最新光学薄膜在太阳能电池上的应用课件PPT
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《薄膜太阳电池》课件
在光照下，光子被吸收 并传递给电子，电子和 空穴分别向导带和价带 跃迁，形成光生电流。 随后，电子和空穴分别 被传输到金属电极并收 集起来，形成输出电流 。
薄膜太阳电池的结构和 工作流程决定了其能量 转换效率、开路电压和 短路电流等性能参数。
03 薄膜太阳电池的 材料
硅基薄膜太阳电池
总结词
高效稳定，技术成熟
THANKS
感谢观看
随着移动设备的普及和能源需求的增长，移动能源系 统的发展前景广阔。
未来发展前景与挑战
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，薄膜太阳电池的发展前景广阔。
未来，薄膜太阳电池将更加注重提高光电转换效率、降低成本、优化组件制造工艺等方面的 发展。
同时，薄膜太阳电池也面临着市场竞争力、政策支持、并网技术等方面的挑战，需要不断加 强技术创新和市场推广。
在薄膜太阳电池中，光子首先被 吸收并传递给电子，电子从价带
跃迁到导带，形成光生电流。
光电效应是薄膜太阳电池的基本 工作原理之一，它决定了电池的
能量转换效率。
光伏效应
光伏效应是指光生电压或电流的现象 ，即当光照射在半导体材料上时，半 导体的导电性能发生变化，产生电压 或电流。
光伏效应是薄膜太阳电池的基本工作 原理之一，它决定了电池的开路电压 。
真空沉积技术包括真空蒸镀、 电子束蒸镀和离子束溅射等。
真空沉积技术具有较高的沉积 速率和较好的大面积成膜质量 ，适用于制备高性能的薄膜太 阳电池。
化学气相沉积技术
化学气相沉积技术是通过化学反应将气态物质转化为固态薄膜的一种技术。
化学气相沉积技术包括常压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和金属有机 化学气相沉积等。
《薄膜太阳电池》PPT课件
薄膜太阳能电池知识培训课件(PPT38页)
P层采用Si C异质结 ，Si C异质结的禁带 宽度很大，通过窗口作用提高透光率，使 到达I层的可用光子增多，同时提高了开路 电压 。
太阳能电池参数
I = Is[exp(qV/kT)-1]-IL • 开路情况：I=0 得 （与内建电场对应）
Voc
kT q
ln( IL Is
1)
• 短路情况：短路电流等于光生电流 ISC=IL
原子能带
原子能级
允带
禁带 允带
禁带
晶体能带的形成
允带
费米能级
• 假设把体系内所有电子按能量由低到高逐个占据能 带中各个能级，则最后一个电子占据的那个能级即 为费米能级。
• 物理意义：电子占据的概率为1/2的能级称为费米能 级。只要知道了它的数值，在一定温度下，电子在 各量子态上的统计分布就完全确定了。
• 绝缘体材料的导带是空的，没有自由 电子，而且禁带的宽度很宽，价带的 电子不可能穿过禁带跃迁到导带上， 导带中始终没有自由电子，条件下，价带的电子可以跃迁 到导带上，在价带中留下空穴，电子 和空穴同时导电。
• 因此，半导体材料的禁带宽度是一个 决定电学和光学性能的重要参数。
薄膜太阳能电池分类
砷化镓薄膜太阳电池
在化合物半导体中，研究最多的是III-V族 的GaAs太阳能电池。由于其带隙比Si大 ，具有与太阳光光谱相当一致的光谱特 性，因而从光谱响应角度来说，更适合 做太阳能电池，目前，在所有太阳能电 池中，GaAs太阳能电池的转换效率最高 。
砷化镓薄膜太阳电池
在制备GaAs太阳电池时，一 般在N型GaAs衬底上首先生长 0.5um左右的N型GaAs缓冲层 ，再生长N型AlGaAs作为背电 场，在此基础上生长N型GaAs 作为基底层，然后生长0.5um 左右的P型GaAs作为发射层， 再利用一层P型AlGaAs薄膜作 为窗口层，便组成了单结 GaAs薄膜太阳电池。
太阳能电池参数
I = Is[exp(qV/kT)-1]-IL • 开路情况：I=0 得 （与内建电场对应）
Voc
kT q
ln( IL Is
1)
• 短路情况：短路电流等于光生电流 ISC=IL
