非晶硅薄膜太阳能电池应用分析
2023年非晶硅型太阳能电池行业市场前景分析
2023年非晶硅型太阳能电池行业市场前景分析近年来，光伏产业不断发展，太阳能电池是其中的关键技术之一。
非晶硅型太阳能电池作为太阳能电池中的一种重要类型之一，在太阳能发电市场中也有着广阔的应用前景。
本文将从市场规模、产业链分析、技术发展趋势等角度，对非晶硅型太阳能电池行业的市场前景进行分析。
一、市场规模太阳能电池作为一种新型的清洁能源，可以有效替代传统的化石能源。
全球范围内，有越来越多的国家和地区开始重视并大力发展光伏产业，太阳能电池的市场规模也在不断扩大。
其中，非晶硅型太阳能电池在市场中的份额逐渐增加。
据市场研究机构Statista发布的数据显示，2018年全球太阳能电池市场规模达到了44.5亿美元，2022年有望达到63.3亿美元。
其中，过去几年来非晶硅型太阳能电池的应用比例逐渐提高，到2022年预计达到了21%。
这一趋势说明，全球太阳能电池市场中非晶硅型太阳能电池的应用前景良好。
二、产业链分析非晶硅型太阳能电池的产业链主要包括硅材料、非晶硅薄膜、太阳能电池模组等环节。
其中，硅材料是太阳能电池的核心原材料，非晶硅薄膜技术是非晶硅型太阳能电池的关键技术。
在全球范围内，硅材料的生产商较多，包括美的集团、LDK太阳能、中材科技等。
而非晶硅薄膜领域的技术发展主要由少数几家企业主导，包括日本旭硝子、美国第一太阳能和韩国财团等。
此外，太阳能电池模组的生产商也众多，包括全球知名的龙头企业如协鑫集成、天合光能等。
三、技术发展趋势近年来，随着太阳能电池市场的快速发展，非晶硅型太阳能电池的研发投入也不断增加。
在技术方面，非晶硅型太阳能电池的效率逐年提高，同时也呈现出以下几个方向的技术发展趋势：1.提高转换效率。
目前，非晶硅型太阳能电池的转换效率一般在7%到10%之间。
未来，技术研发人员有望通过优化薄膜制备技术等方法，将转换效率提高到12%以上。
2.提高稳定性。
非晶硅型太阳能电池在长时间使用后，易出现性能下降的问题。
非晶硅薄膜太阳能电池应用分析
非晶硅薄膜太阳能电池应用分析1. 简介非晶硅薄膜太阳能电池是一种主要由非晶硅薄膜材料制成的光伏电池。
本章将介绍非晶硅薄膜太阳能电池的基本原理和优点，以及其在太阳能行业中的前景和应用。
2. 非晶硅薄膜太阳能电池的技术原理本章将详细介绍非晶硅薄膜太阳能电池的技术原理，包括其制备、结构、物理特性等方面的内容。
同时，还将重点探讨非晶硅薄膜太阳能电池的能量转换效率、光电性能、光损失等方面的问题。
3. 非晶硅薄膜太阳能电池的应用现状本章将介绍非晶硅薄膜太阳能电池在各个领域的应用情况，包括建筑、汽车、移动电源、航空航天等方面。
同时，还将分析非晶硅薄膜太阳能电池在实际应用中面临的挑战和前景。
4. 非晶硅薄膜太阳能电池的未来发展方向本章将分析非晶硅薄膜太阳能电池的未来发展趋势和方向。
主要从材料、工艺、结构和技术方面探讨非晶硅薄膜太阳能电池的改进和提高能量转换效率等方面的发展。
5. 结论本文对非晶硅薄膜太阳能电池的技术原理、应用现状和未来展望进行了比较全面的介绍和分析。
结合当前的环境和产业背景，本文认为非晶硅薄膜太阳能电池具有广阔的市场前景，并有望在未来成为太阳能电池领域的主流产品之一。
第一章：简介随着全球能源需求的不断增长和对可再生能源的需求越来越强烈，太阳能电池作为最具代表性的新能源技术之一，正变得越来越受到人们的关注。
非晶硅薄膜太阳能电池（Amorphous Silicon Thin Film Solar Cell，简称a-Si电池）是目前人们对太阳能电池的一种有效研究和开发方向之一。
相较于传统的多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池，a-Si电池具有材料和制造成本低、可扩展性高、透明性好等特点。
本章将介绍非晶硅薄膜太阳能电池的基本原理和优点，以及其在太阳能行业中的前景和应用。
1.1 非晶硅薄膜太阳能电池的基本原理多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池的构造非常相似，主要由n型硅和p型硅两种材料组成。
在阳光的照射下，太阳能会被电池中的半导体材料吸收，产生电子与空穴。
非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池，也被称为非晶硅薄膜太阳电池，是一种利用非晶硅材料制成的光伏电池。
非晶硅太阳电池具有柔性、轻薄和低造价等优点，适用于一些特殊场合和应用领域。
本文将从非晶硅材料的特性、非晶硅太阳电池的结构和工作原理、非晶硅太阳电池的优缺点以及应用领域等方面进行详细介绍。
非晶硅是一种非晶态的硅材料，其原子结构杂乱无序，与晶体硅相比，非晶硅具有更高的能量转换效率和更低的制造成本。
非晶硅太阳电池通常由玻璃或塑料基底、透明导电薄膜、非晶硅光伏层、背电极和接线等部分组成。
非晶硅太阳电池使用非晶硅材料作为光伏层，其中掺杂了少量的杂质元素，使得材料具有较高的光电转换效率。
非晶硅太阳电池的工作原理主要基于光伏效应，即光子入射到非晶硅光伏层上后被吸收，释放出电子和空穴，并在电场的作用下分别流向背电极和透明导电薄膜，从而形成电流。
非晶硅太阳电池的光伏转换效率与光伏层的材料性能、光伏层的厚度、非晶硅材料的电学性质等因素密切相关。
非晶硅太阳电池具有以下优点：首先，非晶硅太阳电池可以制备成柔性和轻薄的结构，适应各种复杂的曲面和形状，具有更广阔的应用空间；其次，非晶硅太阳电池的制造成本较低，生产工艺简单，可以实现大规模生产和应用；此外，非晶硅太阳电池在低光强和低温环境下具有较高的光电转换效率，适用于一些特殊应用领域。
然而，非晶硅太阳电池也存在一些缺点：首先，非晶硅太阳电池的光电转换效率相比于其他材料的太阳电池要低一些；其次，非晶硅太阳电池对光强和温度的变化较为敏感，在高温和强光环境下效果较差；另外，非晶硅太阳电池的使用寿命较短，一般在10年左右。
非晶硅太阳电池在一些特殊领域有广泛应用。
