M占毒性?？赏麑?shí)現(xiàn)的第3代電池效率的途徑包括:疊5M占總產(chǎn)

9、量的9;%其他24W,7M占層電池、多帶光伏電池、碰撞離化、光子下轉(zhuǎn)換、2%;8美國16W,總產(chǎn)量的1%。20705年,界光伏市場安裝量世熱載流子電池、熱離化、熱光伏電池等。16M, 2040W比04年增長3%,中德國安裝最多,4其為太陽能電池(光伏材料主要包括:產(chǎn)生光87,203MW比04年增長5%,世界總安裝量的3占伏效應(yīng)的半導(dǎo)體材料、薄膜用襯底材料、減反射膜5%;7歐洲為90W,2M占總世界安裝量的6%,3日本材料、電極與導(dǎo)線材料、組件封裝材料等。其中用安裝量22,幅為1%,世界總安裝量的9MW增4占來制作太陽能電池所用的半導(dǎo)體材料有元素半導(dǎo)2%;國安裝量為12W,0美0M占世界總安裝量

10、的7,%體、化合物半導(dǎo)體和各種固體溶體。從半導(dǎo)體材料其他安裝量為16 W,4M占世界總安裝量的1%。全0使用的形態(tài)來看,有晶片、薄膜、外延片。按化學(xué)球光伏電池產(chǎn)量預(yù)測如圖2所示,中縱坐標(biāo)表示光其組成及產(chǎn)生電力的方式,太陽能電池可分為無機(jī)太伏發(fā)電占總發(fā)電的百分比。圖3是P V主要生產(chǎn)國近陽能電池、有機(jī)太陽能電池和光化學(xué)電池3大類。10年來產(chǎn)量變化趨勢圖。據(jù)統(tǒng)計(jì),0500年世界202 1按形態(tài)分可以分成塊狀(uk光伏電池和薄膜太陽能電池平均年增長率在2%。B l5(hnn n光伏電池2大類。T ih塊狀(uk B l光伏電池一般指晶體硅太陽能電池,主要包括單晶硅、多晶硅。其電池發(fā)電層的厚度一般在2

11、05Bn之間。其光電轉(zhuǎn)化率一般為540a1%一1%。目前空間用的太陽能電池中單晶硅電35池占重要地位,在今后幾十年內(nèi)仍具有重要地位。薄膜(i-l光伏電池,主要包括硅薄膜型、h i T nfm化合物半導(dǎo)體薄膜型以及新材料薄膜型。其薄膜厚度一般在23m。非晶硅太陽能電池是2m0世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一種新型薄膜太陽能電池,圖2全球光伏電池產(chǎn)量預(yù)測圖F g2Th u p tfr c s f0a h t v l i el i e o t u e a to b lp oo ot c c l a啊一信息記錄材料.001年第8卷第!期60o綜述電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過抽查檢驗(yàn),即可按所需要的規(guī)格

12、組裝成太陽電池組件(陽電池太5004O O3o02o0l00O板,用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。最后用框架和組裝材料進(jìn)行封裝。用戶根據(jù)I996I998I90020I022o o49 51997I999200o032o2系統(tǒng)設(shè)計(jì),可將太陽能電池組件組成各種大小不同的太陽能電池方陣,亦稱太陽能電池陣列。目前單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為1%左右,實(shí)驗(yàn)5室成果也有2%以上的。0來源:成都證券研究所圖3近10年P(guān) V主要生產(chǎn)國家產(chǎn)量變化趨勢F g3T e o t u e d o V h e n f t r g i h up tt n fP c ifma u au i r nc un r

13、a y t n y a s o Ly ne r e e r單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)需要消耗大量的高純硅材料,而制造這些材料工藝復(fù)雜,電耗很大,在太陽能電池生產(chǎn)總成本中己超12/。加之拉制的單晶硅棒呈圓柱狀,切片制作太陽能電池也是圓片, 3塊狀光伏電池塊狀光伏電池一般指晶體硅光伏電池,目前是市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品。晶體硅光伏電池按材料形態(tài)主要分為單晶硅太陽電池和多晶硅太陽電池。其中單晶硅太陽電池在太陽電池中研究最早、先進(jìn)入應(yīng)最用。晶體硅光伏電池以硅半導(dǎo)體材料制成大面積的p n結(jié)進(jìn)行工作。一般采用n+/p同質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu),即在1c見方的硅片上用擴(kuò)散法制作出一層很薄的0m經(jīng)過重?fù)诫s的n型結(jié),后在n型結(jié)上面制作金

14、屬然柵線,為正面電極。在整個背面也制作金屬膜,作作為背面歐姆接觸電極。這樣就形成了晶體硅太陽電池。為了減少光的反射,般在整個表面上再覆蓋一一組成太陽能組件平面利用率低。因此,80年代以來,歐美一些國家投入了多晶硅太陽能電池的研制。32多晶硅太陽能電池.目前,太陽能電池使用的多晶硅材料,多半是含有大量單晶顆粒的集合體,或用廢次單晶硅料和冶金級硅材料熔化澆鑄而成。其工藝過程是選擇電阻率為100Q ? m的多晶塊料或單晶硅頭尾030c料,經(jīng)破碎,用1:5的氫氟酸和硝酸混合液進(jìn)行層減反膜或在硅表面制作絨面?，F(xiàn)分述如下:單晶硅能太陽電池是當(dāng)前開發(fā)得最快的一種太適當(dāng)?shù)母g,然后用去離子水沖洗呈中性,并烘干