原子能带
原子能级
允带
禁带 允带
禁带
晶体能带的形成
允带
费米能级
• 假设把体系内所有电子按能量由低到高逐个占据能 带中各个能级，则最后一个电子占据的那个能级即 为费米能级。
• 物理意义：电子占据的概率为1/2的能级称为费米能 级。只要知道了它的数值，在一定温度下，电子在 各量子态上的统计分布就完全确定了。
• 绝缘体材料的导带是空的，没有自由 电子，而且禁带的宽度很宽，价带的 电子不可能穿过禁带跃迁到导带上， 导带中始终没有自由电子，条件下，价带的电子可以跃迁 到导带上，在价带中留下空穴，电子 和空穴同时导电。
• 因此，半导体材料的禁带宽度是一个 决定电学和光学性能的重要参数。
薄膜太阳能电池分类
砷化镓薄膜太阳电池
在化合物半导体中，研究最多的是III-V族 的GaAs太阳能电池。由于其带隙比Si大 ，具有与太阳光光谱相当一致的光谱特 性，因而从光谱响应角度来说，更适合 做太阳能电池，目前，在所有太阳能电 池中，GaAs太阳能电池的转换效率最高 。
砷化镓薄膜太阳电池
在制备GaAs太阳电池时，一 般在N型GaAs衬底上首先生长 0.5um左右的N型GaAs缓冲层 ，再生长N型AlGaAs作为背电 场，在此基础上生长N型GaAs 作为基底层，然后生长0.5um 左右的P型GaAs作为发射层， 再利用一层P型AlGaAs薄膜作 为窗口层，便组成了单结 GaAs薄膜太阳电池。
《薄膜太阳能电池》幻灯片
地熱
CdTe Film Deposition
CdTe Film Deposition
CdTe Film Deposition
Rooftop CdTe薄膜太陽電池“Cadmium TellurideThin-film Solar Cell”
SAGFirst Solar ----CdTe Rooftop
• CIGS非真空製程技術雖具有降低成本以及提高材料使用率的 優點，但各方式都具有難以克服的關鍵問題皆仍待解決。如 CIGS晶粒成長…等。結
瓶頸
CIGS薄膜太陽能電池雖具有高效率、低本钱、大面積與可撓性等 潛力優勢，但還有許多需要抑制的問題接踵而來： 製程複雜、技術選擇百家爭鳴，且供應練相當分歧，各站並無制 式化設備放大製程之均質性不佳，良率變化大
Need of raw material
Thin-film solar cells
非晶矽薄膜太陽電池製造流程
非晶矽薄膜太陽電池製造流程( 玻璃基材)
非晶矽薄膜太陽電池製造流程 (玻璃基材)
Thin film Si:H challenges
➢Increasing deposition rate (from 0.1 nm/s to 10 nm/s!), including compatible doped layers ➢Enhance the Isc (absorption, light trapping) ➢Improving stabilized device performance ➢Understanding fundamental physics: low Voc, shunt behavior, light-induced defect creation
GaAs Multijuction(多接面砷化 鎵)
光学薄膜在太阳能电池上的应用ppt
应用方式
通过在太阳能电池表面添加一层或多层光学薄膜，可以显著提高太阳能电池的光吸收能力 和光电转换效率。
02
光学薄膜技术
光学薄膜的定义
1
光学薄膜是一种在光学介质上交替堆叠不同折 射率的材料，以实现特定光学性能的薄膜层。
2
光学薄膜可被定义为“堆叠的介质层”，其中 每层具有不同的光学常数（折射率、吸收系数 等）和厚度。
3
光学薄膜主要应用在光信息科学技术、能源、 医疗等领域。
光学薄膜的制造方法
化学气相沉积（CVD）
通过化学反应，使源气体在衬底上沉积成膜。
物理气相沉积（PVD）
通过物理方式，如溅射、蒸发等，使靶材原子或分子沉积在衬底上形成薄膜。
离子束沉积（IBD）
通过离子束溅射沉积，使离子束轰击靶材，使靶材原子或分子沉积在衬底上形成薄膜。
THANK YOU.