例如，在电子设备领域，非晶硅太阳电池可以用于制备柔性和可折叠的光伏电池组件，为电子设备提供可持续的电力；在建筑领域，非晶硅太阳电池可以嵌入到建筑材料中，如玻璃幕墙、屋顶瓦片等，实现建筑一体化太阳能利用；此外，非晶硅太阳电池还可以应用于一些便携式充电设备、户外太阳能供电系统等领域。
一文读懂非晶硅太阳能电池及其应用
一文读懂非晶硅太阳能电池及其应用目前光伏市场上，制作太阳能电池使用的最多的材料就是硅，其中主要分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池以及非晶硅太阳能电池，前两种，由于所用材料是间接带隙半导体——吸收太阳能时需要一定的厚度，PN结比较厚(一般大于200微米)，所以其硅原料消耗较多，成本相应较高，电池板的价格居高不下，其所造成的硅浪费也比较大，而硅是十分多用途的重要半导体。
非晶硅为直接带隙半导体，光辐射吸收范围广，所需厚度薄，故此非晶硅薄膜太阳能电池可以做得很薄，光吸收薄膜总厚度大约1微米，非晶硅以其原料消耗少，低成本以及较好的性能而得到市场的青睐。
非晶硅太阳能电池的特点低成本1、硅材料用料少，可充分吸收光，单晶要200μ厚，非晶1μ厚(非晶硅光吸收系数大)。
2、主要原材料是生产高纯多晶硅过程中使用的硅烷，这种气体，化学工业可大量供应，且十分便宜，制造一瓦非晶硅太阳能电池的原材料本约RMB3.5-4(效率高于6%)。
3、晶体硅太阳电池的基本厚度为240-270um，相差200多倍，大规模生产需极大量的半导体级，仅硅片的成本就占整个太阳电池成本的65-70%，在中国1瓦晶体硅太阳电池的硅材料成本已上升到RMB22以上。
从原材料供应角度分析，人类大规模使用阳光发电，最终的选择只能是非晶硅太阳电池及其它薄膜太阳电池，别无它法!易于形成大规模因为核心工艺适合制作特大面积无结构缺陷的a-Si合金薄膜;只需改变气相成分或者气体流量便可实现pn结以及相应的叠层结构;生产可全程自动化。
品种多，用途广薄膜的a-Si太阳能电池易于实现集成化，器件功率、输出电压、输出电流都可自由设计制造，可以较方便地制作出适合不同需求的多品种产品。
由于光吸收系数高，暗电导很低，适合制作室内用的微低功耗电源，如手表电池、计算器电池等。
由于a-Si膜的硅网结构力学性能结实，适合在柔性的衬底上制作轻型的太阳能电池。
灵活多样的制造方法，可以制造建筑集成的电池，适合户用屋顶电站的安装。
薄膜硅太阳能电池的研究状况分析
薄膜硅太阳能电池的研究状况分析摘要：薄膜硅太阳能电池具有广阔的前景，但是当前大规模产业化的非晶硅薄膜电池效率偏低，为了实现光伏发电平价上网，必须对薄膜硅太阳能电池进行持续的研究。
本文主要总结了提高薄膜硅太阳能电池效率的主要技术与进展，如TCO技术、窗口层技术、叠层电池技术和中间层技术等，这些技术用在产业化中将会进一步提高薄膜硅太阳能电池的转换效率，进而降低薄膜硅电池的生产成本。
一引言在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源短缺并造成环境污染的形势下，可持续发展战略普遍被世界各国接受。
光伏能源以其具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿命以及免维护性等其它常规能源所不具备的优点，被认为是二十一世纪最重要的新能源。
当前基于单晶硅或者多晶硅硅片的晶体硅电池组件市场占有率高达90%，但是，晶体硅电池本身生产成本较高，组件价格居高不下，这为薄膜硅太阳能电池的发展创造了机遇。
薄膜硅太阳能电池的厚度一般在几个微米，相对于厚度为200微米左右的晶体硅电池来说大大节省了原材料，而且薄膜硅太阳能电池的制程相对简单，成本较为低廉，因此在过去的几年里薄膜硅太阳能电池产业发展迅猛。
但是当前大规模产业化的薄膜硅太阳能电池转换效率只有5%-7%，是晶体硅太阳能电池组件的一半左右，这在一定程度上限制了它的应用范围，也增加了光伏系统的成本。
为了最终实现光伏发电的平价上网，必须进一步降低薄膜硅太阳能电池的生产成本，因此必须对薄膜硅太阳能电池开展持续的研究，利用新的技术与工艺降低薄膜硅太阳能电池的成本。
本文着重从提高薄膜硅太阳能电池的转换效率方面介绍当前薄膜硅太阳能电池的研究现状。
二、提高薄膜硅太阳能电池效率的措施提高薄膜硅太阳能电池效率的途径包括：提高进入电池的入射光量；拓宽电池对太阳光谱的响应范围；提高电池的开压尤其是微晶硅薄膜太阳能电池（?c-Si）的开压；抑制非晶硅薄膜太阳能电池（a-Si）的光致衰退效应等。
应用于低成本非晶硅薄膜太阳能电池组件生产的大批量并行生产工艺
积 。通 过 台 阶仪 测 试 了基 板 编 号 为 １ １ ０ ６ — ３ ２ ４ ０ ３ — ５ ４ ８ 双 节 非 晶硅 薄 膜 的 总 厚度 。 其 厚 薄 差见 三 维 立 体 图 （ 见图３ ） 。总 的来 讲， 厚度 均匀 性是 非常 好 的 ， 平均 厚度为 ５ ３ ７ ｎ ｍ， 偏差为 １ ３
０ ０ ０ Ｗ， ｍ ２ 。 大气质量指数 为 Ａ Ｍ１ ． ５ 。 电池 温 度 为 ２ ５ ￣ ２ ￣ Ｃ 。 测 试
结 果 见 图 ４：
占
坐 。
１５
分 。
比 ５
（ ％） ０
功率 （ ＷＰ ）
图２ （ ｂ ） 功 率分 布 图
Ｏｕ ｔ ｄ ｏ ｏ ｒ ｄ ａ ｔ ａ（ ａ ｎ ｄ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｉ ｆ ｔ ） ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ４ ｙ ｅ ａ ｒ ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ
图 ４ 老 化试 验 功 率 衰减 曲线
刘先平等 ： 应 用于低成本 非晶硅 薄膜 太阳能 电池组件 生产的 大批 量并行生产 工艺
在晴天尤其在室外强光直射下 ， 电池 板 温 度 较 高 。 如 前 所
学术研 究
１ ３
积 ２ ８炉 产 品 的 生 产 统 计 ， 平均 功率达到 ５ ７ ． ６ ５ Ｗｐ 。 大 于 等 于
了 ４年 多 ， 在 这 个 过 程 中 组 件 在 开 路 状 态 下 连 续暴 露 在 室外 ，
