多晶硅薄膜太阳能电池 (2)资料
太阳能电池材料的种类、原理和特点
太阳能电池是一种将太阳能直接转换为电能的装置，它是太阳能光伏发电系统的核心部件之一。
太阳能电池材料的种类、原理和特点是影响太阳能电池性能和应用领域的关键因素。
本文将围绕这一主题展开讨论，以便为读者深入了解太阳能电池提供全面的了解。
一、太阳能电池材料的种类太阳能电池材料可以分为晶体硅、非晶硅、多晶硅、柔性薄膜电池材料等几种主要类型。
1. 晶体硅晶体硅是太阳能电池最常用的材料之一，它主要由单晶硅和多晶硅两种类型，其中单晶硅的电池效率较高，但成本较高，多晶硅则相对便宜一些。
2. 非晶硅非晶硅是一种非晶态材料，是将硅薄片进行涂覆和烧结而成的，其电池效率较低，但成本较低，适合一些需要成本控制的应用场景。
3. 多晶硅多晶硅电池是利用多晶硅片制成，其性价比相对较高，广泛应用于家用光伏电站和商业光伏电站中。
4. 柔性薄膜电池材料柔性薄膜电池是一种新型的太阳能电池材料，主要由非晶硅材料、铜铟镓硒等化合物材料制成，具有柔性、轻薄、便于携带等优点，是未来太阳能电池发展的方向。
二、太阳能电池材料的原理太阳能电池是利用光电效应将太阳能直接转换为电能的装置。
不同类型的太阳能电池材料有着不同的工作原理。
1. 晶体硅晶体硅太阳能电池的工作原理是通过P-N结构实现的。
当太阳光照射在P-N结上时，光子的能量被硅中的电子吸收并激发，使得电子跃迁到导带中，形成光生电子和空穴。
这些光生电子和空穴会在P-N结的作用下分离，从而形成电流，从而实现将太阳能光能转化为电能。
2. 非晶硅非晶硅太阳能电池利用非晶硅薄膜吸收太阳光的能量，并将其转化为电能。
其工作原理与晶体硅相似，但非晶硅的材料结构不规则，电子的运动方式也有所不同。
3. 柔性薄膜电池材料柔性薄膜电池材料利用非晶硅、铜铟镓硒等化合物材料，通过薄膜沉积技术将材料制备成薄膜，实现光伏效应的转化工作原理与晶体硅和非晶硅类似，通过材料的光电转换将太阳光能转换为电能。
三、太阳能电池材料的特点不同种类的太阳能电池材料各有其独特的特点和适用场景。
晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。
晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。
【摘要】晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池是目前主流的太阳能电池技术。
晶体硅太阳能电池采用单晶硅或多晶硅制成，具有高转换效率和较长寿命的特点，广泛应用于家用光伏发电系统和大型光伏电站。
制造成本高和生产过程能耗大是其主要缺点。
薄膜太阳能电池利用薄膜材料制成，具有灵活性和轻便性，适用于建筑一体化等特殊场景。
但是转换效率较低，使用寿命短。
比较晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池的效率、成本、适用场景等方面可见各有优劣。
未来，随着技术的进步和成本的下降，晶体硅和薄膜太阳能电池将继续发展，为清洁能源产业注入新动力。
【关键词】晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、原理、特点、应用、优缺点、比较、发展前景、总结。
1. 引言1.1 太阳能电池简介太阳能电池，也称为光伏电池，是一种能够将太阳能转化为电能的设备。
它是利用半导体材料的光电效应将太阳辐射直接转换为直流电的装置。
太阳能电池是清洁能源中的重要组成部分，具有环保、可再生和低碳的特点。
太阳能电池的核心部件是光伏电池片，其主要材料包括硅、硒化镉、铜铟镓硒等。
目前市场上主要有晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池两类。
晶体硅太阳能电池具有较高的转换效率和稳定性，是目前主流的太阳能电池技术；而薄膜太阳能电池则具有柔性、轻便和生产成本低的优势。
太阳能电池的应用领域广泛，包括家用光伏发电系统、工业和商业用途，以及航天航空领域等。
随着太阳能产业的快速发展，太阳能电池的效率和成本不断提升，未来将在能源领域扮演越来越重要的角色。
1.2 晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池介绍晶体硅太阳能电池是目前应用最广泛的太阳能电池技术之一。
它由大面积的单晶硅或多晶硅材料组成，通过将硅材料加工成光伏电池片并组装成电池组，从而将太阳能转化为电能。
晶体硅太阳能电池具有转换效率高、稳定性好、寿命长等优点，被广泛应用于屋顶光伏发电、太阳能光伏电站等领域。
薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术，采用薄膜材料作为光伏电池片，相比于晶体硅太阳能电池，薄膜太阳能电池具有重量轻、柔软性好、制造成本低等优点。
单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池介绍
单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池介绍(1)北极星电力网技术频道作者: 2010-12-13 17:12:07 (阅606次)所属频道: 太阳能电源关键词: 太阳能电池单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。