15、。用石英坩堝裝好多晶硅料,加人適量硼硅,放人澆鑄爐,在真空狀態(tài)中加熱熔化。熔化后應(yīng)保溫約2mi,然后注入石墨鑄模中,待慢慢凝固冷卻0n后,即得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體,以便切片加工成方形太陽電池片,可提高材制利用率和31單晶硅太陽能電池.陽能電池,它的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝已定型,產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。這種太陽電池以高純的單晶硅方便組裝。多晶硅太陽能電池的制作工藝與單晶硅棒為原料,純度要求9.9%。為了降低生產(chǎn)成999太陽電池差不多,其光電轉(zhuǎn)換效率約1%左右,2本,現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽能電池等采用太陽能級的稍低于單晶硅太陽能電池,但是材料制造簡便,節(jié)單晶硅棒,材料性能指標(biāo)有所放寬。有的也可使用

16、約電耗,總的生產(chǎn)成本較低,因此得到大量發(fā)展。半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料,經(jīng)過復(fù)拉制成太陽能電池專用的單晶硅棒。將單晶硅棒切成片,一般片厚約0 3.mm。硅片4薄膜光伏電池薄膜(hnfm光伏電池,其薄膜厚度一般T il i經(jīng)過形、拋磨、清洗等工序,制成待加工的原料硅。其中包括硅薄膜型(主要包括多晶片。加工太陽能電池片,首先要在硅片上摻雜和擴(kuò)在23m、化合物半導(dǎo)體薄膜型(主散,一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴(kuò)散是在硅、非品硅和微晶硅 aS:H,aS:H:F,aSxii-石英管制成的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行。這樣就硅片上形要包括非結(jié)晶型(i eX、I I G A, IP等I、I成P N結(jié)。然后

17、采用絲網(wǎng)印刷法,精配好的銀漿G l:H等IV族(a s n/I C s系Z、新材料印在硅片上做成柵線,經(jīng)過燒結(jié),同時制成背電V族(d和磷化鋅(nP等極,并在有柵線的面涂覆減反射源,以防大量的光薄膜型電池(主要包括聚合物薄膜太陽能電池和染子被光滑的硅片表面反射掉。因此,單晶硅太陽能料敏化太陽能電池。硼REVl EW41多晶硅薄膜光伏電池.典型硅薄膜光伏電池基本結(jié)構(gòu)示意圖:射法、化學(xué)氣相沉積法、電子束蒸發(fā)法和熱分解硅烷法等。輝光放電法是將一石英容器抽成真空,充人氫氣或氬氣稀釋的硅烷,用射頻電源加熱,使硅烷電圖4典型硅薄膜光伏電池基本結(jié)構(gòu)示意圖F g4T e b sc sr cr e o p c l

18、Si l P e i h a i tu tu f y ia it n f m V c l t h i l從7O年代中期人們就已經(jīng)開始在廉價(jià)襯底上沉積多晶硅薄膜,但由于生長的硅膜晶粒太小,未能制成有價(jià)值的太陽能電池。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法,包括低壓化學(xué)氣相沉積(PV L C D和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(E V P C D工藝,另外還有液相外延法(P ELP和濺射沉積法。化學(xué)氣相沉積主要是以Sl21、SH1、SC4i C2iC3i1或S i,為反應(yīng)氣體,在一定的保護(hù)氣氛下反應(yīng)生l成硅原子并沉積在加熱的襯底上,襯底材料一般選用S、SO、S等。但是,在非硅襯底上很難i i:i N形

19、成較大的晶粒,并且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問題辦法是先用LV t D在襯底上沉一層較薄的非晶硅層,再將這層非晶硅層退火,得到較大的晶粒,然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜,這就是再結(jié)晶技術(shù),目前采用的技術(shù)主要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法。多晶硅薄膜電池除采用了再結(jié)晶工藝外,另外采用了幾乎所有制備單晶硅光伏電池的技術(shù),這樣制得的光伏電池轉(zhuǎn)換效率明顯提高。液相外延(P法的原理是通過將硅熔融在LE母體里,降低溫度析出硅膜。由于多晶硅薄膜電池所使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少,又無效率衰退問題,并且可以在廉價(jià)襯底材料上制備,其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池,而效率高于非晶硅薄膜電池。因此,多晶硅薄膜電池將成為薄膜太

20、陽能中發(fā)展速度最快的。42非晶硅薄膜太陽能電池.非晶硅太陽電池是1796年出現(xiàn)的新型薄膜太陽能電池,它與單晶硅和多晶硅太陽能電池的制作方法完全不同,硅材料消耗少、電耗低。制造非晶硅太陽能電池最常見的方法有輝光放電法、反應(yīng)濺離,形成等離子體。非晶硅膜就沉積在被加熱的襯底上。若硅烷中摻人適量的氫化磷或氫化硼,即可得到N型或P型的非晶硅膜。襯底材料一般用玻璃或不銹鋼板。這種制備非晶硅薄膜的工藝,主要取決于嚴(yán)格控制氣壓、流速和射頻功率,對襯底的溫度的要求也很嚴(yán)格。非晶硅太陽能電池有各種不同的結(jié)構(gòu),其中有種經(jīng)典的結(jié)構(gòu)叫PN型,它是在襯底上先沉積一i層摻磷的N型非晶硅,再沉積一層未摻雜的i,層然后再沉積一