并 从 老 化 试 验架 上 挪 到 双 轴 太 阳能 跟 踪 装 置 的支 架 上 进 行 定
功率 （ ＷＰ 】 图２ （ ａ ） 功率 分 布 图
期 的 耐 老 化 性 能 测 试 ，测 试 条 件 为 标 准 测 试 条 件 ：光 强 １
非晶硅及薄膜太阳能电池技术的发展与应用
非晶硅及薄膜太阳能电池技术的发展与应用随着环保意识的不断提高和能源危机的日益加剧，太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源，逐渐成为了世界各国节能减排和发展可再生能源的重要选择。
而在众多太阳能电池技术中，非晶硅和薄膜太阳能电池技术因其高效、轻薄、柔性等优点，受到了越来越多的关注。
本文将探讨非晶硅及薄膜太阳能电池技术的发展历程、特点以及应用前景。
一、非晶硅太阳能电池技术的起源和发展非晶硅太阳能电池是一种利用非结晶硅（a-Si）薄膜作为光电转化层制成的新型太阳能电池。
20世纪70年代初期，斯坦福大学的英国物理学家David Adler和John W. Coburn等人，在研究等离子体物理学时，偶尔发现了a-Si材料的非晶性质和光电特性，进而发展出了非晶硅太阳能电池。
相较于传统的晶硅太阳能电池，非晶硅太阳能电池具有以下几个突出优点：1.高效：非晶硅太阳能电池的光电转换效率高，可以达到10%以上。
2.轻薄：由于非晶硅材料具有较小的晶粒大小和结构不规则，因此可以制备出非常薄的电池层，使得整个太阳能电池组件变得轻薄、灵活，便于安装和使用。
3.低成本：非晶硅太阳能电池具有制备工艺简单、原材料价格低廉的特点，因此制造成本相对于晶硅太阳能电池较低。
4.半透明：非晶硅太阳能电池可制成半透明的电池层，可以用于建筑物的幕墙、采光、遮阳等场合。
二、薄膜太阳能电池技术的发展历程和优势薄膜太阳能电池技术是指将各种材料的薄膜制成太阳能电池的光电转化层，其中包括非晶硅、铜铟镓硫（CIGS）、铜铟镓铝硫（CIGAS）等多种材料。
相比非晶硅太阳能电池，薄膜太阳能电池材料的选择更加广泛，也因此有更大的发展前景。
早在20世纪50年代，人们就开始了对于薄膜太阳能电池的研究。
当时使用的材料主要是半导体材料，但是效率较低，仅能达到不到1%。
1983年，美国联邦航空局研制出了铜铟镓硫（CIGS）薄膜太阳能电池，并在1991年实现了15.9%的能量转化效率，创造出了当时太阳能电池记录，这一技术因其高效、柔性等特点，受到了世界各国的瞩目。
非晶硅薄膜太阳能电池的研究进展
尚德电力集团董事长：施正荣（长春理工大学校友）
太阳能光伏市场发展趋势
非晶硅太阳能电池迅猛发展
2004-2010太阳能电池的发展（GW）
太阳能光伏市场发展趋势
国际大厂积极扩大非晶硅薄膜电池产量
公司名称
Sharp（夏普）
产品类型
单/多晶硅，非晶硅
国别/地区
日本
2008产能（MW）
600
2008产量（MW）
PV组件生产 成本
140日元 /W
PV组件的寿 命 Si原料的消 耗 变换器（功 率单元） 蓄电池
20年 1013g/W 30.0日元 /W 10.0日元 /W
到2030年的日本PV研发目标
到2030年的日本PV组件/电池的转换效率目标
国内太阳能电池光伏市场的发展
无锡尚德电力（suntech power）
国外太阳能光伏市场发展趋势
欧、美、日是太阳能电池主市场
国外太阳能光伏市场发展趋势
日本、欧洲、美国都提出了各自的中长期PV发展路线图
项目 现状 2010-2030年目 标 100日元/W (2010年) 75日元/W（ 2020年） <50日元/W（ 2030年） 30年（2020年） 1g/W（2030年） 15.0日元/W（ 2020年） 10日元/W，寿命 >20年（2020年 ） 太阳能 电池类 型 晶体硅 电池 薄膜电 池 CIS电 池 III-V 电池 染料敏 化电池 目标转换效率（实验室效 率）（%） 现状效率（ %） 2010 2030 2020年 年 年 13-14.8（ 18.4） 10（14.7） 10-12（ 18.9） 聚光（38.9 ） （10.5） 16（ 20） 12（ 15） 13（ 19） 28（ 40） 6（10 ） 19（25 ） 14（18 ） 18（25 ） 35（45 ） 10（15 ） 22（ 25） 18（ 20） 22（ 25） 40（ 50） 15（ 18）
非晶硅薄膜太阳能电池概要课件
定义与特性
定义
非晶硅薄膜太阳能电池是一种利 用非晶硅材料制成的太阳能电池 。
特性
具有轻便、柔韧、可折叠等优点 ，同时制造成本较低，适合大规 模生产。
工作原理
01பைடு நூலகம்
02
03
光吸收
非晶硅薄膜能够吸收太阳 光并将其转换为电能。
电极
通过电极将产生的电流导 出，实现电能的有效利用 。
染料敏化太阳能电池
非晶硅薄膜太阳能电池与染料敏化太 阳能电池相比，具有更高的光电转换 效率和更长的使用寿命，但制造成本 较高。
03
非晶硅薄膜太阳能 电池的制造工艺
硅烷气体选择
硅烷气体是制造非晶硅薄膜太阳能电池的关键原料之一，其纯度对电池的性能和稳 定性有着至关重要的影响。
选择高纯度的硅烷气体可以减少杂质和缺陷，提高非晶硅薄膜的质量和光电性能。
非晶硅薄膜太阳能电 池概要课件
目录
CONTENTS
• 非晶硅薄膜太阳能电池简介 • 非晶硅薄膜太阳能电池的优势与
局限 • 非晶硅薄膜太阳能电池的制造工
艺 • 非晶硅薄膜太阳能电池的应用与
前景
目录
CONTENTS
• 非晶硅薄膜太阳能电池的挑战与 解决方案
• 非晶硅薄膜太阳能电池的实际案 例分析
01
反应温度与压强控制
制造非晶硅薄膜太阳能电池需要在一定 的温度和压强条件下进行。
温度和压强对非晶硅薄膜的结构、性能 和光电性能有着直接的影响。通过精确 控制温度和压强，可以优化非晶硅薄膜 的结构，提高其光电转换效率和稳定性
。
通常需要在较低的温度和压强条件下进 行非晶硅薄膜的合成，以减少缺陷和杂
质，提高其质量。
非晶硅薄膜电池应用及前景分析