高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。
现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。
提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。
在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。
该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。
并在表面把一13nm。
厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。
Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cmX2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cmX5cm）转换效率达8.6%。
单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。
为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。
多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350－450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。
因此实际消耗的硅材料更多。
为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。
第十章多晶硅薄膜1
第十章:多晶硅薄膜人们一直试图寻找一种既具有晶体硅的优点，又能克服非晶硅弱点的太阳电池，多晶硅薄膜就是这样一种重要的新型薄膜材料。
多晶硅薄膜既具有晶体硅的电学特性，又具有非晶硅薄膜成本低、设备简单且可以大面积制备等优点，因此，多晶硅薄膜不仅在集成电路和液晶显示领域已经有广泛应用，而且在太阳能光电转换方面，人们也做了大量研究，寄予了极大的希望。
多晶硅（poly-Si）薄膜材料是指在玻璃、陶瓷、廉价硅等低成本衬底上，通过化学气相沉积等技术，制备成一定厚度的多晶硅薄膜。
1，多晶硅薄膜分类-晶粒大小①微晶硅薄膜（μc-Si）：晶粒大小在10-30nm左右；②纳米硅（nc-Si）：晶粒大小在10nm左右。
2，多晶硅薄膜主要的制备途径①通过化学气相沉积等技术，在一定的衬底材料上直接制备；②首先制备非晶硅薄膜，然后通过固相晶化、激光晶化和快速热处理晶化等技术，将非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。
无论是哪种途径，制备的多晶硅薄膜应该具有晶粒大、晶界缺陷少等性质。
3，在多晶硅薄膜研究中，目前人们主要关注的问题①如何在廉价的衬底上，能够高速、高质量地生长多晶硅薄膜；②多晶硅薄膜温度尽量要低，以便选用低价优质的衬底材料；③多晶硅薄膜电学性能的高可控性和高重复性。
10.1 多晶硅薄膜的基本性质1、多晶硅薄膜的特点多晶硅（polycrystalline silicon）薄膜是指生长在不同非硅衬底材料上的晶体硅薄膜，它是由众多大小不一且晶向不同的细小硅晶粒组成，晶粒尺寸一般为几百纳米到几十微米。
它与铸造多晶硅材料相似，具有晶体硅的基本性质；同时，它又具备非晶硅薄膜的低成本、制备简单和大面积制备等优点。
2 、多晶硅薄膜的制备技术（1）、液相外延技术制备多晶硅薄膜液相外延式其中一种重要的制备多晶硅薄膜的技术。
液相外延（Liquid Phase Epitaxy，LPE）制备多晶硅薄膜是指将衬底浸入低熔点的硅的金属合金（如Cu、Al、Sn、In等）熔体中，通过降低温度时硅合金在合金熔体中处于过饱和状态，然后作为第二相析出在衬底上，形成多晶硅薄膜。
太阳能电池的分类
化，可使吸收层带隙与太阳光谱获得最佳匹配。
抗辐射能力强．通过电子与质子辐照、温度交变、振动、加
速度冲击等试验，光电转换效率几乎不变。在空间电源方面
有很强的竞争力。
稳定性好，不存在很多电池都有的光致衰退效应。
电池效率高．小面积可达19.9%，大面积组件可达14.2%。
弱光特性好．对光照不理想的地区犹显其优异性能。
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在波长0.85 μm以下，GaAs的光吸收系数急剧升 高，达到104/cm2，比硅材料要高1个数量级，而这 正是太阳光谱中最强的部分。因此，对于GaAs太阳 电池而言，只要厚度达到3μm，就可以吸收太阳光 谱中的95%的能量。
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GaAs太阳电池的优点
➢ 高的能量转换效率：直接带隙能带结构，GaAs的带隙 为1. 42eV，处于太阳电池材料所要求的最佳带隙宽度 范围；