21、層摻硼的P型非晶硅,最后用電子束蒸發(fā)一層減反射膜,并蒸鍍銀電極。此種制作工藝,可以采用一連串沉積室,在生產(chǎn)中構(gòu)成連續(xù)程序,以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。同時,非晶硅太陽能電池很薄,可以制成疊層式,或采用集成電路的方法制造,在一個平面上,用適當(dāng)?shù)难谀９に?一次制作多個串聯(lián)電池,以獲得較高的電壓。非晶硅可以生長在很薄的不銹鋼和塑料襯底上,制備出超輕量級的太陽能電池。這種電池具有很高的電功重量比,首先被用在太陽功率飛機(jī)上,并在1990年完成了首次跨越美國的飛行,創(chuàng)造了太陽功率飛行的新記錄。目前,非晶硅太陽能電池存在的問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低,國際先進(jìn)水平為1%左右,且不夠0穩(wěn)定,常有轉(zhuǎn)換效率衰降的現(xiàn)象,制約著非晶

22、硅電池作為大型太陽能電源,只能應(yīng)用于弱光電源。估計(jì)效率衰降問題克服后,非晶硅太陽電池將促進(jìn)太陽能利用的大發(fā)展,因?yàn)樗杀镜?重量輕,應(yīng)用更為方便,它可以與房屋的屋面結(jié)合構(gòu)成住戶的獨(dú)一立電源。43多元化合物薄膜太陽能電池.在發(fā)展硅系太陽能電池的同時,為了避開硅系太陽能電池存在的普遍問題,人們也在研制其它材料的太陽能電池。這其中主要包括砷化鎵IV族I I化合物、硫化鎘及銅銦硒薄膜電池等。砷化鎵I I I V化合物及銅銦硒薄膜電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率受到人們的普遍重視。砷化鎵屬于II V族化合物半導(dǎo)體材料,其能I隙14V,并且耐高溫性強(qiáng),在二百多度的溫度.e下,光電轉(zhuǎn)換性能仍不受到太大的影響,并且

23、由于其最高光電轉(zhuǎn)換,效率約3%,特別適合做高溫0皿一信息記錄材料20年第8卷07第2期綜述聚光太陽電池。因此,是一種很理想的電池材料。比較簡單,設(shè)備問題容易解決。鎘碲薄膜電池在薄膜電池中歷史是最久的,典型的CT d e光電池結(jié)構(gòu)的主體是由約2m層的P型C T 與后僅01的n型C S形成。C S層的de層.d d上沿先結(jié)合T O,再連接基材C T上沿接合背板,C de以形成一個光電池架構(gòu)。C T d e光電池的制備方法目前有多種工藝可以采用。最常見的方法有濺鍍法、化學(xué)蒸鍍、A E、絲網(wǎng)印刷、電流沉積、化學(xué)L噴射、密集堆積升華法等,其中電流沉積法是最便宜的方法之一,沉積操作需要的溫度較低,所耗用碲

24、元素也最少,也是工業(yè)界采用的主要方法。綜上所述,盡管多元化合物薄膜太陽能電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高,成本較單晶硅電池低,并且也易于大規(guī)模生產(chǎn),但由于其組成元素大都劇毒,會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染,有的元素比較稀有。因此,這種電池并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代品。44聚合物薄膜太陽能電池.在太陽能電池中以聚合物代替無機(jī)材料是剛剛開始的一個太陽能電池的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢,在導(dǎo)電材料(電極表面進(jìn)行多層復(fù)合,制成類似無機(jī)P N結(jié)的單向?qū)щ娧b置。其中一個電極的內(nèi)層由還原電位較低的聚合物修飾,外層聚合物的還原電位較高,電子轉(zhuǎn)移方向只能由內(nèi)層向外層轉(zhuǎn)移;

25、已研究的砷化鎵系列太陽能電池有單晶砷化鎵、多晶砷化鎵、鎵鋁砷砷化鎵異質(zhì)結(jié)、金屬一導(dǎo)半體砷化鎵、金屬一緣體一導(dǎo)體砷化鎵太陽能電池絕半等。砷化鎵等II V化合物薄膜電池的制備類似硅I半導(dǎo)體材料的制備,有晶體生長法、直接拉制法、氣相生長法、液相外延法等。除砷化鎵外,其它I I IV化合物如G S、ab G lP等電池材料也得到了開發(fā)。19an98年德國費(fèi)萊堡太陽能系統(tǒng)研究所制得的砷化鎵太陽能電池轉(zhuǎn)換效率為2.%,為歐洲最高記錄。首次制備的42G lP電池轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到為1.%。另外,該an47研究所還采用堆疊結(jié)構(gòu)制備G A,G S a s ab電池,該電池是將2個獨(dú)立的電池堆疊在一起,G A作為a

26、s上電池,下電池用的是GS,所得到的電池效率ab達(dá)到3.%。11銅銦硒C lS2簡稱C C。是以銅、銦、硒三une I元化合物半導(dǎo)體為基本材料制成的太陽能電池。它是一種多晶薄膜結(jié)構(gòu),CS材料的能降為11V,I.e 適于太陽光的光電轉(zhuǎn)換。另外,C S薄膜太陽能電I池不存在光致衰退問題。CS電池薄膜的制備一般I采用真空鍍膜、硒化法、電沉積、電泳法或化學(xué)氣相沉積法等工藝來制備,材料消耗少,成本低,性能穩(wěn)定,光電轉(zhuǎn)換效率在1%以上。真空蒸鍍法0是采用各自的蒸發(fā)源蒸鍍銅、銦和硒。硒化法是使用H S疊層膜硒化,但這種方法很難得到組分均e勻的CS I。近來還發(fā)展用銅銦硒薄膜加在非晶硅薄膜之上,組成疊層太陽能