２０１０年３月光源与照明２０１０年第１期非晶硅薄膜电池应用及前景分析张旭鹏杨胜文张金玲皇明太阳能集团有限公司（德州２５３０００）摘要通过详细阐述非晶硅薄膜电池的结构和优点．论证了非晶硅薄膜电池具有的广阔应用前景，尤其在遮阳、中卒光伏组件中的应用具有明碌的优势，其对可再牛能源的发展有着积极的推动作用。
关键词人阳能电池非晶硅薄膜电池光伏应用遮阳中空光伏组件Ｏ引言随着能源危机与环境污染问题越来越严重，社会各界对能源消耗的町持续性发展日益重视，尤其引起了各国政府对清洁的、可再生能源的关注和青睐，新型能源成为同际学术界和各罔研究、开发的重点，而太阳能是新能源发展的主要方向之一”１。
根据美同能源信息管理局的预测，到２０１０年。
世界煤炭、水力和核能发电将有６．４％的电力供应缺口；到２０２０年，这一缺口将增至１０．７％；这一供应缺口不得不用可再生能源去弥补，而利用太阳能发电将起着重要的作用。
太阳能光伏发电是太阳能利用的一个主要方面，目前常用的太阳能电池有单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅薄膜电池。
在欧美一些国家，因为政府的一些优惠政策及单晶硅、多晶硅电池具有研发早、转化效率高、生产工艺成熟等优点，得到了一定数量的推广。
但是单晶硅、多品硅电池组件的硅料提纯、制取过程中消耗大量的电能，发电成本远高于其他能源形式。
经分析，单晶硅、多晶硅电池成本下降有两种途径：提高转化率和降低硅片厚度。
根据电池转化率和硅片厚度变化趋势可以测算多晶硅系统价格变化趋势，最高值分别是２２％和１５０／ａｍ，这个数值接近晶硅的成本极限；根据模型测算，按照年日照１０００ｈ测算，２０２０年多晶硅电池系统的发电成本为２．０２元／ｋＷ・ｌａ；年日照１３００ｈ的发电成本为１．５５元／ｋＷ・ｈ，这一数据接近晶硅的成本底线。
但仍不足以与煤炭等常规能源相比啪，市场前景日益黯淡。
单晶硅、多晶硅电池的这些缺点在客观上为非晶硅薄膜电池的发展提供了契机。
１非晶硅薄膜电池简介非晶硅（ａ－Ｓｉ）太阳电池是在玻璃（ｇｌａｓｓ）衬底上沉积透明导电膜（ＴＣＯ），然后依次用等离子体反应沉积Ｐ型、ｉ型、ｎ型ｉ层ａ－Ｓｉ（单结），接着再蒸镀金属电极铝（ＡＩ），光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构叮表示为ｇｌａｓｓ／ＴＣＯ／ｐｉｎ／Ａｌ，最后用ＥＶＡ（乙烯一醋酸乙烯共聚物）、底面玻璃封装，衬底也町以是不锈钢片、塑料等作衬底。
非晶硅薄膜太阳能电池特点及简介 李炜解析
中文摘要中文摘要非晶硅太阳能电池作为一种新型太阳能电池,其原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产,因而具有广阔的市场前景。
它具有较高的光吸收系数,在0.4~0.75um的可见光波，其吸收系数比单晶硅要高出一个数量级,比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左右,用很薄的非晶硅膜(约1um厚)就能吸收约80%有用的太阳能,且暗电导很低,在实际使用中对低光强光有较好的适应,特别适用于制作室内用的微低功耗电源,这些都是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价太阳能电池的重要因素。
非晶硅薄膜电池由于没有晶体硅所需要的周期性原子排列要求,可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题,在较低的温度(200摄氏度左右)下可直接沉积在玻璃、不锈钢、塑料膜和陶瓷等廉价衬底材料上,工艺简单,单片电池面积大,便于工业化大规模生产,同时亦能减少能量回收时间,降低生产成本。
另外,非晶硅的禁带宽度比单晶硅大,随制备条件的不同约在1.5~2.0eV的范围内变化,这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高,同时,还适合在柔性的衬底上制作轻型的太阳能电池,可做成半透明的电池组件,直接用做幕墙和天窗玻璃,从而实现光伏发电和建筑房屋一体化。
总之,非晶硅薄膜电池具有生产成本低、能量回收时间短、适于大批量生产、弱光响应好以及易实现与建筑相结合、适用范围广等优点。
关键字：非晶硅薄膜;光致衰退效应;界面态;太阳能电池I目录目录中文摘要 (I)第一章非晶硅薄膜太阳电池 (1)第一节非晶硅薄膜太阳电池基础知识简介 (1)第二节非晶硅薄膜太阳电池生产线及制造流程简介 (4)第二章非晶硅薄膜太阳电池应用分析 (7)第一节非晶硅电池特点 (7)第二节非晶硅电池光致衰退效应 (8)第三节非晶硅电池性能影响因素及发展前景 (9)第三章总结 (11)致谢 (12)参考文献 (13)II第一章 简易文本编辑器内容和功能第 1 页第一章 非晶硅薄膜太阳电池第一节 非晶硅薄膜太阳电池基础知识简介1976年美国RCA 实验室的D.E.Conlson 和C.R.Wronski 在Spear 形成和控制p-n 结工作的基础上利用光生伏特(PV)效应制成世界上第一个a-Si 太阳能电池，揭开了a-Si 在光电子器件或PV 组件中应用的幄幕。
非晶硅薄膜太阳能电池基础知识
顾客导向、科技领航、全面管理、精益求精
顾客导向、科技领航、全面管理、精益求精
非晶硅太阳能电池的基本特性
2、太阳能电池的电流电压特性
根据PN结整流方程，在一定的 入射光下，通过外接负载的电流是：
I=IF-IL=IS[EXP(qV/kT)-1]-IL
输出电流随着负载的增大而减 小，输出电压随着外接负载的增大 而增大。
顾客导向、科技领航、全面管理、精益求精
非晶硅太阳能电池的基本特性
4、环境影响因素
1）辐照度 • 辐照度越大，电流越大。当辐照度大于500W/ｍ2，辐照度与短路 电流呈良好的线性关系。 • 辐照度越大，电压越大。但电压随辐照度的变化较小，测试标准 AM1.5,光强1000 W/ｍ2 2）温度 • 温度升高，电流增大，电压降低，呈现出功率下降,测试标准温度 25 ℃ • 非晶硅太阳能电池的温度系数一般为 电压温度系数：-0.33%/℃，电流温度系数：0.09%/℃, 输出功 率温度系数：-0.23%/℃ 3）光谱 不同的电池对各波长的光吸收系数不一样.