高温超导膜具有高透射率、高导热性和高电 磁屏蔽性等特点，常用于高速列车、磁悬浮 列车、电力电缆等设备中。
03
太阳能电池现状和发展趋势
太阳能电池的种类和特点
晶体硅太阳能电池
以晶体硅为基体，具有稳定的转换效率和长寿命 。
薄膜太阳能电池
采用低成本材料和制备技术，具有潜在的高池的使用寿命。
光学薄膜在太阳能电池上的应用前景
适应可再生能源发展趋势
随着可再生能源的不断发展，光学薄膜在太阳能电池上 的应用前景越来越广阔。
提高光电转化效率
通过不断研究和改进光学薄膜的制作方法，可以进一步 提高太阳能电池的光电转化效率。
拓展应用领域
光学薄膜不仅可以应用于太阳能电池上，还可以应用于 其他领域，例如光热发电、光信息处理等，具有广泛的 应用前景。
通过应用光学薄膜，太阳能电池可以更好地利用太阳光，减少光的反
通过在太阳能电池表面添加一层或多层光学薄膜，可以显著提高太阳能电池的光吸收能力 和光电转换效率。
02
光学薄膜技术
光学薄膜的定义
1
光学薄膜是一种在光学介质上交替堆叠不同折 射率的材料，以实现特定光学性能的薄膜层。
2
光学薄膜可被定义为“堆叠的介质层”，其中 每层具有不同的光学常数（折射率、吸收系数 等）和厚度。
3
光学薄膜主要应用在光信息科学技术、能源、 医疗等领域。
光学薄膜的制造方法
化学气相沉积（CVD）
通过化学反应，使源气体在衬底上沉积成膜。
物理气相沉积（PVD）
通过物理方式，如溅射、蒸发等，使靶材原子或分子沉积在衬底上形成薄膜。
离子束沉积（IBD）
通过离子束溅射沉积，使离子束轰击靶材，使靶材原子或分子沉积在衬底上形成薄膜。
THANK YOU.
高温超导膜具有高透射率、高导热性和高电 磁屏蔽性等特点，常用于高速列车、磁悬浮 列车、电力电缆等设备中。
03
太阳能电池现状和发展趋势
太阳能电池的种类和特点
晶体硅太阳能电池
以晶体硅为基体，具有稳定的转换效率和长寿命 。
薄膜太阳能电池
采用低成本材料和制备技术，具有潜在的高池的使用寿命。
光学薄膜在太阳能电池上的应用前景
适应可再生能源发展趋势
随着可再生能源的不断发展，光学薄膜在太阳能电池上 的应用前景越来越广阔。
提高光电转化效率
通过不断研究和改进光学薄膜的制作方法，可以进一步 提高太阳能电池的光电转化效率。
拓展应用领域
光学薄膜不仅可以应用于太阳能电池上，还可以应用于 其他领域，例如光热发电、光信息处理等，具有广泛的 应用前景。
通过应用光学薄膜，太阳能电池可以更好地利用太阳光，减少光的反
光学薄膜在太阳能电池中的应用
非真空法
电沉积法
电沉积法是指,利用电位差使得含有Cu、In、Ga、Se元素的电解液发生氧化-还 原反应,并在电极上析出形成CIGSe薄膜。一般采用三电极法,Mo薄膜底电极作 为工作电极,铂作为对电极,饱和甘汞作为参比电极。根据沉积步骤的不同,可分 为一步共沉积法和多步连续沉积法。沉积所得的CIGSe薄膜一般还需经过硒化 退火的步骤,以提高结晶质量。由于Cu、In、Ga离子的电位差较大,很难得到符 合化学计量比的CIGSe薄膜。但工艺相对简单,成本较低,且方法本身有提纯原 料的效果,因此被视为可能成为工业化生产的途径之一。
CIGSe薄膜太阳能电池的结构 基底材料
钙钠玻璃(soda-lime glass,简称SLG),属于硅酸盐坡璃,是一种无定形各向同性非晶 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,配方保密,例如美国纽约州康宁(Coring)公司生产的Corning-7059型号 的SLG。
3