27、電池,提高了太陽能電池的效率,并克服了非晶硅光電效率的衰降問題。CS薄膜電池從8I O年代最初8的轉(zhuǎn)換效率發(fā)展到%目前的1%左右。預(yù)計(jì)到20500年CS電池的轉(zhuǎn)換I效率將達(dá)到2%,相當(dāng)于多晶硅太陽能電池。CS0I 作為太陽能電池的半導(dǎo)體材料,具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。1594年雷諾茲發(fā)現(xiàn)了硫化鎘具有光生伏打效應(yīng)。169 0年采用真空蒸鍍法制得硫化鎘太陽能電池,光電轉(zhuǎn)換效率為3 5。16.%94年美國制成的硫化鎘太陽能電池,光電轉(zhuǎn)換效率提高到46。%除了燒結(jié)型的塊狀硫化鎘太陽能電池外,人們更著重研究簿膜型硫化鎘太陽能電池。它是用硫化亞銅為阻擋層,構(gòu)成異質(zhì)結(jié),按硫化鎘材料的理論計(jì)算,

28、其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)1.%。盡管非晶硅薄64膜電池在國際上有較大影響,但是至今有些國家仍指望發(fā)展硫化鎘太陽能電池,因?yàn)樗谥圃旃に嚿狭硪粋€電極的修飾正好相反,并且第1電極上2個種聚合物的還原電位均高于后者的2種聚合物的還原電位。當(dāng)2個修飾電極放人含有光敏化劑的電解波中時,光敏化劑吸光后產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到還原電位較低的電極上,還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉(zhuǎn)移,只能通過外電路通過還原電位較高的電極回到電解液,因此外電路中有光電流產(chǎn)生。聚合物薄膜太陽能電池的制備的關(guān)鍵步驟是聚合物半導(dǎo)體的層的形成。目前主要有3種技術(shù):(真空技術(shù)是目前制備薄膜普遍采用的方法之1主要包括真空鍍膜濺射和分子束外

29、延生長技術(shù);(溶液處理成膜技術(shù)。常用的溶液成膜技2術(shù)主要有電化學(xué)沉積技術(shù)、甩膜技術(shù)、鑄膜技術(shù)、預(yù)聚物轉(zhuǎn)化技術(shù)、L n m i Bo gt技術(shù)、分子組ag ur l ed t裝技術(shù)、印刷技術(shù)等;(單晶技術(shù)。制備聚合3物半導(dǎo)體單晶的方法有:電化學(xué)法、擴(kuò)散法和氣相一,法。由于有機(jī)材料柔性好,制作容易,材料來源廣碾REVlE、泛,成本底等優(yōu)勢,從而對大規(guī)模利用太陽能,提在1%以上,制作成本僅為硅太陽電池的15一/0/I供廉價(jià)電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備太陽1O,壽命能達(dá)到20年以上。能電池的研究僅僅剛開始,不論是使用壽命,還是46柔性光伏電池的發(fā)展.電池效率都不能和無機(jī)材料特別是硅電池相比。能否

30、發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品,還有待于進(jìn)一步研究探索。45染料敏化太陽能電池.染料敏化電池的原理是TO i表面吸附一層對可見光具有良好的吸收性能的染料光敏化劑后,染料分子在可見光的作用下,通過吸收光能而躍遷到激發(fā)態(tài),通過染料分子和TO i表面的相互作用,電子躍遷到較低能級的導(dǎo)帶,進(jìn)人TO i導(dǎo)帶的電子被導(dǎo)電電極薄膜收集,通過外回路,回到反電極產(chǎn)生光電流。染料敏化薄膜太陽能電池主要由以下幾部分組成:透明導(dǎo)電玻璃、納米TO i多孔半導(dǎo)體薄膜、染料光敏化劑、電解質(zhì)和反電極。透明導(dǎo)電玻璃作為導(dǎo)電電極,就是在普通玻璃上鍍上一層摻F或S b的SO n的透明導(dǎo)電膜,也可以是IO薄膜,在導(dǎo)電膜和玻璃之間最好擴(kuò)散

31、一層T幾納米的S i。正、負(fù)電極電子的傳輸和收集主要O是通過導(dǎo)電玻璃進(jìn)行的,其制備方法主要有:磁控濺射、化學(xué)氣相沉積等。光陽極通常是由納米TO i多孔半導(dǎo)體薄膜組成。很多成熟的薄膜制備方法都可以用于制備光陽極。反電極也稱為光陰極,是有透明半導(dǎo)體膜構(gòu)成,主要用于收集電子和催化作用,加速I/;以及陰極電子之間電子交換速度。一i另外,光陰極中厚厚的一層鉑還起光反射作用。染料的性能決定電池的光電轉(zhuǎn)換效率。電解質(zhì)主要作用是傳輸I和I。一典型染料敏化納米晶薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖:傳統(tǒng)的硅基太陽能電池容量大,對太陽光的轉(zhuǎn)換率可以達(dá)到2%,技術(shù)成熟,但是它存在的最0大問題就是必須加工成堅(jiān)硬的板塊狀電池板,這

32、就限制了它的許多用途。柔性太陽能電池重量輕,而且可以折疊、卷曲,甚至可以粘貼在其他物體表面,例如:汽車玻璃、衣服等。200 2年美國加利福尼亞大學(xué)的科學(xué)家借助納米技術(shù)和聚合物研制出一種太陽能電池,整個太陽能電池兩側(cè)的電極之間夾著幾百納米的有機(jī)薄膜,最關(guān)鍵的是其中的硒化鎘納米棒,這種納米棒受到特定波長的光的照射后產(chǎn)生電子空穴對,從而產(chǎn)生電勢差,其太陽能的利用率為19。.%在荷蘭、法國和葡萄牙的科學(xué)家在從事一項(xiàng)命名為HAp aS l(A的柔性電池的研制lh oa H r S工作,H s的效率約為1%,生產(chǎn)成本低、通A3用性好。研制人員稱其產(chǎn)品將在3年內(nèi)出現(xiàn)。日本夏普公司2004年發(fā)明出一種如紙張一