4）转换效率η 表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能。即： η =（太阳能电池的输出功率/入射的太阳光功率）x100% = (Vm•Im/Pin•S)×100% = Voc•Isc•FF/Pin • S 其中，Pin是入射光的强度，S为太阳能电池的面积。
顾客导向、科技领航、全面管理、精益求精
• 能源危机与环境污染是人类正面临的重大挑战，开发新能源和可再生清洁 能源是21世纪最具决定影响的技术领域之一。据世界能源委员会和国际应 用系统分析研究所预测，全球化石燃料不足100年，而且，由于燃烧化石 燃料的CO2等气体随能耗指数增加，已严重破坏了生态平衡。造成了诸如 温室效应，酸雨等一系列问题。寻求一种可再生，无污染的清洁能源成为 了一项迫切任务。太阳能电池正是在这种形势下发展起来的。
非晶硅叠层薄膜太阳能电池优点
探究非晶硅叠层薄膜太阳能电池的优势
随着环保意识的逐渐加强，太阳能电池作为可再生能源的代表，近年来备受人们青睐。
而在众多的太阳能电池中，非晶硅叠层薄膜太阳能电池已经成为目前发展最迅速的一种，其优势主要体现在以下三个方面：
一、较高的转换效率
在太阳能电池中，转换效率是一个至关重要的指标。
而非晶硅叠层薄膜太阳能电池的转换效率相对较高，可以达到12%以上。
这是由于非晶硅材料具有较高的光吸收能力，同时其叠层结构可以有效地减少反射损失，提高光利用效率。
二、稳定可靠
对于太阳能电池而言，其在长期使用中的稳定性和可靠性也是非常重要的。
而非晶硅叠层薄膜太阳能电池不仅可以在宽波长范围内实现高效率的转换，同时其长期使用时保持稳定性能也相对较好，可以维持很长的寿命。
三、制造成本低
太阳能电池的成本与生产工艺密切相关。
相比于一些传统的太阳能电池，非晶硅叠层薄膜太阳能电池具有较低的制造成本。
这是因为其生产工艺相对简单，不需要太多的原料和设备，而且由于其薄膜结
构，可以减少光电转换过程中的损失，从而减少能量浪费，进一步降低了成本。
总的来说，非晶硅叠层薄膜太阳能电池有着较高的转换效率、稳定可靠和制造成本低等诸多优点，有着广阔的应用前景。
非晶硅薄膜太阳能电池的优点
非晶硅薄膜太阳能电池的优点:2009-01-13 20:29非晶硅太阳能电池之所以受到人们的关注和重视,是因为它具有如下诸多的优点:1.非晶硅具有较高的光吸收系数.特别是在0.3-0.75um 的可见光波段,它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级.因而它比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左右, 用很薄的非晶硅膜(约1um厚)就能吸收90%有用的太阳能.这是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素.2. 非晶硅的禁带宽度比单晶硅大,随制备条件的不同约在1.5-2.0 eV的范围内变化,这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高.3.制备非晶硅的工艺和设备简单,淀积温度低,时间短,适于大批生产.制作单晶硅电池一般需要1000度以上的高温,而非晶硅电池的制作仅需200度左右.4.由于非晶硅没有晶体硅所需要的周期性原子排列,可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题.因而它几乎可以淀积在任何衬底上,包括廉价的玻璃衬底,并且易于实现大面积化.5.制备非晶硅太阳能电池能耗少,约100千瓦小时,能耗的回收年数比单晶硅电池短很多:中国电子报：薄膜技术日趋成熟非晶硅电池主导市场来源：中国电子报发稿时间： 2009-02-10 15:52薄膜电池技术具有提供最低的每瓦组件成本的优势，将有望成为第一个达到电网等价点的太阳能技术。
由于原材料短缺，在单晶硅和多晶硅太阳能电池的发展速度受到限制的情况下，新型薄膜太阳能电池发展尤为迅速。
有资料显示，美国薄膜电池的产量已经超过了多晶硅和单晶硅电池的产量。
薄膜技术会越来越成熟，在未来的市场份额中将大比例提升。
据行业分析公司NanoMarkets预测，薄膜太阳能电池2015年的发电量将达到26GW，销售额将超过200亿美元，太阳能电池发电量的一半以上将来自薄膜太阳能电池。
预计在未来薄膜电池市场中非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)三种电池将分别占到薄膜光伏市场的60%、20%和20%。
非晶硅薄膜太阳能电池
一、引言太阳能光电转换电池主要分为两类，一类是晶体硅电池，包括单晶硅(sc—si)电池、多晶硅(mc—si)电池两种，它们占据约93％的市场份额；另一类是薄膜电池，主要包括非晶体硅(a—Si，使用的是硅，但以不同的形态表现)太阳能电池、铜铟镓硒(cICS)太阳能电池和碲化镉(cdTe)太阳能电池，这类电池占据7％的市场份额。
晶体硅太阳能电池一直是主流产品，其中多晶硅太阳能电池自l998年开始成为世界光伏市场的主角。
但是由于晶体硅太阳能电池所需的高纯多晶硅价格飙升，使得晶体硅电池价格上涨，为非晶硅太阳能电池带来了行业机会。
制造晶体硅类太阳能电池成本高、能耗大、有污染，要解决这些问题，使太阳能行业真正变成最环保的产业，只能大力发展非晶硅太阳能电池。
二、优点1.非晶硅具有较高的光吸收系数.特别是在0.3-0.75um的可见光波段,它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级.因而它比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左右,用很薄的非晶硅膜(约1um厚)就能吸收90%有用的太阳能.这是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素.2.非晶硅的禁带宽度比单晶硅大,随制备条件的不同约在1.5-2.0eV的范围内变化,这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高.3.制备非晶硅的工艺和设备简单,淀积温度低,时间短,适于大批生产.制作单晶硅电池一般需要1000度以上的高温,而非晶硅电池的制作仅需200度左右.4.由于非晶硅没有晶体硅所需要的周期性原子排列,可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题.因而它几乎可以淀积在任何衬底上,包括廉价的玻璃衬底,并且易于实现大面积化.5.制备非晶硅太阳能电池能耗少,约100千瓦小时,能耗的回收年数比单晶硅电池短很多三、原理非晶硅电池的工作原理是基于半导体的光伏效应。
当太阳光照射到电池上时，电池吸收光能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场Vb的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P边，电子漂移到N边，形成光生电动势VL,VL与内建电势Vb相反，当VL=Vb时，达到平衡;IL=0,VL达到最大值，称之为开路电压Voc;当外电路接通时，则形成最大光电流，称之为短路电流Isc，此时VL=0;当外电路加入负载时，则维持某一光电压VL 和光电流IL。
