93_07硅结晶薄膜太阳电池高效率化
太阳能电池分类
太阳能电池分类太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式（以下表示为a-）两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。
按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形（a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等）、ⅢV族（GaAs,InP等）、ⅡⅥ族（Cds 系）和磷化锌 (Zn 3 p 2 ）等。
太阳能电池根所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、塑料太阳能电池，其中硅太阳能电池是发展最成熟的，在应用中居主导地位。
1、太阳能电池硅太阳能硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。
单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。
在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%（截止2011，为18%）。
在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池的替代产品。
多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%（截止2011，为17%）。
因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导地位。
非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。
但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。
如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
2、太阳能电池多晶体薄膜多晶体薄膜电池硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。
93_05大面积高效率结晶薄膜太阳电池开发
21大面積・高効率結晶薄膜太陽電池セルの開発と スーパーシースルーモジュールへの応用Development of a Large-scale, High-efficiency Crystalline Thin Film Silicon Solar Cell andIts Application to Super See-through Module野 元 克 彦* 清 水 彰* 藤 岡 靖* 武 田 徹* Katsuhiko Nomoto Akira Shimizu Yasushi Fujioka Toru Takeda 辻 井 宏 行* 岡 西 守* 棚 村 浩 匡* 山 下 勝 也* Hiroyuki Tujii Mamoru Okanishi Hiromasa Tanamura Katsuya Yamashita 三 宮 仁* 岸 本 克 史** 立 花 伸 介** 福 岡 裕 介**Hitoshi SannomiyaKatsushi KishimotoShinsuke TachibanaYusuke Fukuoka要 旨独自のショートパルスVHF プラズマCVD 法1）2）3）により，メーター角サイズの大面積・高品質結晶薄膜成膜技術を確立し，光電変換効率（安定化効率）が約11％の薄膜シリコンセルが得られていることを報告すると共に，この高効率セル技術を用いたスーパーシースルーセル，モジュールについて紹介する。
Short Pulsed VHF Plasma CVD method 1)2)3) was established for a growth of crystalline thin film silicon with high quality on a square meter size substrate. And a prototype large scale thin film solar module achieved a stabilized conversion efficiency of about 11%.A new application of the technology to super see-through cells and modules is also presented.まえがきc-Si:H VHF CVD* **１．ショートパルスVHF プラズマCVD 法によるシリコン結晶薄膜の大面積成膜技術と高効率薄膜太陽電池セルの開発CVD p-CVD SiH H VHF CVD 図１ sec OFF 図１22c-Si:H ON /図２ PIN . eV PIN . eV VHF CVD . / . 表１/ IV 図３ AM . kW/m Jsc, V oc, F.F. Ef fi .図１従来連続プラズマ（CW）と比較したショートパルスVHF プラズマ励起の概念図Fig. 1Schematic diagram of the short-pulsed VHF plasma compared with a conventional CW method.図２ アモルファス/結晶薄膜シリコンタンデム素子構造図Fig. 2Amorphous/crystalline thin film tandem type cellstructure.