33、般薄的電池,這種太陽能電池像2張名片一樣大,厚20m,重1,發(fā)電能力為26瓦,光電轉(zhuǎn)換效率0u g.高達(dá)185。佳能公司發(fā)明了一種由新材料制成>.%2的柔性太陽能電池,其特點(diǎn)是:由樹脂包封的非晶硅作為主要光電轉(zhuǎn)換層平鋪在柔性材料制成的底版上。20年7月韓國電子和電信研究所太陽能電05池研究小組開發(fā)出了全球效率最高的柔性太陽能電池的原型產(chǎn)品。據(jù)介紹,種太陽能電池只有0這.4mm厚。美國Iw hnFl o aT i i m公司利用太陽能電池制造技術(shù)生產(chǎn)Pw ri光伏系列產(chǎn)品,這種技術(shù)允許o eFl m半導(dǎo)體層沉積在一種如紙張一樣薄的耐用柔性聚合物的襯底上,從而實(shí)現(xiàn)卷曲制造工藝。柔性太陽能電池

34、具有成本低、重量輕、應(yīng)用范圍廣、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn),只要光電轉(zhuǎn)換率達(dá)到應(yīng)用水平,市場前景非常廣泛。1璃基板玻:2:導(dǎo)電薄膜3:密封栲抖4:液態(tài)電解質(zhì)敏染納晶屢導(dǎo)薄玻著化料米體電膜璃暾圖5典型染料敏化薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)圖5結(jié)束語目前,太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸主要有2方F g5T e s u t r ftp c ld e-e st e h n f m o a el i h t cu e o y ia y s n i z d t i l s lr c l r i i納米晶TO太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的i成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定面的問題:第1個是價(jià)格問題:首先要研制能穩(wěn)定獲得高效率且

35、低成本的半導(dǎo)體材料。其次是能用低成本的工藝路線生產(chǎn)這種光伏電池。從成本上講,太陽能電池仍然是目前常規(guī)能源廠一信息記錄材料2年第s7卷第!期綜述另一個是效率問題。太陽能電池轉(zhuǎn)換效率很高,將來也不可能占據(jù)主導(dǎo)地位。而另外2類電池,納米晶太陽能電池和聚合在光一電轉(zhuǎn)換的過程中,并不是所有的入射光譜都能被電池所吸收,并完全轉(zhuǎn)成電流。有一半的光譜因能量小于半導(dǎo)體的能隙,對電池的輸出沒有貢獻(xiàn)。而另一半被吸收的光子中,除了產(chǎn)生電子一空穴對所需要的能量外,大概有一半左右的能量以物修飾電極太陽能電池,它們的研究剛剛起步,技術(shù)不是很成熟,轉(zhuǎn)換效率還比較低,這2類電池還處于探索階段,短時間內(nèi)不可能替代硅系太陽能電池。

36、因此,從轉(zhuǎn)換效率和材料的來源角度講,今后發(fā)展的重點(diǎn)仍是硅太陽能電池特別是硅薄膜電池。參考文獻(xiàn)熱量的形式浪費(fèi)掉。所以,單一電池的最高效率約在2%左右,目前實(shí)驗(yàn)室所研發(fā)出來的電池的效5率幾乎可以達(dá)到理論的最高值。但是因?yàn)橹圃旃に囘^程復(fù)雜,產(chǎn)量太低,造成價(jià)格偏高,不符合經(jīng)濟(jì)效益,所以這成為光伏電池發(fā)展的最大瓶頸。陳振興.高分子電池材料書籍.北京:化學(xué)工1M何艷榮.世界太陽能行業(yè)發(fā)展趨勢2J.太陽能信息光伏?？?總第18期,20.5306.非晶硅太陽電池的發(fā)展機(jī)遇凸顯陽光能源,3J.2006,8.薄膜光伏電池不但存在塊狀光伏電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中遇到的普遍問題,還存在著現(xiàn)有薄膜技術(shù)無法達(dá)到的要求:沉積薄膜的

37、速率在每分鐘1a pn以上;沉積的溫度在60以下;薄膜的厚度在l l以0%Om楊金煥,鄒乾林,談蓓月,等.各國光伏路線圖與4光伏發(fā)電的進(jìn)展J.陽光能源,068:5.20.(1王斯成.世界最新光伏動態(tài)(5參加第3屆L E1E E光伏專家會議和超大規(guī)模光伏主題會議的情況介紹,C.北京市計(jì)科能源新技術(shù)開發(fā)公司.性能優(yōu)異的異質(zhì)結(jié)超薄太陽能電池6J.光伏?？?2681007.下;成長的晶粒大小在1以下;少數(shù)載子的擴(kuò)m散長度超過1。所以雖然電池的薄膜技術(shù)已經(jīng)0被人們廣泛接受,被認(rèn)為是最具有潛力的方式。但是目前為止仍然沒有任何一種技術(shù)可以進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化。另外,由材料來源看,由于IV族化合物I I及CS等系由稀有

38、元素所制備,即使它們所制備的IT e E p t t so h oa e g h t v hac Cel h x ai e ft e S l rEn r y P oo o i l aCHENG Zhixu,W ANG aii Xio l(uk i GopC r,B o i704hnL cyFl r o m u p adn015,C i g aAb t a t n r c n e r,u d rte d u l r s u e o e d c e s f n r y s u c n n io me t o lto,t e s r c:I e t as e y n e o b e p e s r