CIGSe稳定性好,使用寿命长，具有抗福射能力强和 弱光特性好等特点。
CIGSe薄膜太阳能电池的结构
2～3μm Ni-Al-Ni顶电极 ～125nm MgF2薄膜减反层 300～500nm AZO薄膜透明导电极 ～50nm i-ZnO薄膜高阻层
～50nm CdS薄膜缓冲层
2～3μm CIGSe薄膜吸收层 0.5～1μm Mo 薄膜底电极 ～2mm SLG基底
《薄膜太阳能电池》PPT课件
• （２）采用增强聚光系统和跟踪装置等技术, 提高太阳电 池电源系统的输出功率, 减少太阳电池单体的用量。基于 此想法，我们运用自动控制的知识设计了一个自动跟踪式 太阳电池系统，简图如下图所示
实物展示，结合我们的改进意见，我们自己动手 改进了一款柔性薄膜太阳能电池，并且将其应用
在应急手机充电器和小车上，见下图示：
• 改进说明： • 在它的吸收层镀上紫外光吸收薄膜，有效降低了其光电转换效率的衰减。 • 改进了它的封装，采用了UV固化聚合物，重量轻，柔韧性好，保证了很高的耐用性
。该封装聚合物主要包括EVA和含氟聚合物ETEE（高耐力的ETEE是具有很强透光性 的聚合物），聚合物层压，不易破裂（无玻璃材料），防潮，耐用重量轻，抗撞击 ，便于携带和使用。
• 3.2012.8-9 动手阶段做成后，准备研究染料敏化太阳电池，以期把它与前段时间的研 究成果进行对比分析。
• 4.2012.9-10及时汇总研究成果与想法，努力写成科研论文并争取发表。
Thank y ou
感谢下 载
感谢下 载
（1）在有机薄膜光电池的吸收层镀上紫外光吸收薄膜可以
有效降低其光电转换效率的衰
减。
.
（2）
优化电极材料，对电极的表面修饰，形成良好的欧姆接触，
最大限度地减少电子和空穴在传输过程中的损耗。
（3）寻找合适的电子和空穴传输材料，保证电子空穴对能够有效地分离和传导， 降低电子空穴对传输过程中的复合和耗散几率。 （4）采用光敏小分子掺杂，提高载流子的收集效率。 （5）寻找叠层结构最优的层数，继续探索修饰层的优化方式。太阳光光谱可以 分成连续的若干部分，采用能带宽度与各部分有最好匹配的材料做成电池，并按 能隙从大到小的顺序从外向内叠合起来，让波长短的光被宽隙材料电池利用，波 长较长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用，最大限度地将光能变成电能。 通过这样的叠层结构，一方面太阳光的各个波段的光可以被很好地吸收，另一方 面，由于器件之间的耦合效应，可以使电池的效率大大提高。 （6）在有机薄膜太阳电池结构中采用了“级联结构”，在两种不同特性的薄膜 太阳电池叠层之间加入了一层TiOx，更有利于收集及传输电子。
实物展示，结合我们的改进意见，我们自己动手 改进了一款柔性薄膜太阳能电池，并且将其应用
在应急手机充电器和小车上，见下图示：
• 改进说明： • 在它的吸收层镀上紫外光吸收薄膜，有效降低了其光电转换效率的衰减。 • 改进了它的封装，采用了UV固化聚合物，重量轻，柔韧性好，保证了很高的耐用性
。该封装聚合物主要包括EVA和含氟聚合物ETEE（高耐力的ETEE是具有很强透光性 的聚合物），聚合物层压，不易破裂（无玻璃材料），防潮，耐用重量轻，抗撞击 ，便于携带和使用。
• 3.2012.8-9 动手阶段做成后，准备研究染料敏化太阳电池，以期把它与前段时间的研 究成果进行对比分析。
• 4.2012.9-10及时汇总研究成果与想法，努力写成科研论文并争取发表。
Thank y ou
感谢下 载
感谢下 载
（1）在有机薄膜光电池的吸收层镀上紫外光吸收薄膜可以
有效降低其光电转换效率的衰
减。
.