这是单结电池中效率最高的电池，多结聚光砷化镓电池 的转换效率已超过40%。所以早期在空间得到了应用。
但是砷化镓电池价格昂贵，而且砷是有毒元素，所以极 少在地面应用。
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GaAs太阳电池的优点
➢ 高的能量转换效率：直接带隙能带结构，GaAs的带隙 为1. 42eV，处于太阳电池材料所要求的最佳带隙宽度 范围；
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Sharp单晶硅组件
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Ultrathin Multicrystalline Si High Efficiency
Solar Cells – Fraunhofer- 20.3%－世界记录
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硅片厚度的发展： 70年代－450～500 m， 80年代－400～450m。 90年代－350～400 m。 2000年 -260～300 m。 2010年 - 200～260 m。
光伏板材料的种类
光伏板材料的种类光伏板材料是太阳能光伏发电系统中的核心组成部分，其选择对于光伏系统的性能和效率具有重要影响。
在回答你的问题之前，我将会介绍几种常见的光伏板材料，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜太阳能电池。
1.单晶硅：单晶硅是最常见的光伏板材料之一，也被称为单晶硅太阳能电池。
它由高纯度的硅单晶材料制成，具有非常高的效率和稳定性。
单晶硅电池的外观为深蓝色或黑色，具有光滑的外表。
单晶硅光伏板通常具有较高的转换效率和较长的寿命，但成本较高。
2.多晶硅：多晶硅也是一种常用的光伏板材料，由由多个晶体颗粒组成。
与单晶硅相比，多晶硅制造成本较低，但效率稍低。
多晶硅光伏板的颜色通常呈现浅蓝色，表面较粗糙。
尽管多晶硅的效率相对较低，但它在大规模生产中具有成本优势。
3.非晶硅：非晶硅光伏板材料是一种非晶态硅材料，通常具有较薄的厚度。
它由非晶硅薄膜沉积在基板上形成。
非晶硅电池的制造成本更低，而且可以灵活地应用于各种形状和尺寸的表面。
然而，非晶硅电池的效率较低，并且随着时间的推移可能会有一定的功率衰减。
4.薄膜太阳能电池：薄膜太阳能电池采用一种或多种材料的薄膜形式制成，如铜铟镓硒（CIGS）、铜铟镓硫（CIGS）或硒化镉（CdTe）。
薄膜太阳能电池具有较低的制造成本、较小的重量和较高的灵活性。
然而，薄膜太阳能电池的效率通常较低，且在长时间使用中可能出现功率衰减。
总体而言，不同的光伏板材料具有各自的优势和劣势，选择合适的材料取决于特定应用的需求，如预算、空间限制、效率和可持续性等因素。
随着技术的进步和研究的不断发展，未来可能会涌现出更多种类的光伏板材料。
单晶硅_多晶硅_非晶硅的区别和性能差异
单晶硅_多晶硅_非晶硅的区别和性能差异单晶硅，多晶硅，非晶硅的区别和性能差异一、单晶硅太阳能电池名称:单晶硅英文名: Monocrystalline silicon单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分。
硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体。
不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。
纯度要求达到99.9999,，甚至达到99.9999999,以上。
用于制造半导体器件、太阳能电池等。
用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。
熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。
单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。
超纯的单晶硅是本征半导体。
在超纯单晶硅中掺入微量的?A族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体;如掺入微量的?A族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体。
单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。
单晶硅主要用于制作半导体元件。
用途:是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。
二、多晶硅太阳能电池名称:多晶硅英文名:polycrystalline silicon性质:灰色金属光泽。
密度2.32~2.34。
熔点1410?。
沸点2355?。
溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。
硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。