図３アモルファス/結晶薄膜シリコンタンデム素子の連続光照射加速試験によるIV 特性各パラメータの変化（初期値に対して規格化した値）Fig. 3IV parameters changes of amorphous/crystalline thin film silicon tandem cell against continuous lig ht-soa k i ng exper i ment (i r radiated lig ht:AM1.5,1000kW/m 2).表１結晶薄膜シングル素子（μc-Si:H）とアモルファス（a-Si:H）/結晶薄膜（μc-Si:H）タンデム素子のIV 特性Table 1 IV characteristics of crystalline thin film siliconsingle junction solar cell and amorphous/crystalline thin film tandem junction solar cell.Jsc mA/cm V ocV F.F. c-Si:H . .. . a-Si:H/ c-Si:H . ...cm23mm mm I-V 図４ . W .２．大面積・高効率薄膜シリコンセルのシースルーモジュールへの応用---スーパーシースルーモジュールの紹介/m図４ 大面積薄膜シリコン太陽電池モジュールの外観写真とI-V，P-V 特性（初期値）Fig. 4Photograph of a large-scale thin film silicon solar module and I-V, P-V characteristics.表２ 表２ .表２シースルー型PV モジュール，結晶採光型モジュールの代表的な仕様例Table 2 Typical specifications of see-through type andcrystal silicon light-through type module.a-Si:H/ c-Si:H a-Si:Hmm W . . . .IV PV 図５24図６ / /図５ スーパーシースルーセルの外観写真とIV，PV 特性Fig. 5Photograph of super see-through solar cell and I-V, P-V characteristics(super see-through cell of see-through aperture ratio 10%).図７公共建築物のエントランス部トップライト用に設置したスーパーシースルーモジュール30kW システム外観写真Fig. 7Photograph of a super see-through module 30kW system installed on the top-light of the entrance of apublic building.図７ kWむすび図６ スーパーシースルーモジュールの構造例Fig. 6Schematic diagram of a super see-through module.謝辞参考文献K. Nomoto et al., “SHORT-PULSE VHF PLASMA-ENHANCED CVD OF HIGH-DEPOSITION-RATE a-Si:H FILMS”, Proc. thEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition,pp. - (Barcelona, June. )“ ”. -Y. Fujioka et al., “Large sacle, high-ef fi ciency thin-fi lm silicon solar cells fabricated by short-pulsed plasma CVD method”, PVSEC th(Bangkok, January) A. Matsuda, “FORMATION KINETICS AND CONTROL OFMICROCRYSTALLITE IN c-Si:H FROM GLOW DISCHARGEPLASMA”, J. Non-cryst Solids & , pp. - ( )K. Nomoto et al., “Role of Hydrogen Atoms in the Formation Process of Hydrogenated Microcrystalline Silicon”, Jpn. J. Appl.Phys. pp.L -L ( )J. Meier et. al., “Complete microcrystalline p-i-n solar cell-Crystalline or amor-phous cell behavior?”, Appl. Phys. Lett. ,pp. - ( )K. Yamamoto et.al., “HIGH EFFICIENCY THIN FILM SILICON SOLAR CELL AND MODULE”, Proc. th IEEE PVSC,pp. - ( )K. Kishimoto et. al., “Device Performances and Simulations for Several Kinds of Large-Scale Thin Film Silicon Solar Cell Modules-Introduction of Super See-Through Thin Film Solar Cell Module andApplications”, th Euro PVSEC (Barcelona, June)25。