（2）
优化电极材料，对电极的表面修饰，形成良好的欧姆接触，
最大限度地减少电子和空穴在传输过程中的损耗。
（3）寻找合适的电子和空穴传输材料，保证电子空穴对能够有效地分离和传导， 降低电子空穴对传输过程中的复合和耗散几率。 （4）采用光敏小分子掺杂，提高载流子的收集效率。 （5）寻找叠层结构最优的层数，继续探索修饰层的优化方式。太阳光光谱可以 分成连续的若干部分，采用能带宽度与各部分有最好匹配的材料做成电池，并按 能隙从大到小的顺序从外向内叠合起来，让波长短的光被宽隙材料电池利用，波 长较长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用，最大限度地将光能变成电能。 通过这样的叠层结构，一方面太阳光的各个波段的光可以被很好地吸收，另一方 面，由于器件之间的耦合效应，可以使电池的效率大大提高。 （6）在有机薄膜太阳电池结构中采用了“级联结构”，在两种不同特性的薄膜 太阳电池叠层之间加入了一层TiOx，更有利于收集及传输电子。
薄膜太阳能电池课件ppt
太阳能电池板及 催化降解污染物、 杀菌、自清洁、 CO2还原等
防水汽和防污 玻璃及陶瓷
15
2021/3/10
TiO2薄膜的常用制备工艺
溶胶-凝 胶涂层 法
化学气 相沉积
电沉 积法
喷雾热 分解
自组装 制膜
物理气 相沉积
16
2021/3/10
太阳能薄膜制备方法
TiO2薄膜根据 不同用途可以
选用不同制备
2009年 19.8%
占太阳能电池的
我国高度重视薄膜太阳能电池技术的研发和产业化，与国际先进水平差距逐步缩 小，积极有序地发展。截至2008年底，我国已建成并投产的14家薄膜太阳能电 池企业的产能约达125.9MW，年产量约为46MW。截止2009年底，已开工建 设和已开展前期工作宣布建设的薄膜太阳能电池项目将近40个，按其规划， 2014年前全部建成后的产能将高达约4000MW。
纳米TiO2薄膜是染料敏 化太阳能电池的重要组 成部分，其形貌对电池 性能影响显著。纳米 TiO2薄膜的制备就成了 发展光伏产业发展关键。
14
2021/3/10
TiO2薄膜的性能及应用
性能
实现太阳能的转 化（光能→化学 能，电能）
光照下产生超亲水 性
应用
Click to add title in here
CIGS (铜铟硒化物)
8
2021/3/10
薄膜太阳能模块结构图
薄膜太阳能模块是由玻璃基板、金属层、透明导 电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层..等
9
2021/3/10
薄膜太阳电池产品应用
半透明式的太阳能电池模： 建筑整合式太阳能应用
薄膜太阳能之应用： 随身折迭式充电电
源、军事、旅行
防水汽和防污 玻璃及陶瓷
15
2021/3/10
TiO2薄膜的常用制备工艺
溶胶-凝 胶涂层 法
化学气 相沉积
电沉 积法
喷雾热 分解
自组装 制膜
物理气 相沉积
16
2021/3/10
太阳能薄膜制备方法
TiO2薄膜根据 不同用途可以
选用不同制备
2009年 19.8%
占太阳能电池的
我国高度重视薄膜太阳能电池技术的研发和产业化，与国际先进水平差距逐步缩 小，积极有序地发展。截至2008年底，我国已建成并投产的14家薄膜太阳能电 池企业的产能约达125.9MW，年产量约为46MW。截止2009年底，已开工建 设和已开展前期工作宣布建设的薄膜太阳能电池项目将近40个，按其规划， 2014年前全部建成后的产能将高达约4000MW。
纳米TiO2薄膜是染料敏 化太阳能电池的重要组 成部分，其形貌对电池 性能影响显著。纳米 TiO2薄膜的制备就成了 发展光伏产业发展关键。
14
2021/3/10
TiO2薄膜的性能及应用
性能
实现太阳能的转 化（光能→化学 能，电能）
光照下产生超亲水 性
应用
Click to add title in here
CIGS (铜铟硒化物)
8
2021/3/10
薄膜太阳能模块结构图