39、f e r a e o e g o r e a d e vr n n l in h h h t e p u p o o o ti n u ty i e e o i g r pd y.T e d ti d s r t n a o tte d v lp n r c s,tp n k n eh h tv l c id sr sd v l pn a il a h eal e ci i b u e eo me tp o e s po h y e a d ma i g t-c n lg b u e t i l p oo v l i el,a d t e b t e n e r b e i h tv h i

40、 n u ty d v l p n,a d te oo y a o t n f m h t ot c c l h t h i a s n ot-e k p o lm n p oo o a c id s e e o me t n h l r h p o p csa o tp oo oti n u t sp e e td r s e t b u h tv l c i d sr i rs n e.a y Ke r s o a n r y;p oo ot i f c y wo d:s lr e e g h tv l c e e t;p oo oti el;t i l a h tv l cc l a h

41、 n f m i1本文由190038065貢獻(xiàn)pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機(jī)查看。信息記錄材料 2007 年 8 卷 2 期第第綜述太陽能光伏電池綜述成志秀 , 王曉麗(中國樂凱膠片集團(tuán)公司 , 保定 071054摘 : 近幾年來 , 由于能源減少和環(huán)境污染的雙重壓力 ,使得光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展 .詳細(xì)敘述了薄膜光伏電池要的發(fā)展歷程 , 種類和光伏電池的制備工藝 ,以及薄膜光伏電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題 ,并對光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了展望 . 關(guān)鍵詞 : 太陽能 ; 光伏效應(yīng) ; 光伏電池 ; 薄膜中圖分類號 : TK02 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 : A 文章編號 : 100

42、9 - 5624 ( 2007 02 - 0041 - 071 前言1. 77 ×千瓦 , 比目前全世界平均消費(fèi)電力還要大 1012釋放包括二氧化碳在內(nèi)的任何氣體 , 是對環(huán)境無污染的可再生能源.這對改善生態(tài)環(huán)境 ,緩解溫室氣體的有害作用具有重大意義 .因此太陽能電池有望成為 21 世紀(jì)的重要新能源.目前一些發(fā)達(dá)國家采用太陽能電池發(fā)出的電并入電網(wǎng)的措施 , 既能部分平衡高峰用電 , 又可省去儲電的費(fèi)用.太陽能發(fā)電系統(tǒng)一般沒有發(fā)電機(jī)具有的轉(zhuǎn)動部件 , 所以也不會產(chǎn)生噪音 , 不容易損壞 .太陽能發(fā)電裝置規(guī)?？纱罂尚?, 小的可以是數(shù)瓦或數(shù)十瓦 , 如便攜式太陽能手電筒和太陽能手機(jī)充電器

43、 , 大的可以是數(shù)兆瓦或數(shù)十兆瓦 , 例如大型發(fā)電站等 .數(shù)億倍.太陽能不但數(shù)量巨大 , 而且源于太陽的各種綠色能源 , 如 : 風(fēng)能 ,潮汐能 ,生物質(zhì)能,水力能都屬于可再生能源 , 只要有太陽的存在 , 能源就像陽光一樣源源不斷 .太陽能的利用有很多種 , 可以利用光的熱效應(yīng) , 將太陽輻射轉(zhuǎn)化成熱能 ; 也可以利用光的伏特效應(yīng) , 將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換成電能等.在太陽能的有效利用中 , 太陽能的光電利用成為近些年發(fā)展最快,最具活力的研究領(lǐng)域 .太陽能電池的研究發(fā)展也日益迅速起來. 太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產(chǎn)生電能 , 不需要消耗燃料和水等物質(zhì) , 使用中不2 光伏電池簡介作

44、為太陽能電池工作基本原理的光伏效應(yīng) ( Pho2 tovoltaic Effect縮寫 PV 是 1839 年被發(fā)現(xiàn)的.由太陽光的光量子與材料相互作用而產(chǎn)生電勢 , 從而把光的能量轉(zhuǎn)換成電能 , 此種進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的光電元件稱為太陽電池 ( Solar Cell , 也可稱之為光伏電池. 1954 年 Bell實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一個太陽能電池 , 不過由于效率太低 , 造價(jià)太高 , 缺乏商業(yè)價(jià)值.隨著航天技術(shù)的發(fā)展 , 使太陽能電池的作用不可替代 , 太陽能電池成為太空飛行器中不可取代的重要部分. 1958年 3月發(fā)1958年 5月蘇聯(lián)發(fā)射的第 3顆人造衛(wèi)星上也開始裝設(shè)射的美國 Vanguard 1

45、 號上首次裝設(shè)了太陽能電池.收稿日期 : 2006 - 10 - 18 作者簡介 : 成志秀 ( 1977 - , 女 , 工程師 , 主要從事膜林科方面的研究.太陽能電池.到 1969年美國人登陸月球 , 這使得太陽41REV IEWInfor a tion R ecord ing M a teia ls 2007 V ol m .8 No .2能電池的發(fā)展達(dá)到了第 1個巔峰期.此后 , 幾乎所有發(fā)射的人造天體上都裝設(shè)太陽能電池. 20 世紀(jì) 70 年代初期 , 由于中東戰(zhàn)爭 , 石油禁運(yùn) , 使得工業(yè)國家的石油供應(yīng)中斷 , 出現(xiàn)了 " 能源危機(jī) " 人們開始認(rèn)識 , 到