加热至800?以上即有延性，1300?时显出明显变形。
常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。
具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。
多晶硅是单质硅的一种形态。
熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。
2.3硅基薄膜太阳电池
多晶硅薄膜太阳电池 多晶硅薄膜太阳能电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的 衬底材料上，用相对薄的晶体硅层作为太阳电池的激活层，不 仅保持了晶体硅太阳电池的高性能和稳定性，而且材料的用量 大幅度下降，明显地降低了电池成本。 多晶硅薄膜太阳电池的工作原理与其它太阳电池一样，是基于 太阳光与半导体材料的作用而形成光伏效应。
沉积技术
薄膜硅可以使用气相或液相的方式来淀积生产， 其中最主要的技术为化学气相淀积法及液态外延法 （Liquid Phase Epitaxy，简称LPE）。
单结硅基薄膜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。
氧化锌（ZnO）
为了提高光在背电极的有效散射，在沉积背电 极之前可以在n层上沉积一层氧化锌（ZnO）。 氧化锌有两个作用，首先它有一定的粗糙度， 可以增加光散射，其次它可以起到阻挡金属离 子扩散到半导体中的作用，从而降低由于金属 离子扩散所引起的电池短路。
制等原因，无法得到下游系统应用商的大力支持，研发投入受到限制。
几个概念
纳米晶硅有时也被称为微晶硅(µc-Si)。差别只 在于晶粒的颗粒大小。
多孔硅 ： 体内有大量空洞的硅材料，空隙度 约为60%~90%，内表面积很大，每立方厘米 硅材料中达数百平方米的面积。 多孔硅，一种具有纳米多孔结构的材料，可以通 过晶体硅或非晶硅在氢氟酸中进行阳极氧化来 获得。多孔硅表面积与体积比很大。
硅太阳能电池
图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子 旁边的四个电子，而黄色的表示掺入的硼原子，因为 硼原子周围只有3个电子，所以就会产生如图所示的蓝 色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定， 容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。
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同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所 以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative） 型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子， 如下图所示：
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二、太阳能电池的分类：
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1.单晶硅太阳能简介：
转换效率最高，技术最为成熟 其高性能依赖于高质量单晶硅材料和相关的成熟
的加工处理工艺 制作一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区
掺杂等技术 开发的主要有: 平面单晶硅电池、刻槽埋栅电极单晶硅电池
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单晶硅太阳能电池优缺点
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P型半导体中含有较多的空穴，而N型半导体中含 有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在 一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。
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当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界 面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负 电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型 半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子汇扩散 到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一 个有N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平 衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，从而 形成PN结。当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴 往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形 成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差， 这就形成了电源。