非晶硅太阳能电池发展现状
非晶硅太阳能电池发展现状
非晶硅太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术，它具有高效率、轻薄、柔性等特点，因此备受关注。
目前，非晶硅太阳能电池
的发展取得了一些进展，但仍面临着一些挑战。
首先，非晶硅太阳能电池的高效率是其最大的优势之一。
与传
统的多晶硅太阳能电池相比，非晶硅太阳能电池在光电转换效率上
有着明显的优势。
然而，目前非晶硅太阳能电池的效率仍然有待提高，特别是在低光照条件下的性能仍有待改善。
其次，非晶硅太阳能电池的轻薄柔性特点也为其在一些特殊应
用场景中提供了更多可能性。
例如，可以应用于建筑一体化、户外
休闲用品等领域。
然而，目前非晶硅太阳能电池的生产成本仍然较高，导致其在大规模商业应用中受到限制。
另外，非晶硅太阳能电池的稳定性和寿命也是当前亟待解决的
问题。
由于其材料特性，非晶硅太阳能电池在长时间使用后可能会
出现性能下降的情况，这也是目前产业界普遍关注的问题之一。
总的来说，非晶硅太阳能电池作为一种新型的太阳能电池技术，
具有很大的发展潜力。
随着技术的不断进步和成本的不断降低，相信非晶硅太阳能电池将会在未来得到更广泛的应用。
同时，需要产业界和科研机构共同努力，解决其在效率、成本、稳定性等方面的挑战，推动非晶硅太阳能电池技术的进一步发展。
非晶硅薄膜太阳能电池
非晶硅薄膜太阳能电池
23.11.2020
1， 前言 2， 薄膜太阳能电池分类 3， 太阳能电池的未来市场需求 4， 为何要发展薄膜非晶硅太阳电池 5， 非晶硅太阳电池的发展及趋势 6， 非晶硅薄膜太阳能电池的优点 7， 非晶硅薄膜太阳能电池存在的问题 8， 非晶硅薄膜太阳能电池的主要市场 9， 世界主要非晶硅太阳电池生产厂家 10，中国非晶薄膜电池产业现状及存在问题 11，中国应当抓住的机遇
商品晶体硅太阳电池还是以156mm*156mm和125mm*125mm为主。
23.11.2020
11
短波响应优于晶体硅太阳电池
上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装一套6500瓦非晶硅太阳能电 站，其每千瓦发电量为1300KWh，而晶体硅太阳电池每千瓦的年发电量约 为1100-1200KWh。非晶硅太阳电池显示出其极大的使用优势。下图为该 电站的现场照片，第一代非晶硅太阳电池的以上优点已被人们所接受。 2003年以来全世界太阳能市场需求量急剧上升，非晶硅太阳电池也出现 供不应求的局面。
23.11.2020
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低成本
单结晶硅太阳电池的厚度<0.5um。
主要原材料是生产高纯多晶硅过程中使用的硅烷，这种气体，化学工业 可大量供应，且十分便宜，制造一瓦非晶硅太阳能电池的原材料本约 RMB3.5-4（效率高于6%）
且晶体硅太阳电池的基本厚度为240-270um，相差200多倍，大规模生产 需极大量的半导体级，仅硅片的成本就占整个太阳电池成本的65-70%， 在中国1瓦晶体硅太阳电池的硅材料成本已上升到RMB22以上。
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非晶硅太阳能电池存在的问题
效率较低
单晶硅太阳能电池，单体效率为14%-17%(AMO)，而柔性基体非晶硅太阳 电池组件（约1000平方厘米）的效率为10-12%，还存在一定差距。
非晶硅薄膜的性能与应用
非晶硅薄膜的性能与应用摘要：非晶硅薄膜是一种常用的红外波段光学薄膜材料，具有红外吸收系数小，折射率高（3.0～4.0）、热特性好等优点。
本文综述了非晶硅的结构，性能以及应用。
关键词：非晶硅，薄膜，电性能，光电性能1 前言非晶硅薄膜是一种常用的红外波段光学薄膜材料，具有红外吸收系数小，折射率高（3.0～4.0）、热特性好等优点[6-7]。
作为太阳能电池的无定形（a-Si）薄膜日益受到关注，同时它们在显示器、传感器方面，也有很大的应用前景。
1.1 非晶硅薄膜的结构非晶硅中原子的排列可以看作构成一个连续的无规网格，长程无序。
因此有时也把非晶半导体称为无序半导体。
但就一个硅原子讲，它与最邻近或次临近原子的情况基本相同。
因此原子化学性质所决定，所以键长基本一致，键角偏差也不大。
因此非晶硅保持着短程有序。
长程无序而短程有序的结构特点对于非晶半导体的能态、能带及性能都有决定性的影响。
例如，价带顶和导带底各有一个局域态组成的能带尾，禁带中也存在局域化的缺陷带。
薄膜是非晶半导体的主要应用形式，非晶硅薄膜中得到研究和应用的主要是氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜，氢化非晶硅比未氢化非晶硅具有好得多的性能非晶半导体的掺杂和p-n结构的创造也是首先在氢化非晶硅中实现的。
这对非晶硅薄膜的应用具有非常重要的意义。
2 非晶硅薄膜的性能2.1 电学性能根据非晶半导体理论，同时考虑导带和价带的扩展态、导带和价带尾部的局域态、禁带中费密能级附近的缺陷局域态中电子的贡献，总电导由扩展态电导、带尾局域态电导、费密能级附近的局域态电导，以及低温下的变程跳跃电导组成。
在温度较高时非晶半导体的导电机理主要由扩展态电导决定。
对于用辉光放电法沉积的a-Si：H薄膜，实验测量结果表明，在温度T≈240K时电导率温度关系的斜率发生变化。
斜率即热激活能的变化是由于导电机理的变化。
温度高于240K 时非晶硅薄膜的电导主要是扩展态电导。
扩展态电导的电导率可用下式表示)exp(min kT E E F C --=σσ式中，σmin 是扩展态电导率的最低值，称为最小金属化电导率；E C 是把导带扩展态和带尾局域态分开的能量；E F 是费密能级。
非晶硅太阳能电池技术的研究和发展
非晶硅太阳能电池技术的研究和发展随着环境保护意识的不断提高，使用可再生能源逐渐成为人们追求的目标。
而太阳能电池，作为一种最为广泛应用的电池之一，其重要性不言而喻。
然而，早期的硅晶太阳能电池虽然效率较高，但制造成本高昂，制作流程繁琐。
因此，非晶硅太阳能电池逐渐受到人们的重视。
本文将从非晶硅太阳能电池的定义、研究发展现状、未来趋势等方面进行探讨。
一、定义非晶硅太阳能电池是指由非晶硅所制成的太阳能电池，属于第三代光伏材料。
其与传统的晶硅太阳能电池不同之处在于，非晶硅太阳能电池所使用的硅材料并非以单元晶体排列为主，而是一种非晶态，即无序状态，这也是其得名的原因。
二、研究发展现状非晶硅太阳能电池的研究可以追溯到上个世纪80年代。
当时，由于非晶硅材料的熔化温度较低，可以使用喷雾法或蒸镀法等较为简单的制程来制备太阳能电池，因此备受关注。
随着时间的推移，人们不断地进行改进和研究，使得非晶硅太阳能电池的效率不断提高。
其中，最大的突破应当是在太阳能薄膜电池方面。
这种电池利用非晶硅材料在玻璃或塑料基底上的膜制作而成，不仅可以大幅度降低成本，还具备更好的轻量化和柔性，可以随意弯曲，非常适合家居和户外运动领域。