薄膜太阳能模块是由玻璃基板、金属层、透明导 电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层..等
9
2021/3/10
薄膜太阳电池产品应用
半透明式的太阳能电池模： 建筑整合式太阳能应用
薄膜太阳能之应用： 随身折迭式充电电
源、军事、旅行
太阳电池中的薄膜技术与材料 ppt课件
PPT课件
12
在等离子体中，硅烷气体分子与电子碰撞分解为SiH3（活 性基），这种活性基在向基板输运的过程中生长为非晶硅 膜层，活性基中的氢与等离子体中存在的氢原子一部分会 混到生长的膜层当中，这些氢对于降低非晶硅的缺陷密度 关系极大。
微晶硅也是由这种方法获得的，但其制膜时导入的氢气量 不同，若将硅烷气体由氢气逐渐稀释，则相对等离子体中 的SiH3来说氢的比例不断升高，达到一定的值时，便生长 成微晶硅。
太阳电池中的薄膜技术与材料
电科-关志强
PPT课件
一 太阳电池原理与薄膜太阳电池优势
工业革命以来，生产力飞速发展，能源消耗两大幅度上升，常规能 源会带来严重的空气污染并且家具温室效应，所以需要开发新的能源 技术，太阳能取之不尽用之不竭，所以光伏发电技术被认为最有前景 的领域之一。
下图是2003-2017年全球光伏发电累计装机容量示意图
非晶硅薄膜电池在高气温条件下 衰减微弱，所以也适合高温、荒 漠地区建设电站。
PPT课件
19
尽管非晶硅是一种很好的太阳能电池材料，但由于其光学带隙为 1.7eV，使得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。
光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致劣化效应， 使得电池性能不稳定。
PPT课件
33
衬底加 热器
衬底
生长薄膜
源材料 加热器
CdTe源材料
CdTe在高于450度时升华并分解，当它们沉积在较低温度的衬底上时，再化合形
成多晶薄膜。为了制取厚度均匀、化学组份均匀、晶粒尺寸均匀的薄膜，不希望
镉离子和碲离子直接蒸发到衬底上。因此，反应室要用保护性气体维持一定的气
光学薄膜在太阳能电池上的应用
当膜层的相位厚度为90°时，即膜层的光学厚度 为某一波长的四分之一时，则两个矢量的方向完 全相反，合矢量便有最小值。如果矢量的模相等 ，则对该波长而言，两个矢量将完全抵消，于是 出现了零反射率。
2019/7/18
9
以上仅仅是垂直入射的情况。在倾斜 入射时，情况与上述类似，只是膜层 的有效相位厚度减少了，因而最佳透 射波长更短些。
SiCx:H膜:具有较低的电导率和较宽的光学带隙,并且折射 率根据碳成分可调(2.0-3.75),薄膜中H含量高;其次具有优 良的机械性能、抗腐蚀性和热稳定性;能减少反射,沉积时 释放的氢对硅材料的晶界和体缺陷起到钝化作用降低了表 面复合速率,增加了少子寿命,从而提高了太阳电池效率
2019/7/18
液相法:化学镀、电镀、浸渍镀 其它:喷涂、涂覆等
2019/7/18
12
几种AR薄膜的制备
化学气相沉积(PECVD) 制备氮化硅 (SiCx:H)AR膜 磁控溅射法(PVD)制备SiO2 /TiO2减反射膜 溶胶凝胶提拉法制备SiO2 /TiO2减反射膜
2019/7/18
13
等离子体(PECVD) 制备碳化硅(SiCx:H)AR膜[1]
2019/7/18
28
设定SiO2薄膜TiO2薄膜的厚度 d1、d2初值分别为 89.75nm、124.12nm(n1d1＝λ/4,n2d2＝λ/2,中心波长 选用 510nm, n1n2分别为SiO2 /TiO2对510nm波长的 折射率)使用macleod膜系设计软件对膜系进行拟合优
化.最后得到优化结果为93.55nm 、 125.45nm
光学薄膜在太阳能电池中的应 用
2019/7/18
1
太阳能电池的发展