PECVD法制备多晶硅薄膜
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2.2多晶硅薄膜太阳能电池 多晶硅薄膜太阳电池因同时具有单晶硅的高迁移率，长寿命及非晶硅材料成 本低、可大面积制备，材料制备工艺相对简单的优点,且无光致衰减效应。多 晶硅薄膜电池技术可望使太阳电池组件的成本得到更大程度的降低,从而使得 光伏发电的成本能够与常规能源相竞争
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目前认为，影响多晶硅薄膜太阳能电池性能的主要因素是晶粒尺寸，晶界宽 度和有害杂质的含量及分布方式。此外影响电池光电转换效率的因素还有： 禁带宽度，温度，载流子的复合寿命，光强，参杂浓度及剖面分布，表面复 合速率以及衬底因素等 纳米多晶硅薄膜太阳能电池基于纳米尺寸的多晶硅薄膜，当晶粒尺寸为几个 纳米时，会产生量子特性，其导电不再是由热电子引起，而是由量子隧穿效 应代替。纳米多晶硅薄膜太阳能电池可以在廉价衬底上制备，且无效率衰减 问题，转化效率比非晶硅薄膜太阳能电池高，成本低，所以具有市场发展潜 力。 2.3GaAs太阳能电池 GaAs具有直接能带隙，宽度1.42eV。实验室最高效率已达到24%以上。砷化 镓太阳电池目前大多用液相外延方法或金属有机化学气相沉积技术制备，因 此成本高，产量受到限制。砷化嫁太阳电池目前主要用在航天器上。
•
多晶硅薄膜的制备方法
• 生长多晶硅薄膜的方法很多，这些方法从两个方面来分类，一种分类是按照 制备温度的高低，可以分为高温制备技术(>600℃)和低温制备技术(<600℃)。 另一种分类是按照制备过程，可分为直接制备方法和间接制备方法，主要有 以下六种 ： 一 化学气相沉积法(CVD)、二 液相外延技术（LPE）、三 固相晶化法 （SPC）、四 金属诱导晶化（MIC）、五 区域熔化再结晶法（ZMR）、六 激光晶化法(LIC)。
直接法就是通过不同的反应条件以控制最初晶粒的形成并直接长大在基片衬 底上制备多晶硅的方法。 一 化学气相沉积法(CVD)
单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池根底常识
单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池根底常识单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池根底常识单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池改换功率最高，技能也最为老到。
高功用单晶硅电池是树立在高质量单晶硅资料和有关的成热的加工处理技能根底上的。
如今单晶硅的电地技能己近老到，在电池制作中，通常都选用外表织构化、发射区钝化、分区掺杂等技能，开发的电池首要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。
跋涉转化功率首要是靠单晶硅外表微构造处理和分区掺杂技能。
在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能体系研讨所坚持着国际抢先水平。
该研讨所选用光刻照相技能将电池外表织构化，制成倒金字塔构造。
并在外表把一13nm。
厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相联络．通过改进了的电镀进程添加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化功率跨过23%，是大值可达23．3％。
Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池改换功率为19．44%，国内北京太阳能研讨所也生动进行高效晶体硅太阳能电池的研讨和开发，研发的平面高效单晶硅电池（2cmX2cm）改换功率抵达19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cmX5cm）改换功率达8.6%。
单晶硅太阳能电池改换功率无疑是最高的，在大方案运用和工业出产中仍占有主导方位，但因为受单晶硅资料报价及相应的繁琐的电池技能影响，致使单晶硅本钱报价居高不下，要想大凹凸下降其本钱对错常艰难的。
为了节约高质量资料，寻觅单晶硅电池的代替商品，如今翻开了薄膜太阳能电池，其间多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池即是典型代表。