硅基薄膜太阳能电池的发展现状与未来发展趋势
硅基薄膜太阳能电池的发展现状与未来发展趋势硅基薄膜太阳电池的研究现状及硅基薄膜太阳电池的研究现状及前景薄膜太阳电池的研究现状摘要：本文着重介绍了非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池原理、制备方法，从材料、工艺摘要与转换效率等方面讨论了它们的优势和不足之处，并提出改进方法。
同时介绍了国内外硅基薄膜太阳电池研究的进展，最后展望了薄膜太阳能电池的发展前景。
关键词：太阳能电池；薄膜电池；非晶硅；多晶硅；微晶硅；光伏建筑；最新进展关键词一、引言太阳电池是目前主要的新能源技术之一，它利用半导体的光电效应将光能直接装换为电能。
目前太阳电池主要有传统的（第一代）单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟硒电池以及新型的（第二代）薄膜电池。
薄膜太阳电池可以使用其他材料当基板来制造，薄膜厚度仅需数μm，较传统太阳能电池大幅减少原料的用量。
目前光伏发电的成本与煤电的差距还是比较大，其中主要的一项就是原材料即的价格。
薄膜太阳电池消耗材料少，降低成本方面的巨大潜力。
薄膜太阳能电池的种类包括：非晶硅(a-Si)、多晶硅(poly-Si)、化合物半导体II-IV 族[CdS、CdTe(碲化镉)、CuInSe2] 、色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)、有机导电高分子(Organic/polymer solar cells) 、CIGS (铜铟硒化物)等。
如果要将太阳电池大规模应用为生活生产提供能源，那么必须选择地球上含量丰富，能大规模生产并且性能稳定的半导体材料，硅基薄膜电池的优越性由此凸显。
本文主要综述硅基薄膜太阳电池（包括多晶硅薄膜电池、非晶硅薄膜电池）的发展现状及并简要分析其发展前景。
二、非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池非晶硅(a-Si) (a 非晶硅太阳电池是上世纪70 年代中期发展起来的一种薄膜太阳电池，它制备温度低，用材少，便于工业化生产，价格低廉，因而受到高度重视。
现阶段非晶硅太阳电池的转换效率已从1976 年的1%~2%提高到稳定的12~14%，其中10cmХ10cm 电池的转换效率为10.6%.小面积的单结的电池转换效率已超过13%。
薄膜太阳电池及bipv设计及成本分析
薄膜太阳电池简介
薄膜太阳电池的制造工艺主要包括物理气相沉积、化学气相 沉积、电化学沉积等。这些工艺可以在较低的温度下制造出 高质量的薄膜材料，从而降低能耗和成本。
详细描述
钙钛矿太阳电池利用钙钛矿材料作为吸光层，通过光电效应将光能转换为电能。 其结构简单、制造成本低，且光电转换效率高，一般在20%以上。然而，钙钛 矿太阳电池的稳定性较差，需要进一步改进。
CIGS太阳电池
总结词
CIGS太阳电池是一种基于铜、铟、镓、硒等元素的四元化合物半导体材料的薄膜 太阳电池，其光电转换效率高且稳定性好。
06 结论与建议
研究结论
薄膜太阳电池技术具有较高的光电转换效率和较低的成本，是未来太阳能产业的重 要发展方向。
BIPV（Building Integrated Photovoltaics）技术将光伏组件与建筑完美结合，实 现了光伏发电与建筑的一体化，为建筑节能减排提供了新的解决方案。
薄膜太阳电池及BIPV技术在国内外得到了广泛的应用和推广，市场前景广阔。
薄膜太阳电池的种类繁多，包括染料敏化太阳电池、钙钛矿 太阳电池、硅基薄膜太阳电池等。这些不同类型的薄膜太阳 电池具有不同的性能和应用场景，但都具有低成本和高效率 的优势。
02 薄膜太阳电池技术
染料敏化太阳电池
总结词
染料敏化太阳电池是一种新型的薄膜太阳电池，其光电转换效率相对较低，但制造成本 低，适合大规模生产。
机遇。
技术进步
PECVD：晶硅太阳能电池效率提升技术
PECVD：晶硅太阳能电池效率提升技术为了提高晶体硅太阳能电池的效率，通常需要减少太阳电池正表面的反射，还需要对晶体硅表面进行钝化处理，以降低表面缺陷对于少数载流子的复合作用。
硅的折射率为3.8，如果直接将光滑的硅表面放置在折射率为1.0的空气中，其对光的反射率可达到30%左右。
人们使用表面的织构化降低了一部分反射，但是还是很难将反射率降得很低，尤其是对多晶硅，使用各向同性的酸腐蚀液，如果腐蚀过深，会影响到PN结的漏电流，因此其对表面反射降低的效果不明显。
因此，考虑在硅表面与空气之间插一层折射率适中的透光介质膜，以降低表面的反射，在工业化应用中，SiNx膜被选择作为硅表面的减反射膜，SiNx膜的折射率随着x值的不同，可以从1.9变到2.3左右，这样比较适合于在3.8的硅和1.0的空气中进行可见光的减反射设计，是一种较为优良的减反射膜。
另一方面，硅表面有很多悬挂键，对于N型发射区的非平衡载流子具有很强的吸引力，使得少数载流子发生复合作用，从而减少电流。
因此需要使用一些原子或分子将这些表面的悬挂键饱和。
实验发现，含氢的SiNx 膜对于硅表面具有很强的钝化作用，减少了表面不饱和的悬挂键，减少了表面能级。
综合来看，SiNx膜被制备在硅的表面起到两个最用，其一是减少表面对可见光的反射；其二，表面钝化作用。
PECVD技术的分类用来制备SiNx膜的方法有很多种，包括：化学气相沉积法（CVD法）、等离子增强化学气相沉积（PECVD法）、低压化学气相沉积法（LPCVD法）。
在目前产业上常用的是PECVD法。
PECVD法按沉积腔室等离子源与样品的关系上可以分成两种类型：直接法：样品直接接触等离子体，样品或样品的支撑体就是电极的一部分。
间接法：或称离域法。