由于非晶硅太阳能电池相对于传统晶硅太阳能电池成本更低且加工时间更短，所以受到了各界的追捧。
然而，其效率水平相对较低，一直以来都是其发展的瓶颈。
三、未来趋势虽然非晶硅太阳能电池目前的功率密度还比较低，但在不断的研究中，制造商们探讨了多种可行的方式，努力通过改善结构和材料，提高太阳能电池的效率。
例如，在非晶硅太阳能电池上掺杂其它元素不仅可以提高效率，而且还可以改善非晶硅材料的电学性质，提高在光捕捉、电荷传输和防腐蚀上的性能表现，也可以控制电池的光电学特性，降低其光老化现象的影响。
此外，一些新型的非晶硅太阳能电池也有望实现突破。
比如，在非晶硅薄膜上面又可以引入一层光谱选择层，这层层次结构能够将太阳光吸收优先转化为短波长射线去激发非晶体硅材料中的光电子，从而提高太阳能电池的效率。
薄膜太阳能电池的制备及应用研究
薄膜太阳能电池的制备及应用研究在日益紧张的能源短缺背景下，太阳能电池作为一种清洁绿色的新型能源，备受关注。
与传统的硅晶太阳能电池相比，薄膜太阳能电池具有更高的光电转换效率和更大的灵活性，逐渐成为研究的热点之一。
本文将介绍薄膜太阳能电池制备及其应用研究的进展和趋势。
一、薄膜太阳能电池制备技术薄膜太阳能电池主要由多层薄膜堆积结构组成，其中光吸收层、电荷分离层和电子传输层等是实现高效能量转换的关键部分。
目前，主要的薄膜太阳能电池有非晶硅、染料敏化型（DSSC）、有机太阳能电池（OSC）和钙钛矿太阳能电池（PSC）等。
（一）非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池是最早被研究和应用的一种薄膜太阳能电池。
其基本结构是由玻璃基板、导电层、p-i-n结构薄膜和金属电极组成。
非晶硅薄膜由于具有高的光吸收系数和高的载流子迁移率，因此具有较高的光电转换效率。
但是其低稳定性和性能退化等问题限制了其应用。
（二）染料敏化型太阳能电池染料敏化型太阳能电池常用的是钛酸盐作为阳极材料，以染料分子为光吸收层进行光电转换。
其基本结构是由导电玻璃、导电链、暴露于染料敏化电解液中的TiO2纳米晶、染料分子和反电极组成。
染料敏化型太阳能电池具有较高的光电转换效率和较低的成本，但是其稳定性仍存在问题，需要进一步改进和优化。
（三）有机太阳能电池有机太阳能电池以有机分子或聚合物为光吸收层，光生载流子的传输过程中利用电子与空穴的相互作用进行光电转换。
其优点是重量轻、柔性好、性能可调，但是其效率仍需要提高和稳定性也需要解决。
（四）钙钛矿太阳能电池钙钛矿太阳能电池是近年发展起来的一类新型太阳能电池。
其光吸收层为有机-无机钙钛矿晶体，具有高的光吸收系数和光电转换效率，已经成为应用研究的热点。
此外，钙钛矿太阳能电池具有可调性强、制备工艺简单等优点。
二、薄膜太阳能电池应用研究随着薄膜太阳能电池制备技术的不断发展，其应用领域也逐渐扩大。
目前，薄膜太阳能电池主要应用于移动电源、灵活显示屏、无线传感器等领域，未来还将有更广泛的应用前景。
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非晶硅薄膜太阳能电池应用分析金韦利1,姜礼华2(1 江西蓝天学院电子信息工程系,江西南昌330098;2 华中科技大学电子科学与技术系,湖北武汉430074)摘要:介绍非晶硅薄膜太阳能电池,分析其光致衰退效应与影响光电性能的各种因素。
总结并展望了优化非晶硅太阳能电池的各种技术。
关键词:非晶硅薄膜;光致衰退效应;界面态;太阳能电池中图分类号:T M914 4+2 文献标识码:A 文章编号:1004-7948(2010)03-0021-04引言太阳能光伏发电作为一种应用洁净可再生能源的技术倍受人们关注。
迄今为止,太阳能电池材料的发展经历了三个阶段:第一代单晶硅和多晶硅太阳能电池,它们是太阳能电池市场的主流产品;第二代基于薄膜材料的太阳能电池,主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉薄膜电池、砷化镓薄膜电池以及铜铟硒薄膜电池等;鉴于前两代太阳能电池存在的诸多不足,人们认为薄膜化、转换效率高、原料丰富且无毒的太阳能电池应该是第三代太阳能电池的研发方向。
非晶硅薄膜太阳能电池若能解决转换效率低和稳定性差的问题,则具备第三代太阳能电池的条件。
因此,目前许多国家和地区正在投入大量人力和物力来攻克这两大难题。
1非晶硅电池特点非晶硅太阳能电池作为一种新型太阳能电池,其原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产,因而具有广阔的市场前景。
它具有较高的光吸收系数,在0 4~0 75 m的可见光波段,其吸收系数比单晶硅要高出一个数量级,比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左右,用很薄的非晶硅膜(约1 m厚)就能吸收约80%有用的太阳能,且暗电导很低,在实际使用中对低光强光有较好的适应,特别适用于制作室内用的微低功耗电源,这些都是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价太阳能电池的重要因素。
非晶硅薄膜电池由于没有晶体硅所需要的周期性原子排列要求,可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题,在较低的温度(200 左右)下可直接沉积在玻璃、不锈钢、塑料膜和陶瓷等廉价衬底材料上,工艺简单,单片电池面积大,便于工业化大规模生产,同时亦能减少能量回收时间,降低生产成本。
另外,非晶硅的禁带宽度比单晶硅大,随制备条件的不同约在1 5~2 0eV的范围内变化,这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高,同时,还适合在柔性的衬底上制作轻型的太阳能电池,可做成半透明的电池组件,直接用做幕墙和天窗玻璃,从而实现光伏发电和建筑房屋一体化。
总之,非晶硅薄膜电池具有生产成本低、能量回收时间短、适于大批量生产、弱光响应好以及易实现与建筑相结合、适用范围广等优点。
由于非晶硅半导体材料(a-Si)最基本的特征是组成原子的排列为长程无序、短程有序,原子之间的键合类似晶体硅,形成的是一种共价无规网络结构,它含有一定量的结构缺陷、悬挂键、断键等,因此载流子迁移率低、扩散长度小、寿命短,所以这种材料是不适合直接做成半导体器件的。
为了降低非晶硅中缺陷态密度,使之成为有用的光电器件,人们发现通过对其氢化处理后非晶硅材料中大部分的悬挂键被氢补偿,形成硅氢键,降低了态隙密度。
1976年研究人员成功实现了对非晶硅材料的p型和n型掺杂,实现了a-Si-pn结的制作[1]。
但这种氢化非晶硅pn结不稳定,而且光照时光电导不明显,几乎没有有效的电荷收集。
因此为了把非晶硅材料做成有效的太阳能电池,常采取的结构模式为pin结构,p层和i层起着建立内建电场的作用,i层起着载流子产生与收集的作用。
