太阳能电池的问题及优化

多晶硅太阳能电池
材料制造简便，节约电耗，总的生产成本 较低。产量、规模较单晶硅易扩大，没有 明显效率衰退问题。
效率比单晶硅电池低，而高于非晶硅薄膜 电池。寿命要比单晶硅太阳能电池短。
多晶硅太阳能电池
原料来源为头尾料，杂质较多
间Leabharlann Baidu氧
杂质
替位碳
过渡金属杂质（Fe,Cu,Ni,Cr）
多晶硅太阳能电池
太阳能电池芯片表面制造绒面或倒金字塔多坑表面 结构。电池芯片背面制作背面镜，以降低表面反射 和构成良好的隔光机制，减少太阳能电池薄膜光反 射的损失
PN结的空间电荷区宽度减少，幷减少空间电荷区的 复合中心。 采用高性能表面钝化膜，以降低表面复 合速率。
提高硅晶体中少数载流子寿命，即减少重金属杂质 含量和其他可作为复合中心的杂质，晶体结构缺陷 等。采用深结结构，并在金属接触处加强钝化
制作工艺复杂，仍可能存在缺陷
微缺陷
缺陷
位错
晶界
位错
晶界
多晶硅太阳能电池
吸杂
（1）杂质的释放 （2）杂质的快速扩散 （3）杂质在预定的吸杂位置被捕获
通过磷吸杂，铝吸杂，磷-铝共吸杂，多孔硅吸杂 等工艺可以减少材料中杂质的含量。从而提升电池性能。
多晶硅太阳能电池
钝化工艺 多晶硅中位错、晶界等这些扩展缺陷存在的悬挂键和金属杂质
第三代电池与前代电池最大的不同是制程中导入有机物和纳米科技。 种类有光化学太阳能电池、染料光敏化太阳能电池、高分子太阳能 电池、纳米结晶太阳能电池。
第四代则针对电池吸收光的薄膜做出多层结构。
材料分类
单晶硅太阳能电池
制作流程复杂，成本高，需要消耗大量的高纯硅材料，而制造 这些材料工艺复杂，电耗很大。以致于它还不能被大量广泛和 普遍地使用
薄膜太阳能电池
非晶硅薄膜太阳能电池
简介： 非晶硅薄膜太阳能电池是一种以非晶硅化合物为基本组成的薄膜 太阳能电池。
非晶硅薄膜太阳能电池
(1) 重量轻,比功率高 在不锈钢衬底和聚脂薄膜衬底上制备的非晶 硅薄膜电池, 重量轻、柔软,具有很高的比功率.在不锈钢衬底上的比 功率可达1000W/Kg,在聚脂膜上的比功率最高可达2000W/Kg. 而晶 体硅的比功率一般仅40-100W/Kg. 由于衬底很薄,可以卷曲、裁 剪, 便于携带, 这对于降低运输成本特别是对于空间应用十分有利. (2) 抗辐照性能好 由于晶体硅太阳电池和砷化镓太阳电池在受到 宇宙射线粒子辐照时, 少子寿命明显下降. 如在1Mev电子辐射通量 1×1016e/cm2时, 其输出功率下降60%, 这对于空间应用来说是个严 重问题. 而非晶硅太阳电池则表现出良好的抗辐射能力, 因宇宙射线 粒子的辐射不会(或很小)影响非晶硅太阳电池中载流子的迁移 率, 但却能大大减少晶体硅太阳电池和砷化镓太阳电池中少子的扩 散长度, 使电池的内量子效率下降. 在相同的粒子辐照通量下, 非晶 硅太阳电池的抗辐射能力 (效率10%, AM0条件下) 远大于单晶硅太 阳电池的50倍, 具有良好的稳定性. 多结的非晶硅太阳电池比单结的 具有更高的抗辐照能力.
非晶硅薄膜太阳能电池
（3) 耐高温 单晶硅材料的能带宽度为1.1eV, 砷化镓的能带 宽度为1.35eV, 而非晶硅材料的光学带隙大于1.65 eV, 有相对 较宽的带隙, 所以非晶硅材料比单晶硅和砷化镓材料有更好的 温度特性. 在同样的工作温度下, 非晶硅太阳电池的饱和电流 远小于单晶硅太阳电池和砷化镓太阳电池, 而短路电流的温度 系数却高于晶体硅电池的1倍, 这十分有利在较高温下保持较 高的开路电压(Voc)和曲线因子(FF). 在盛夏,太阳电池表面温度 达到60-70度是常有的, 良好的温度特性是十分重要的
单晶硅太阳能电池
工艺要求高，容易出现缺陷
点缺陷（空位、间隙原子、微缺陷）
线缺陷（位错：螺位错、刃位错）
缺陷
面缺陷（同种晶体内的晶界，小角晶界，层错; 异种晶体间的相界）
体缺陷（包裹体、气泡、空洞、微沉淀）
条 纹（一系列同心环状或螺旋状的腐蚀图形）
优化方向
提升制取单晶硅技术，减少成本
选择长载流子寿命的高性能衬底硅晶体
是少数载流子的复合中心，采用钝化的手段来中和这些复合中 心就成为提高材料性能的有效途径。 目前通常采用两种钝化方式氢钝化和氧化钝化。 最佳的钝化工艺是顶部进行的氧钝化结合底部进行的氢钝化。
多晶硅太阳能电池
热处理 如果在铸造多晶硅中的氧形成了热施主或氧沉淀，这些热施主
和氧沉淀将成为复合中心或引入成为复合中心的二次缺陷，导 致硅材料少子寿命降低，直接影响太阳能电池的光电转换效率。 通过热处理，结合碳和氮对氧生成原生氧沉淀的作用，能够降 低氧对太阳能电池光电性质的影响。
太阳能电池器件的问题及优化
组员：李宇航 张啸天 陈 策
发展
就太阳能电池的发展时间而言，可区分为四个世 代： 第一代衬底硅晶（Silicon Based） 第二代为薄膜（Thin Film） 第三代新观念研发（New Concept) 第四代复合薄膜材料。
世代
第一代太阳能电池发展最长久，技术也最成熟。种类可分为单晶硅 （Monocrystalline Silicon）、多晶硅（Polycrystalline Silicon）、非晶 硅（Amorphous Silicon）。以应用来说是以前两者单晶硅与多晶硅 为大宗，也因应不同设计的需求需要用到不同材料（例：对光波长 的吸收、成本、面积......等等）。
第二代薄膜太阳能电池以薄膜制程来制造电池。种类可分为碲化镉 （Cadmium Telluride CdTe）、铜铟硒化物（Copper Indium Selenide CIS）、铜铟镓硒化物（Copper Indium Gallium Selenide CIGS）、砷化 镓（Gallium arsenide GaAs）
多晶硅太阳能电池
采用耐紫外功能较强EVA和背板材料，可以有效降低 组件的功率衰减程度
采用双面Mc—Si电池结构，使正面光照产生的但位 于背面附近的光生少子可由背电极有效吸收。背电 极作为对正面电极的有效补充。
对于减反方面，可以通过激光刻槽、化学刻槽、反 应离子腐蚀（RIE）、制作减反射膜层等工艺实现， 从而提高效率。