待沉积的样品在等离子区域之外，等离子体不直接打到样品表面，样品或其支撑体也不是电极的一部分。
结晶硅太阳电池效率的影响因素及优化方案
结晶硅太阳电池效率的影响因素及优化方案本文基于结晶硅太阳电池的构造原理，理论上分析了影响太阳电池转换效率的主要因素，并为提高太阳电池的光电转换效率，提出优化方案。
进行电极优化以减小表面电极所引起的功率损失是一种行之有效的方法。
目前主要有减小电极栅线宽度、增加电极栅线高度、减少电极栅线电阻率、减小发射极与电极栅线之间的接触电阻四种方法。
其中第一种方法能够减少太阳电池的光学损失，后三种方法能够减少太阳能电池的电学损失。
综合考虑电池前表面的电学损失和光学损失，介绍了优于单层电极结构的双层电极技术。
对于俄歇复合与表面面积增加导致的电学损失，介绍了全背电极技术。
关键词：结晶硅太阳电池、光学损失、转换效率、双层电极技术第一章绪论1.1 结晶硅太阳电池的发展历史及现状中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。
进入二十一世纪，随着欧洲市场的放大，特别是德国市场，以及横空出世的无锡尚德太阳能电力有限公司，中国光伏产业在其超常规的发展中找到了前所未有的发展契机和机遇。
目前，我国在太阳能电池领域产业已经成功超过欧洲、日本，成为全球主要的太阳能电池生产国，也是世界太阳能电池生产第一大国。
在产业布局方面，我国的太阳能电池产业在环渤海、珠三角、长三角、中西部地区，已经形成了一定的集聚态势，衍生出了各具特色的太阳能产业集群。
在技术方面，国外的太阳能电池技术发展比国内早了近二十多年，尽管最近几年国家在太阳能电池方面加大了投入，但国内的太阳能电池技术与国外差距依旧很大。
想要有较大的发展，政府要给予政策上较大的引导和激励，有效合理的解决太阳能发电定价的问题和上网问题。
与此同时要较多借鉴国外的成功经验，要充分发挥政府的示范作用，可将太阳能强制推广到公共设施、政府办公楼等应用领域，推动国内太阳能电池市场需求，促使太阳能电池技术尽快起步和良性发展。
太阳能电池发展现状及高效率实例
太阳能电池发展现状及其转换效率的提高及实例因为能源危机，环境问题，清洁的太阳能电池是不错的选择。
一太阳能电池发展概况目前研发出来的或者正在开发的太阳能电池有：晶体硅太阳电池，III-V族太阳电池，硅基薄膜太阳电池，CIGS太阳电池，染料敏化电池，纳米太阳电池。
晶体硅太阳电池的种类：HIT太阳电池，PERL太阳电池，OCEO 太阳电池，Pluto太阳电池。
HIT太阳电池，结构简单，效率高，具有产能优势；Pluto太阳电池去除或简化了PERL太阳电池电池的一些材料和工艺，已实现产业化，Pluto多晶硅太阳电池，材料多晶硅成本低，转换效率也已经实用。
目前产业化的电池还有，丝网印刷电池，掩埋栅电池，高效背面点接触电极电池。
III-V族太阳电池的种类：GaAs系太阳电池，InP系太阳电池，薄膜III-V族太阳电池，量子阱/点太阳电池，多结太阳电池，热光伏电池，分谱太阳电池，III-V族半导体中间带太阳电池。
制备方法：液相外延技术，金属有机化学气相沉积技术，分子束外延技术。
近几年，叠层电池效率的迅速提高以及聚光太阳电池技术的发展和设备的不断改进，使聚光III-V族太阳电池系统的成本大大降低。
2009年德国已经研制出高达41.4的GaInP/GaInAs/Ge叠层太阳电池。
硅基薄膜太阳电池包括非晶硅、微晶硅薄膜太阳电池，研发的种类有：a-SiC/a-Si异质结太阳电池，uc-Si薄膜太阳电池，非晶硅/微晶硅串联太阳电池。
制备方法较多，值得关注的新方法有热膨胀等离子体沉积法，常压等离子气相沉积法。
产业化生产技术：以玻璃衬底的硅基薄膜太阳电池制备技术，非晶硅薄膜的柔性衬底、卷到卷太阳电池制备技术。
硅基薄膜太阳电池所需原材料少，可大面积沉积，成本低，可沉积到柔性衬底上，柔性衬底的电池可以装在非平整的建筑物表面上，但转化效率低，仅7.5%-8.5%，非晶硅和非晶锗硅合金电池的光诱导衰退，是需要解决的问题。
CIGS太阳电池研发的有:柔性金属CIGS电池、聚合物衬底CIGS 薄膜电池。
太阳电池中的薄膜技术与材料PPT课件
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3.2 碲化镉太阳电池结构
金属层
+
缓冲层
降低CdTe和金属电极的接触势垒，引出电流，使金属电极 与CdTe形成欧姆接触。
-
电池的主体吸光层，它与n型的CdS窗口层形成的p-n结是整个电
p-CdTe
池最核心的部分。多晶CdTe薄膜具有制备太阳能电池的理想的 禁带宽度(Eg=1．45 eV)和高的光吸收率(大约10^4/cm)。CdTe
的光谱响应与太阳光谱几乎相同。
n-CdS TCO
n型半导体，与P型CdTe组成p/n结。CdS的吸收边大约 是521 nm，可见几乎所有的可见光都可以透过。因此 CdS薄膜常用于薄膜太阳能电池中的窗口层。
透明导电氧化层。它主要的作用是透光和导电的作用。
玻璃基板
主要对电池起支架、防止污染和入射太阳光的作用。
非晶硅太阳电池受光持续照射，缺陷增加，使电池转换效率下降
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2.5 非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池概况
微晶硅材料是微晶粒、晶粒间界和非晶相共存的混合相材料,一般都存在 微空洞,其带隙随着晶相比的不同,由1.2eV到1.7eV连续可调,而且几乎没有光 致衰退效应。薄膜非晶硅/微晶硅叠层电池, 即以非晶硅为顶电池, 以微晶硅 为底电池的叠层电池, 是目前获得高效率高稳定性硅基薄膜太阳电池的最佳 途径。