46、不能長期依靠傳統(tǒng)能源.特別是近年來地面能源面臨的礦物燃料資源的減少與環(huán)境污染的問題 , 于是太陽能電池的應(yīng)用已被提上了各國政府的議事日程.1990年以后 , 太陽能的發(fā)展開始與民用電相結(jié)合 ,其最大的特點(diǎn)是在降低成本方面有很大的優(yōu)勢 , 便于大面積連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn) .其應(yīng)用市場 , 一是弱光電池市場 , 二是功率型應(yīng)用市場 . 下圖是一般太陽能組件結(jié)構(gòu) :"grid2connected photovoltaic system " (與市電并聯(lián)型太陽能電池發(fā)電系統(tǒng) 開始推廣 , 太陽能電池不斷有新的結(jié)構(gòu)與制造技術(shù)被研發(fā)出來.圖 1 一般太陽能組件結(jié)構(gòu) Fig 1 The str

47、ucture of normal solar energy至今太陽能電池已經(jīng)發(fā)展到了第 2 代 .第 1 代太陽能電池包括單晶硅和多晶硅 2 種 , 工業(yè)化產(chǎn)品效率一般為 13% 15% , 目前可工業(yè)化生產(chǎn) ,可獲得利潤的太陽能電池就是指第 1 代電池 .但是由于生產(chǎn)工藝等因素使得該類型的電池生產(chǎn)成本較高 .第 2 代太陽能電池是薄膜太陽能電池 , 其成本低于第 1 代 , 可大幅度增加電池板制造面積 , 但是效率不如第 1 代 .在將來的第 3 代太陽能電池應(yīng)該具有以下特征 : 薄膜化 ,高效率 ,原材料豐富和無毒性 .可望實(shí)現(xiàn)的第 3 代電池效率的途徑包括 : 疊層電池 ,多帶光伏電池

48、,碰撞離化 ,光子下轉(zhuǎn)換 , 熱載流子電池 ,熱離化 ,熱光伏電池等 . 太陽能電池(光伏 材料主要包括 : 產(chǎn)生光伏效應(yīng)的半導(dǎo)體材料 ,薄膜用襯底材料 ,減反射膜材料 ,電極與導(dǎo)線材料 ,組件封裝材料等 .其中用來制作太陽能電池所用的半導(dǎo)體材料有元素半導(dǎo)體 ,化合物半導(dǎo)體和各種固體溶體 .從半導(dǎo)體材料使用的形態(tài)來看 , 有晶片 ,薄膜 ,外延片 .按化學(xué)組成及產(chǎn)生電力的方式 , 太陽能電池可分為無機(jī)太陽能電池 ,有機(jī)太陽能電池和光化學(xué)電池 3 大類 . 按形態(tài)分可以分成塊狀 ( B ulk 光伏電池和薄膜 ( Thin 2film 光伏電池 2 大類 . 塊狀 (B ulk 光伏電池一般指晶

49、體硅太陽能電池 , 主要包括單晶硅 ,多晶硅 .其電池發(fā)電層的厚度一般在 250 450 m 之間 .其光電轉(zhuǎn)化率一般為 13% 15% .目前空間用的太陽能電池中單晶硅電池占重要地位 , 在今后幾十年內(nèi)仍具有重要地位 . 薄膜 ( Thin 2film 光伏電池 , 主要包括硅薄膜型 , 化合物半導(dǎo)體薄膜型以及新材料薄膜型 .其薄膜厚度一般在 2 3mm.非晶硅太陽能電池是 20 世紀(jì) 70 年代中期發(fā)展起來的一種新型薄膜太陽能電池 ,據(jù)文獻(xiàn)資料報(bào)導(dǎo) , 目前太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換率 : 單晶硅為 24. 7% ; 多晶硅為 19. 8% ; 非晶硅為 14. 5% ; GaA s為 25.

50、7% ; C IGS 為 18. 8% ; 多接面串疊型 ( InGaP / GaA s/ / InGaA s, multijunction tandem cell 33. 3% . 近年來 ,光伏電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速.據(jù) 2004 年數(shù)據(jù)分析 ,各種太陽能電池中硅基太陽能電池占總產(chǎn)量的 98% ,晶體硅太陽能電池占總產(chǎn)量的 84. 6% ,多晶硅太陽能電池占總量的 56% . 2005 年 , 世界太陽能電池總產(chǎn)量 1656MW ,其中日本仍居首位 , 762MW ,占世界總產(chǎn)量的 46% ; 歐洲為464MW , 占總產(chǎn)量的 28% ;美國 156MW ,占總產(chǎn)量的 9% ; 其他 274MW

51、 ,占總產(chǎn)量的17% . 2005 年 , 世界光伏市場安裝量 1460MW ,比 2004 年增長 34% ,其中德國安裝最多 ,為 837MW ,比 2004 年增長 53% , 占世界總安裝量的 57% ;歐洲為920MW , 占總世界安裝量的 63% , 日本安裝量 292MW , 增幅為 14% , 占世界總安裝量的 20% ;美國安裝量為 102MW ,占世界總安裝量的 7% , 其他安裝量為 146MW ,占世界總安裝量的 10% .全球光伏電池產(chǎn)量預(yù)測如圖 2 所示 ,其中縱坐標(biāo)表示光伏發(fā)電占總發(fā)電的百分比 .圖 3是 PV 主要生產(chǎn)國近 10 年來產(chǎn)量變化趨勢圖.據(jù)統(tǒng)計(jì) ,

52、2005 2010 年世界太陽能電池平均年增長率在 25% .圖 2 全球光伏電池產(chǎn)量預(yù)測圖Fig 2 The output forecast of global photovoltaic cell42信息記錄材料 2007 年 8 卷 2 期第第綜述電池的單體片就制成了 .單體片經(jīng)過抽查檢驗(yàn) , 即可按所需要的規(guī)格組裝成太陽電池組件 (太陽電池板 , 用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流 .最后用框架和組裝材料進(jìn)行封裝 .用戶根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) , 可將太陽能電池組件組成各種大小不同的太陽能電池方陣 , 亦稱太陽能電池陣列 .目前單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 15%左右 , 實(shí)驗(yàn)圖 3 近