1973年世界爆发了第一次能源危机，使人们清醒地认识到地球上化石 能源储藏及供给的有限性，客观上要求人们必须寻找其它可替代的能 源技术，改变现有的以使用单一化石能源为基础的能源供给结构。为 此，以美国为首的西方发达国家纷纷投入大量人力、物力和财力支持 太阳电池的研究和发展，同时在以亟待解决的与化石能源燃烧有关的 大气污染、温室效应等环境问题的促使下，在全世界范围内掀起了开 发利用太阳能的热潮，也由此拉开了太阳电池发电的序幕。
相关主题
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13
制备过程
以纯硅烷(SiH4)和纯甲烷(CH4)为气源,在硅衬底以及 玻璃衬底上沉积a-SiCx:H薄膜 反应的动力是来自被高频电场加速的电子和离子,它 们与反应气体分子碰撞,电离或激活成活性基团,因 而可以在远低于热反应的温度下制备薄膜。
2021/3/12
14
制备过程
通过改变衬底温度、气源流量比和射频功率分别制备aSICx:H薄膜样品,并对其进行测试分析,讨论制备条件对薄 膜表面形貌、化学结构、光学性能等的影响，并对薄膜的 成膜机理和结构模型进行探讨 利用正交实验法研究PECVD设备制备的a- SiCx:H薄膜的 沉积参数对薄膜减反射性能的影响,确定影响其减反射性 能的主要沉积参数,寻找最佳的沉积条件
液相法:化学镀、电镀、浸渍镀 其它:喷涂、涂覆等
2021/3/12
11
几种AR薄膜的制备
化学气相沉积(PECVD) 制备氮化硅 (SiCx:H)AR膜 磁控溅射法(PVD)制备SiO2 /TiO2减反射膜 溶胶凝胶提拉法制备SiO2 /TiO2减反射膜
2021/3/12
12
等离子体(PECVD) 制备碳化硅(SiCx:H)AR膜[1]
2021/3/12
17
TiO2的特性
纳米TiO2(粒径在1-100nm)由于粒子直径小,表面积大从而使 其具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧 道效应和介电限域效应 TiO2薄膜具有杀菌消毒、光催化、光降解、防雾、防露、自 清洁以及对紫外光的强烈吸收
2021/3/12
18
磁控溅射法(PVD)制备SiO2 /TiO2减反射膜[2]
2021/3/12
23
结论
通过分析:制备TiO2薄膜应当选用常温,靶基距为 190nm,氧流量为15sccm,总气压为4×10-1Pa的条 件,在此条件下获得的薄膜与SiO2 薄膜匹配制成双 层减反射膜将会达到最佳减反射效果
2021/3/12
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SiO2 /TiO2 W形减反射膜[3](λ/４-λ/２)
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太阳的光谱与太阳能电池
太阳辐射的波长范围:紫外光区(7%)红外光区(43%)和可见 光区(50%) 硅在红外波段透过率很高,但对红外波段太阳辐射能的利 用很少;红外光的热效应会降低电池的太阳能转换效率和 使用寿命 紫外波段光对电池板胶合材料(EVA)有老化作用 400~800nm范围实现减反射,对紫外光(λ<400nm)有较强的 吸收;对红外光(λ>800nm)的透过率有较大抑制
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AR薄膜的制备方法
气相法:利用各种材料在气相间、气相和固体基础表面间所产生的物理 、化学过程而沉积薄膜的方法
化学气相沉积(CVD) 、物理气相沉积(PVD) CVD可以分为热CVD 、光CVD 和等离子体CVD(根据促使化学反应 的能量可以来自加热、光照和等离子体) PVD利用加热材料而产生的热蒸发沉积、利用气体放电产生的正离 子轰击阴极(靶材)所产生的溅射沉积、把蒸发和溅射结合起来的离子 镀以及分子束外延
当膜层的相位厚度为90°时，即膜层的光学厚度 为某一波长的四分之一时，则两个矢量的方向完 全相反，合矢量便有最小值。如果矢量的模相等 ，则对该波长而言，两个矢量将完全抵消，于是 出现了零反射率。