此212010年第3期(总第332期) 节 能ENER G Y CON SER V A T IO N外,非晶硅材料的光学带隙为1 7eV,材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感,这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率,解决这个问题的方法就是制备叠层太阳能电池,一方面增加太阳光利用率,另一方面提高非晶硅太阳能电池效率。
但是,非晶硅薄膜太阳能电池光电效率会随着光照时间延续而衰减,即所谓的光致衰退(S-W效应)效应[2],主要是因为Si-H键很弱,在光照下H很容易失去,形成大量Si悬挂键[3],并且非晶硅薄膜电池转换效率低,一般在10%左右。
所以为了提高电池转换效率和稳定性,必须尽量减小光致衰退影响和优化电池的结构和工艺。
2非晶硅电池光致衰退效应没有掺杂的非晶硅薄膜由于其结构缺陷,存在悬挂键、断键、空穴等,导致其电学性能差而很难做成有用的光电器件。
所以,必须对其进行氢掺杂饱和它的部分悬挂键,降低其缺陷态密度,这样才能增加载流子迁移率,提高载流子扩散长度,延长载流子寿命,使其成为有用的光电器件。
然而,氢化非晶硅薄膜经较长时间的强光照射或电流通过时,由于Si-H键很弱,H很容易失去,形成大量的Si 悬挂键,从而使薄膜的电学性能下降,而且这种失H行为还是一种!链式∀反应,失去H的悬挂键又吸引相邻键上的H,使其周围的Si-H键松动,致使相邻的H原子结合为H2,便于形成H2的气泡[4]。
硅悬挂键的产生和缺陷的形成是制约氢化非晶硅薄膜应用的主要原因,只有正确理解光致衰退效应的机理,才能解决好氢化非晶硅薄膜的稳定性问题[5]。
现在S-W效应的机制还是一个有待进一步研究解决的问题,人们提出了各种理论进行解释,有的认为是光照在样品中产生了新的缺陷,这种缺陷增加了隙态密度,降低了光电导和暗电导;有的认为是光照产生了亚稳态缺陷;有的认为是光照引起了非晶硅结构的变化;还有人认为空间电荷效应是氢化非晶硅电池光诱导性能衰退的主要物理机制,在光照射下非晶硅太阳能电池光生空穴俘获产生的带正电缺陷使电池内部有了净正空间电荷,从而把高电场调制到p/i界面,而使i/n界面附近电场强度下降以致出现低场!死层∀,低场!死层∀降低非晶硅太阳能电池对光生载流子的收集,使电池性能随着光照而衰退[5-6]。
总的看法认为,光致衰退效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级),这种缺陷态会影响氢化非晶硅薄膜材料的费米能级的位置,从而使电子的分布情况发生变化,进而一方面引起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生影响。
这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心,使得电子的俘获截面增大、寿命下降[3]。
目前对于氢化非晶硅薄膜光致衰退原理人们建立了很多模型,主要有弱键断裂(SJT)模型[3,7]、!H玻璃∀模型[3,8]、H碰撞模型[3,9]、Si-H-Si桥键形成模型[3,10]、!defect po ol∀模型[3,11]等,但至今仍没有形成统一的观点。
为了阻止S-W效应,一方面要减少a-Si#H材料中的Si-H键和O、N等杂质污染,另一方面要适当减少i层厚度,增强内建电场,从而减少光生载流子的复合,抑制电池特性的光致衰退效应[12]。
3非晶硅电池性能影响因素由于非晶硅结构是一种无规网络结构,具有长程无序性,所以对载流子有极强的散射作用,导致载流子不能被有效地收集。
为了提高非晶硅太阳能电池转换效率和稳定性,一般不采取单晶硅太阳能电池的p-n结构。
这是因为:轻掺杂的非晶硅费米能级移动较小,如果两边都采取轻掺杂或一边是轻掺杂另一边用重掺杂材料,则能带弯曲较小,电池开路电压受到限制;如果直接用重掺杂的p+和n+材料形成p+-n+结,由于重掺杂非晶硅材料中缺陷态密度较高,少子寿命低,电池性能会很差。
因此,通常在两个重掺杂层中淀积一层未掺杂非晶硅层(i层)作为有源集电区,即p-i-n结构。
非晶硅太阳能电池光生载流子主要产生于未掺杂的i 层,与晶态硅太阳能电池载流子主要由于扩散而移动不同,在非晶硅太阳能电池中,光生载流子由于扩散长度小主要依靠电池内电场作用做漂移运动[5]。
当非晶硅电池采取pin结构以后,电池在光照下就可以工作了,但因存在光致衰退效应,电池性能不稳定,电池转换效率随光照时间逐渐衰退,所以电池的结构与工艺还要进一步优化。
影响非晶硅电池转换效率和稳定性的主要因素有:透明导电膜、窗口层性质(包括窗口层光学带隙宽度、窗口层导电率及掺杂浓度、窗口层激活能、窗口层的光透过率)、各层之间界面状态(界面缺陷态密度)及能隙匹配、各层厚度(尤其i层厚度)以及太阳能电池22节 能EN ER G Y CON SER V A T IO N2010年第3期(总第332期)结构等。
非晶硅薄膜电池的结构一般采取叠层式或进行集成或构造异质结等形式。
3 1透明导电膜(TCO)透明导电膜在太阳能电池上主要用作电池的透明电极,有些还可同时作为减反射膜。
不同透明导电膜的电学、光学以及结构等都不相同,亦对太阳能电池的光电特性和输出特性(如电池的内外量子效率、短路电流、开路电压、填充因子等)产生不同的影响。
如有人发现用ZnO#Al膜作TCO/ n-a-Si#H/i-a-Si#H/p-c-Si/A结构的异质结太阳能电池的前电极时短路电流比ITO作前电极的短路电流要大,而开路电压要低一些[13]。
一般,在太阳能电池中对透明导电膜的要求是载流子浓度高、带隙宽度大、光电特性好、化学性质稳定、较低的电阻率、机械强度高以及优良的耐磨损性等。
3 2窗口层性质提高非晶硅太阳能电池转换效率一般要求窗口材料光学带隙宽且较低的电阻率和激活能。
宽的光学带隙可以减少对入射光的吸收,进而增大电池的短路电流;低的激活能有利于增大电池的内建电势和开路电压;低的电阻率可以减小电池的串联电阻,从而改善其填充因子。
为了减少入射光在窗口层处的损失,要求窗口层尽可能地薄,减少对光的吸收,但窗口层过薄,会降低p-i结内建电场,这对提高开路电压不利[14]。
一般对于非晶硅/晶硅异质结太阳能电池降低窗口层的掺杂浓度有利于光生载流子的传输与收集,但为了增加电池内电势和减小串联电阻,窗口掺杂浓度要适当调高,然而高掺杂将导致电池!死层∀出现,一般人们选择重掺杂薄p层作为窗口层[6]。
3 3a-Si电池各层界面由于界面处容易产生缺陷、悬挂键等复合中心,所以界面态状况对电池的开路电压和填充因子有非常显著的影响,对界面有效地处理利于薄膜的沉积和减少界面的复合损失,利于提高电池的短路电流和开路电压VOC,因此高效率太阳能电池必须尽可能降低界面层的缺陷态密度。
另外,对于非晶硅异质结太阳能电池,当两个能带不匹配的电池层界面之间由于能带不连续,在界面处易形成界面势垒和引起漏电流以及形成悬挂键等,为了缓和这种情形可以在界面处插入一层缓冲层,它起到带隙过渡作用和改善异质结界面晶格失配问题,还可以降低界面态密度,钝化结处表面悬挂键,调节能带偏移,利于光生载流子的收集和减小复合漏电电流。
在H IT电池中,一般采用非晶硅作为缓冲层,电池通常具有较高的开路电压,但降低了电流的收集,因此为改善电流收集,也可采用纳米微晶作为缓冲层。
3 4a-Si电池各层厚度非晶硅电池各层厚度的选择要以提高电池转换效率和电池的稳定性为出发点。