2、采用PECVD或VHF-PECVD来沉积顶电池，沉积压力为50-1000Pa，衬底温度为150-250℃， 在透明导电膜上依次沉积p型非晶硅掺杂层、i本征非晶硅层和n型非晶硅掺杂层，制备 出顶电池；
3、预热已沉积的器件，温度为180℃-250℃，沉积压力为130-1000Pa，在真空室中用PECVD 或VHF-PECVD法，在中间透明反射层背面沉积微晶硅薄膜底电池；
2022年太阳能电池技术进展盘点
2022年太阳能电池技术进展盘点太阳能电池转换效率最新的世界纪录是多少？42.3%。
这是2022年10月6日，美国Spire半导体公司宣布的最新成果。
该公司研发的三结砷化镓（GaAs）太阳电池峰值效率达到了42.3%，聚光条件相当于406个太阳。
据悉，这款电池平台已经可以投入商业使用。
一般来说，太阳能电池的光电转换效率只有20%~30%。
在此之前的世界纪录是波音全资子公司Spectrolab在2022年8月生产出的一款试验电池，转换率达到41.6%。
2022年11月22日，另一项新纪录诞生。
Spectrolab宣布，其开发的最新型地面用太阳电池C3MJ+已经开头批量生产，该系列太阳电池的平均光电转换效率可达39.2%，这是目前已量产的太阳能电池中转换效率最高的。
多结太阳能电池通常用在聚光型光伏（CPV）应用方面。
在2022年，获得突破的不仅仅是多结太阳能电池，在太阳能技术进展的各个方面都获得了许多进展。
让太阳能电池捕获更多阳光提高太阳能电池转换效率是科学家永恒的课题。
目前，科研人员都在努力讨论提高有机薄膜电池效率的化学过程。
如日本秋田高校的讨论小组开发出了将紫外线转换成可视光、对可视光呈透亮状态的有机材料。
旨在使目前太阳能电池未能有效利用的紫外线能够用于光电转换，以此来提高转换效率。
据悉，将该材料涂布在非结晶Si型薄膜太阳能电池上时，转换效率比原来的数值提高了9％，用在转换效率为20％的太阳能电池上，有望实现22％的效率。
2022年还有许多从结构上提高效率的尝试。
如日本京瓷公司采纳先进方法形成高品质的微晶硅，叠加非晶硅层和微晶硅层的串联构造的薄膜硅太阳能电池实现13.8％的转换效率。
而多位美国科学家进行了通过增加表面吸光力量提高电池效率的尝试。
标准平板电池的问题在于，不论它是用有机还是无机材料制成的，部分阳光会通过反射损失掉。
为了削减这个损失，电池制造商将电池涂上了抗反射涂层，或者蚀刻电池的表面以增加光子汲取。
夏普5月量产薄膜硅太阳能电池 单元转换效率实现13%
上产生的氧化和氢化周期，用完 了一块燃料 电池 。在该实验室的国家 同步辐射光源中， 研究 人员使用 了一个扫描透射显微镜 中的 Ｘ 光探测器来观察 电气化学进程 ，并确证金原子的使
地缩短下一代燃料 电池动力车的使用寿命￣ ５ 在 天的加速测速 中缩短了 ４ ％。 ５ 以这样的情况， 混合动力将永远无法像先进能源计划倡导的在全 电力驱动汽车上实现。 时走时停形成的不断放 电充电的周期， 会产生范 围很大 的电压摆动 ， 溶解燃料 电池碳 电
极中一层薄薄的 白金，如果 电极中的 白金溶解 ，会极大地 降低燃料 电池的性能。 研究小组将数个 １－ ５ ０－ 个金原子串注入钯纳米粒子的表面， － １ 形成燃料 电池电极上一层薄 薄的涂层 ，从而解决了这一问题。金原子可 以减小时走时停驾驶产生的电压摆动，防止 白金 溶解。外覆钯的碳可 以形成成本更低的电极，因为它的白金只有一层 。 布鲁克海文国家实验室在试验 中模拟 了 ３ 万次时走时停驾驶， 以及因此在燃料 电池 电极
在填充一次 甲醇燃料 的状态下，电池容量最高可达到原锂离子充 电电池的 ２ 倍 。 ， ５ 日本 电信 电话公司于 ２ ０ 年 ２月推 出以氢为燃料 的小型 固体高分子燃料 电池。这种小 ０５ 型燃料 电池长 ｇｍ、宽 ４ ｏ ｅ ． ｍ、厚 １ ０ ２ ． ｍ，与折叠型手机充 电器的大小差不多，可用来代替 ３
供 电便 受到了关注 。 由于高亮度的 Ｔ ｒ液 晶显示屏、ＭＰ Ｆ ３外放 、视频播放 等往往耗电量较大， 目前手机采 用的 ３ ￣ Ｖ 电池 ，电量大多在 ５ ｌ０ｍＡ时 ，其连续使用时间一般只有 ２ ８ ，正常通话 ．５ ５ ０ ５０ －ｈ 待机时间 ２４天 。较少的 电量和 日益增加 的耗电功能形成 了制约手机功能发展的瓶颈。 ． － 近年来 ， 微燃料 电池成为未来应用 的主要方 向。 使用微燃料 电池是化学能源转化后获得
各类晶硅太阳能电池效率发展
各类晶硅太阳能电池效率发展晶硅太阳能电池是目前太阳能电池市场上最常见的一种电池类型，也被广泛应用于光伏发电领域。
它的高效率和较低的制造成本使其成为许多太阳能项目的首选。
随着科技的进步和太阳能产业的快速发展，晶硅太阳能电池的效率得到了显著提高。
在过去的几十年里，晶硅太阳能电池的效率从不到10%提高到了目前的20%以上，继续保持着增长的趋势。
在晶硅太阳能电池中，最常见的是单晶硅和多晶硅两种材料。
单晶硅由于其晶格结构的完整性，具有较高的电子迁移率和较低的复合速率，因此具有更高的效率。
而多晶硅由于结晶过程中晶格结构的断裂，使得电子迁移受到一定的影响，故效率相对较低。
近年来，通过工艺的改进和材料的优化，多晶硅的效率也有了显著提高，接近于单晶硅的效率。
除了材料的优化外，晶硅太阳能电池的效率提高还得益于结构和工艺的改进。
例如，通过反射层的设计和应用可以提高光的利用率，通过改进电极和背面反射镀膜可以减少光的反射损失。
此外，通过优化薄膜传输层和掺杂技术，可以减少电子和空穴的复合速率，从而提高光电转换效率。
在目前市场上，晶硅太阳能电池的效率已经达到了20%以上。
然而，这并不意味着晶硅太阳能电池的发展已经停滞不前。