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以上仅仅是垂直入射的情况。在倾斜 入射时，情况与上述类似，只是膜层 的有效相位厚度减少了，因而最佳透 射波长更短些。
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单层减反射薄膜的原理
结构最简单的减反射膜是单层膜。图1所示 为单层减反射薄膜的矢量图。
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膜有两个界面就有两个矢量，每个矢量表示一个 界面上的振幅反射系数。如果膜层的折射率低于 基片的折射率，则在每个界面上的反射系数都为 负值，这表明相位变化为180°（若反射光存在于 折射率比相邻媒质更低的媒质内，则相移为 180°;若该媒质的折射率高于相邻媒质的折射率 ，则相移为零。 ）。
SiCx:H膜:具有较低的电导率和较宽的光学带隙,并且折射 率根据碳成分可调(2.0-3.75),薄膜中H含量高;其次具有优 良的机械性能、抗腐蚀性和热稳定性;能减少反射,沉积时 释放的氢对硅材料的晶界和体缺陷起到钝化作用降低了表 面复合速率,增加了少子寿命,从而提高了太阳电池效率
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最佳沉积条件
①随着衬底温度的升高,薄膜致密度增加,膜内Si-C键含量 增大,薄膜生长速率降低,折射率升高,光学带隙变窄
②随着CH4流量的增大,薄膜粗糙度先减小后增大,并且当 SiH4与CH4流量比为1:2时,薄膜最致密;随CH4流量的增大, 生长速率减小
③随着射频功率增大,薄膜致密度增加,粗糙度减小;折射率 随射频功率的增大而增大;缺陷态减少导致光学带隙变宽
光学薄膜在太阳能电池上 的应用
太阳能电池的分类
硅基太阳能电池(单晶/多晶/非晶)(24.7%)
化合物太阳能电池(砷化镓/硫化镉/碲化镉/铜铟硒等
)
有机薄膜太阳能电池 ()
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各种太阳能电池所占比例
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单晶硅30.2% 多晶硅50.8% 非晶硅11.7% 带状硅6.5% 化合物0.7% 有机0.1%
射频磁控溅射设备
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立式提拉镀膜机
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随着氧流量的增加薄膜的反射低谷向中心波长550nm处 移动
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随着总气压的增加薄膜的反射低谷向短波方向移动
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随着温度的增加薄膜的平均反射率降低并且反射低谷向长 波方向移动
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随着靶基距的增加薄膜的反射低谷先短波再长波之后再短 波
衬底温度250度,流量比V(SiH4):V(CH4)=1:3,射频功率35w
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在最优参数下,波长小于400nm时,薄膜透过率很小,这也说明了薄膜对 紫外光有较弱的透过性.薄膜的平均透过率在90%左右,说明在整个太 阳电池光谱响应范围内,薄膜对光的吸收很少,薄膜具有良好的透过性. 总的来说,在优化后的制备条件下沉积的a-SICx:H薄膜具有良好的光 学性能,能起到较好的减反射效果