53、 10 年 PV 主要生產(chǎn)國家產(chǎn)量變化趨勢Fig 3 The output trend of PV chief manufaturing country neary ten years 室成果也有 20%以上的 . 單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)需要消耗大量的高純硅材料 , 而制造這些材料工藝復(fù)雜 , 電耗很大 , 在太陽能電池生產(chǎn)總成本中己超 1 /2.加之拉制的單晶硅棒呈圓柱狀 , 切片制作太陽能電池也是圓片 , 組成太陽能組件平面利用率低 .因此 , 80 年代以來 , 歐美一些國家投入了多晶硅太陽能電池的研制.3. 2 多晶硅太陽能電池3 塊狀光伏電池塊狀光伏電池一般指晶體硅光伏電池 , 是目

54、前市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品 .晶體硅光伏電池按材料形態(tài)主要分為單晶硅太陽電池和多晶硅太陽電池 .其中單晶硅太陽電池在太陽電池中研究最早 , 最先進(jìn)入應(yīng)用 .晶體硅光伏電池以硅半導(dǎo)體材料制成大面積的pn結(jié)進(jìn)行工作 .一般采用 n + /p 同質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu) , 即目前 , 太陽能電池使用的多晶硅材料 , 多半是含有大量單晶顆粒的集合體 , 或用廢次單晶硅料和冶金級硅材料熔化澆鑄而成 .其工藝過程是選擇電阻率為 100 300 · cm 的多晶塊料或單晶硅頭尾料 , 經(jīng)破碎 , 用 1: 5 的氫氟酸和硝酸混合液進(jìn)行適當(dāng)?shù)母g , 然后用去離子水沖洗呈中性 , 并烘干 . 用石英坩堝裝好多晶硅料 ,

55、 加人適量硼硅 , 放人澆鑄爐 , 在真空狀態(tài)中加熱熔化 .熔化后應(yīng)保溫約20m in, 然后注入石墨鑄模中 , 待慢慢凝固冷卻后 ,在 10cm 見方的硅片上用擴(kuò)散法制作出一層很薄的經(jīng)過重?fù)诫s的 n 型結(jié) , 然后在 n 型結(jié)上面制作金屬柵線 ,作為正面電極 .在整個背面也制作金屬膜 ,作為背面歐姆接觸電極 .這樣就形成了晶體硅太陽電池 .為了減少光的反射 , 一般在整個表面上再覆蓋一層減反膜或在硅表面制作絨面 .現(xiàn)分述如下 :3. 1 單晶硅太陽能電池單晶硅能太陽電池是當(dāng)前開發(fā)得最快的一種太陽能電池 , 它的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝已定型 , 產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面 .這種太陽電池以高純的單晶硅棒

56、為原料 , 純度要求99. 999% .為了降低生產(chǎn)成本 , 現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽能電池等采用太陽能級的單晶硅棒 , 材料性能指標(biāo)有所放寬 .有的也可使用半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料 , 經(jīng)過復(fù)拉制成太陽能電池專用的單晶硅棒 . 將單晶硅棒切成片 , 一般片厚約 0. 3mm.硅片經(jīng)過形 ,拋磨 ,清洗等工序 , 制成待加工的原料硅片 .加工太陽能電池片 , 首先要在硅片上摻雜和擴(kuò)散 , 一般摻雜物為微量的硼 ,磷 ,銻等 .擴(kuò)散是在石英管制成的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行 .這樣就硅片上形成 P /N 結(jié) .然后采用絲網(wǎng)印刷法 , 精配好的銀漿印在硅片上做成柵線 , 經(jīng)過燒結(jié) , 同時制成背電極

57、 , 并在有柵線的面涂覆減反射源 , 以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉 .因此 , 單晶硅太陽能即得多晶硅錠 .這種硅錠可鑄成立方體 , 以便切片加工成方形太陽電池片 , 可提高材制利用率和方便組裝 .多晶硅太陽能電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多 , 其光電轉(zhuǎn)換效率約 12%左右 , 稍低于單晶硅太陽能電池 , 但是材料制造簡便 , 節(jié)約電耗 , 總的生產(chǎn)成本較低 , 因此得到大量發(fā)展 .4 薄膜光伏電池薄膜 ( Thin 2film 光伏電池 , 其薄膜厚度一般在 2 3 m.其中包括硅薄膜型(主要包括多晶硅 ,非晶硅和微晶硅 ,化合物半導(dǎo)體薄膜型 (主料敏化太陽能電池 .要包括非結(jié)

58、晶型 ( a 2Si: H , a 2Si: H: F , a 2Six2 Gel - x: H 等 , III - V 族( GaA s, InP 等 , II V I族 ( Cds 系 和磷化鋅 ( Zn3 P2 等 ,新材料薄膜型電池 (主要包括聚合物薄膜太陽能電池和染43REV IEW 4. 1 多晶硅薄膜光伏電池Infor a tion R ecord ing M a teia ls 2007 V ol m .8 No .2典型硅薄膜光伏電池基本結(jié)構(gòu)示意圖 :圖 4 典型硅薄膜光伏電池基本結(jié)構(gòu)示意圖Fig 4 The basic structrue of typ ical Si2thin film PV cell從 70 年代中期人們就已經(jīng)開始在廉價(jià)襯底上沉積多晶硅薄膜 , 但由于生長的硅膜晶粒太小 , 未能制成有價(jià)值的太陽能電池 .目前制備多晶硅薄膜