科研机构和制造商仍然在不断努力提高晶硅太阳能电池的效率，目标是实现更高的光电转换效率和更低的成本。
近年来，研究人员提出了许多新的理念和技术，旨在进一步提高晶硅太阳能电池的效率。
例如，针对传统晶硅太阳能电池在长波长光吸收上的不足，一些研究人员提出了多重捕获晶硅太阳能电池的概念，通过增加吸收光的路径长度和提升光的吸收效率来提高效率。
此外，还有研究人员尝试利用纳米材料和纳米结构来提高晶硅太阳能电池的效率，通过增加光的吸收和延长电子和空穴的寿命来提高光电转换效率。
总的来说，晶硅太阳能电池的效率在过去几十年里得到了显著提高，已经成为目前市场上最常见且效率较高的太阳能电池。
而未来，晶硅太阳能电池的发展仍然有很大的潜力和空间，通过材料、结构和工艺的不断优化，有望进一步提高效率，实现更高的光电转换效率和更低的制造成本。
太阳能电池效率提升关键材料剖析
太阳能电池效率提升关键材料剖析近年来，随着环境污染的加剧和传统能源的枯竭，太阳能逐渐成为一种备受关注的可再生能源。
然而，太阳能电池作为太阳能发电系统的核心部件，其效率一直是限制太阳能利用的重要因素。
为了提高太阳能电池的效率，研究人员致力于开发一系列关键材料。
本文将对太阳能电池效率提升的关键材料进行剖析。
第一种关键材料是硅。
硅是最常用的太阳能电池材料之一，其具有半导体特性，在光照下可直接将太阳能转化为电能。
然而，普通硅材料的效率并不高，主要原因在于它只能吸收太阳光谱的一部分。
为了改善这一问题，人们研发了多晶硅、单晶硅和非晶硅等变种材料。
此外，通过对硅材料进行表面处理，如纳米结构化和纳米粒子添加等，也能提高太阳能电池的效率。
第二种关键材料是钙钛矿。
钙钛矿是一种新兴的太阳能电池材料，具有较高的光吸收能力和电子迁移率，因此被认为是下一代太阳能电池的候选材料。
钙钛矿太阳能电池的效率在短短几年内就取得了巨大的突破，已经达到了传统硅太阳能电池的水平。
钙钛矿太阳能电池还具有制备工艺简单、成本低廉的优势，因此受到了广泛的关注和研究。
第三种关键材料是碳基材料。
碳基材料由碳元素组成，具有较好的光学和电学特性，能够有效提高太阳能电池的光吸收能力和载流子传输速度。
其中，石墨烯是一种具有单层碳原子排列的二维材料，具有很高的导电性和光学吸收率，能够显著提高太阳能电池的工作效率。
此外，碳纳米管和富勒烯等碳基材料也被广泛应用于太阳能电池领域。
第四种关键材料是过渡金属氧化物。
这些材料由过渡金属和氧元素组成，具有优异的光电性能和稳定性。
近年来，过渡金属氧化物在太阳能电池中获得了广泛的应用。
例如，钛酸钡、二氧化钛和氢氧化镍等材料可用于光阳极，而二氧化钒和氧化铁等材料可用于光阴极。
这些过渡金属氧化物材料不仅能够增强太阳能电池的光吸收能力，还能提高光生电子和空穴的分离效率，从而提高太阳能电池的效率。
第五种关键材料是有机材料。
有机太阳能电池具有制备工艺简单、柔性可弯曲和颜色可调节的优势，因此被广泛研究。
太阳能电池种类、发展历史及发展现状
太阳能电池种类、发展历史及发展现状
太阳能电池是一种可以将太阳能转化为电能的设备，具有清洁、可再生等优点，在能源领域有着广泛的应用。
本文将就太阳能电池的种类、发展历史以及发展现状进行详细介绍。
一、太阳能电池的种类
1.1 结晶硅太阳能电池
1.2 薄膜太阳能电池
1.3 高效率太阳能电池
二、太阳能电池的发展历史
2.1 1839年，费尔贝尔发现光电效应
2.2 1954年，第一块太阳能电池问世
2.3 20世纪70年代，太阳能电池商业化生产
三、太阳能电池的发展现状
3.1 太阳能电池的市场规模逐年扩大
3.2 太阳能电池技术不断创新
3.3 太阳能电池应用领域不断拓展
四、太阳能电池的未来发展趋势
4.1 提高太阳能电池的转换效率
4.2 降低太阳能电池的成本
4.3 发展新型太阳能电池技术
五、太阳能电池的环境影响及可持续性
5.1 太阳能电池的生产过程对环境影响较小
5.2 太阳能电池的运行过程无污染
5.3 太阳能电池具有可再生性和可持续性
总结：太阳能电池作为清洁能源的代表，具有巨大的发展潜力和广阔的市场前景。
随着技术的不断进步和成本的不断降低，太阳能电池将在未来发挥越来越重要的作用，为人类提供更加清洁、可持续的能源。
结晶薄膜太阳能电池的问题
结晶薄膜太阳能电池的问题结晶薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术，与传统硅基太阳能电池相比，具有更高的能量转换效率、更轻薄灵活的结构以及更低的生产成本等优势。
然而，尽管结晶薄膜太阳能电池具有很多潜力，但目前仍存在一些问题需要解决。
首先，结晶薄膜太阳能电池的能量转换效率仍然相对较低。
与传统硅基太阳能电池相比，结晶薄膜太阳能电池在光电转换效率方面还有待提高。
当前的结晶薄膜太阳能电池的光电转换效率一般在10%到15%之间，而最高效率的硅基太阳能电池已经可以达到20%以上。
其次，结晶薄膜太阳能电池面临着制造工艺上的挑战。
与硅基太阳能电池相比，制造结晶薄膜太阳能电池过程更加复杂，需要较高的工艺控制和材料处理技术。
这一制造上的挑战导致了成本较高，限制了结晶薄膜太阳能电池的商业化应用。
另外，结晶薄膜太阳能电池还存在耐久性和稳定性问题。
由于结构和材料的特性，结晶薄膜太阳能电池在长期使用过程中容易受到外界环境条件的影响，导致性能衰减或失效。
这对于太阳能电池来说是一个重要的问题，因为长期的性能稳定性对于设备的寿命和经济性非常关键。
此外，结晶薄膜太阳能电池还需要进一步提高光强条件下的工作效果。
结晶薄膜太阳能电池的性能很大程度上依赖于光照条件，对弱光和背面反射等因素都比较敏感。
因此，在光强较低的环境中，结晶薄膜太阳能电池的发电效率通常会有所下降。
为解决这个问题，需要改进材料的吸收特性和光电转换机制，从而提高光强条件下的工作效果。
综上所述，虽然结晶薄膜太阳能电池具有很多优势，但仍然面临能量转换效率低、制造工艺复杂、耐久性和稳定性问题以及工作效果对光照条件敏感等一系列挑战。
通过持续的科研和技术进步，相信这些问题可以逐步得到解决，并为结晶薄膜太阳能电池的广泛应用打下更加坚实的基础。
第3章 硅薄膜太阳电池1
装源：脱氧结束后，将石英反应管从炉膛中退 出，温度降至接近室温时，打开反应管，将处 理好的衬底片及生长源片，放入石墨舟相应的 衬底片槽和生长源槽中。
3.4 硅薄膜太阳电池的结构及工作原理
3.4.1 单结硅基薄膜太阳电池的结构及工作原理
在常规的单晶和多晶太阳电池中，通常是用pn结结构， 由于载流子的扩散长度很高，所以电池的厚度取决于 所用硅片的厚度。 对于硅基薄膜太阳能电池，所用的材料通常是非晶或 微晶材料，材料中载流子的迁移率和寿命，都比在相 应的硅体材料中低很多，载流子的扩散长度也比较短， 选用通常的pn结的电池结构，光生载流子在没有扩散 到结区之前就会被复合。 如果用很薄的材料，光的吸收率会很低，相应的光生 电流也很小。
3.2.1非晶硅薄膜电池特点
非晶硅是指硅原子的排列非常松散，它不像结 晶硅一样具有一定的规则性， 可以含有大量的结构或键结上的缺陷，它是种 类似玻璃的非平衡态结构。 一直到1974年，才有研究者发现非晶硅可以 用在PV元件上，在此之前，非晶硅一直是被 视为绝缘体的 。
非晶硅薄膜电池特点
工作原理
开路电压Voc是太阳电池的重要参数之一， Voc大小与许多材料特性有关 1. 它取决于本征层的禁带宽度，宽带隙的本征材料 可以产生较大的开路电压，而窄带隙的材料产生 较小的开路电压，比如非晶锗硅电池的开路电压 比非晶硅电池的开路电压小。 2. 开路电压的大小还取决于掺杂层的特性，特别是 掺杂浓度，尤其是p层掺杂浓度。为了增加开路 电压，人们通常采用非晶碳化硅合金（a-SiC：H） 或微晶硅（uc-Si：H）作为p层材料。 3. 开路电压的幅度还取决于本征层的质量。
光劣化现象
硅太阳能电池极限效率
硅太阳能电池极限效率
硅太阳能电池的理论极限效率是由爱因斯坦的光电效应方程和量子理论计算得出的，约为29.4%。
这意味着，当光照射到硅材料上，电子从材料内部跃迁到材料外部时，会产生一定的能量损失。
这个能量损失是由于电子在跃迁时需要克服材料内部的束缚能和材料与外部电路之间的界面能等因素造成的。
目前，硅太阳能电池的商业化最高效率已经达到了26%左右，但科学家们仍在不断研究和探索提高硅太阳能电池效率的方法。
其中，一些研究方向包括：
1. 提高材料纯度：硅太阳能电池的效率受到杂质和缺陷的影响，提高材料纯度可以减少这些影响，从而提高电池效率。
2. 优化电池结构：通过优化硅太阳能电池的结构，例如增加电极面积、改变电极材料等，可以减少能量损失，提高电池效率。
3. 引入新材料：研究和开发新型半导体材料，例如有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等，可以提高太阳能电池的效率和稳定性。
总之，硅太阳能电池的理论极限效率是29.4%，但科学家们正在不断探索和研究提高电池效率的方法，未来有望实
现更高的效率。
太阳电池大观
太阳电池大观太阳电池(solar cell)是利用光生伏特效应将太阳光的能量直接转换为电能的固态电子器件，在太阳电池的光一能量转换过程中，不需经过其他中间能量形式，只是排出热量成为废热。
最早的光生伏特器件是硒光电池，由于转换效率太低，不可能用来发电，仅能用作光检测元件。
1954年，具有6％转换效率的单晶硅太阳电池问世，从此有了实用的可能性，太阳电池之名也由此而来。
用作太阳电池的材料有硅(Si)、GaAs、InP、CdS等，其中硅储量最为丰富、价格也最便宜，故迄今为止一直用作最主要材料。
上世纪70年代初期，硅太阳电池开发曾有几项重大突破，使最高转换效率达到了19.1％。
硅太阳电池具有很长的寿命和很高的功率，重量比。
早期硅太阳电池主要用作航天器的电源，在地面上主要用于航标灯、无人中继站电源、太阳能水泵、电子表和计算器等，后来才逐渐发展到太阳电池发电站和家庭供电。
太阳电池作为无污染能源和矿物燃料的一种替代品而日益受到人们重视，特别在上世纪80年代，世界对全球气候变暖的严重问题达成共识。
1988年后联合国组成了专门有关气候变化的组织，目的是限制温室气体排放，稳定大气中的CO，浓度，以防止气候的危险变化，并鼓励太阳电池发电站多多投入实用。
2005年2月京都议定书(美国未参加)生效，对地球环境、能源问题再次给与了极大关注，要求各国普遍减少CO<sub>2</sub>排放量，进一步促进了太阳光、风力等自然能源的开发利用。
日本、欧洲、美国都在积极推广太阳电池，欧洲近年措施得力，发展更为迅速。
日本政府通过补助金制度大力推进太阳电池的使用，1994年后获得顺利发展，到2003年，在太阳光发电系统的应用方面，日本一直处于世界领先地位。
2004年日本的专门机构又拟订了“2030年前太阳光发电发展路线图”，加紧扩大利用太阳能发电，目标是到2030年能占家庭用电的一半，相当于占全部电力的10％。
此外，德国、意大利、西班牙等欧洲国家也都通过政府收购政策(价格是一般电费的3倍)以发展太阳电池发电的应用，美国布什总统在去年1月的国情资文中说，为减少对中东石油的依赖，决定实施大力投资太阳电池发电为主的取代能源政策。
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シリコン結晶薄膜太陽電池の高効率化技術
Efficiency Improvement in Microcrystalline Silicon Thin-film Solar Cells
西 村 和 仁* 奈須野 善 之* 山 本 浩 史* 早 川 尚 志*
Kazuhito Nishimura Yoshiyuki Nasuno Hiroshi Yamamoto Takashi Hayakawa
要 旨
現在，世界の太陽電池市場で主流である結晶シリコン太陽電池に対して，次世代の低コスト太陽電池の一つとして，薄膜シリコン太陽電池の研究開発が盛んに行われている。
特に，アモルファスシリコン薄膜太陽電池と同様のプラズマCVD法で作製できるシリコン結晶薄膜太陽電池は，長波長域の光吸収係数がアモルファスシリコン薄膜太陽電池より高いという特徴を有することから，アモルファスシリコン／シリコン結晶薄膜のタンデム型太陽電池の下部セルとして利用することで，総合的に高い変換効率を得ることができる。
本稿では，上記シリコン結晶薄膜太陽電池においてp型層の窒素合金化技術を用いて変換効率の向上を達成したので，その結果を報告する。
Silicon thin-film solar cells have been extensively studied and developed as one of promising low-cost solar cells for the next generation, though the current world photovoltaic market is dominated by crystalline silicon solar cells. Microcrystalline silicon (μc-Si) thin-film solar cells can be fabricated using the same process of plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) as amorphous silicon (a-Si) thin-film solar cells. Since μc-Si has higher optical absorption coefficients at long wavelengths than a-Si, it can be used as a bottom cell of an a-Si/μc-Si tandem solar cell to achieve high conversion efficiency. This paper describes the imporovement in conversion efficiency of a μc-Si solar cell using a nitrogen added μc-Si p-layer.
まえがき
/ / a-Si nm % a-Si c-Si a-Si 図１ a-Si c-Si
a-Si/ c-Si c-Si
*
32
１. 低温形成微結晶シリコン太陽電池における開放電圧向上技術
c-Si a-Si CVD CVD
p-i-n c-Si
CVD c-Si c-Si i c-Si
a-Si c-Si p-i-n a-Si a-SiC p i p p p/i i p i p
p p- c-Si:N
２. 微結晶シリコンセルの作製および評価方法
c-Si c-Si p i n c-Si . MHz CVD
図１ a-Si/μc-Siタンデム太陽電池構造図
Fig. 1 Schematic view of a-Si/μc-Si solar cell structure.
33
図２ 膜中窒素濃度のN2/SiH4ガス流量比依存性Fig. 2 N2/SiH4 gas ratio dependence of nitrogen
concentration in p-layers.図３ p層導電率の窒素濃度依存性（a）B2H6/SiH4流量比一定，（b） N濃度とともにB2H6/SiH4流量比増加Fig. 3 Nitrogen concentration dependence of conductivity of p-layers;（a）constant B2H6/SiH4 gas ratio,（b）
increasing B2H6/SiH4gas ratio with increasing
nitrogen concentration.
i H SiH /s p n H B H PH p- c-Si:N N p SIMS p- c-Si:N Ic/Ia c-Si AM . W/cm cm
３. 窒素合金化ｐ層およびセル特性
p SIMS p N /SiH 図２ p . To rr
N /SiH p N /SiH N /SiH c-Si:N
c-Si p- c-Si:N c-Si
p p p p p-n p p Ic/Ia . atomic% i p i
B H /SiH B H /SiH . atomic% B H /SiH . 図３ B H /SiH p a B H /SiH p b a . atomic% / b /
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35
p H /SiH 図３ Ic/Ia 図３ b p i m c-Si p . atomic% mV p c-Si mV mV . atomic% p
図４ 窒素合金化p 層適用セルのI-V 特性
Fig. 4
I-V characteristic of the cell with p-μc-Si:N.
i
ZnO - 図４ mV . mA/cm . . %
むすび
p cm . %
参考文献
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