多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350－450mu;m的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。
因而实习耗费的硅资料更多。
为了节约资料，咱们从70年代中期就开端在便宜衬底上堆积多晶硅薄膜，但因为成长的硅膜晶粒巨细，未能制成有价值的太阳能电池。
新型晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池-概述说明以及解释
新型晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池-概述说明以及解释1.引言1.1 概述晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池是目前研究和应用最广泛的两种太阳能电池技术。
随着对可再生能源需求的日益增长，这两种太阳能电池的研究和发展在近年来获得了巨大的关注。
晶硅太阳能电池是一种基于单晶硅或多晶硅材料制造的太阳能电池。
其工作原理是利用太阳光照射在硅材料上时会产生光生电流，进而转化为电能。
晶硅太阳能电池具有高转换效率、较长的寿命和良好的稳定性等特点，适用于各种规模的太阳能发电系统，从小型家庭系统到大型商业系统。
而薄膜太阳能电池是一种利用非晶态硅、铜铟镓硫等材料制造的太阳能电池。
相比于晶硅太阳能电池，薄膜太阳能电池可以实现更低的制作成本和更高的柔韧性。
薄膜太阳能电池通常采用卷曲或可弯折的材料制成，可以应用于建筑物外墙、屋顶和其他曲面。
此外，薄膜太阳能电池还具有吸收弱光、高温环境下的较好表现等优势。
研究新型晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池的目的是为了进一步提高太阳能电池的效率、降低制造成本以及拓展其在各个领域的应用。
本文将从工作原理、特点和优势以及应用前景等方面对新型晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池进行详细介绍，并最后对其重要性进行总结以及展望未来的发展方向。
通过深入了解这两种太阳能电池技术，可以为太阳能行业的发展提供有价值的参考。
1.2 文章结构本文将详细介绍新型晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池两种不同类型的太阳能电池。
首先，引言部分将提供对整篇文章的概述，包括对这两种太阳能电池的介绍以及它们的应用前景。
接下来，本文将分别介绍新型晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池的工作原理、特点和优势。
在工作原理部分，将详细解释这两种太阳能电池的工作机制，包括光电转换和能量输出过程。
特点和优势部分将重点介绍新型晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池相比传统太阳能电池的优势和特点，比如转换效率的提高、制造成本的降低等。
在应用前景部分，将探讨这两种太阳能电池在未来的潜在应用领域，比如建筑一体化、电动汽车等。
晶硅太阳能电池技术及其应用详解
单晶硅太阳能电池的工艺-扩散
单晶硅太阳能的工艺-刻蚀
刻蚀的作用：去除扩散后硅片四周的N型硅，磷硅玻璃（目前采用湿法刻蚀）
湿法刻蚀原理：HNO3氧化生成SiO2，HF再去除SiO2，水在张力的作用下吸附在硅
片表面：
4HNO3 +3Si
3SiO2 +4NO+2H2O
SiO2 +4HF SiF4+2HF
2013年，松下HIT单晶电池转换效率达到25.6%，突破了光伏产业界最高理论效 率极限，人们再次评估各种技术的性能和成本区间 2013-2015年，采用单晶组件与采用多晶组件的电站单位投资成本持平。
晶硅太阳能电池工艺
制造太阳电池片，首先要对经过清洗的硅片，在高温石英管扩散炉对硅片 表面作扩散掺杂，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。目的是在硅片上形成 P/N结。然后采用丝网印刷法，用精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧 结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射膜 ，单晶硅太阳电池的单 体片就制成了。单体片经过检测，即可按所需要的规格组装成太阳电池组件 （太阳电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框 架和装材料进行封装，组成各种大小不同太阳电池阵列。目前大规模生产的单 晶硅太阳电池的光电转换效率为20％左右，实验室成果也有24％以上的。
小氮（N2）：将三氯氧磷吹进石英管， 控制P源浓度
三氯氧磷（POCl3）：扩散P源，温度 控制在20℃
单晶硅太阳能电池的工艺-扩散
插片
进舟
回温氧化
预沉积
升温
外观检查
卸片
降温出舟
推井
注意事项： 1.卸片时要注意是否有隐裂片和偏磷酸片，要及时测试硅片方阻 2.一旦发现三氯氧磷泄露，操作人员迅速脱离现场，由专业人员对现场进 行处理。
太阳能电池的原理、种类与应用
太阳能电池的原理、种类与应用开门八极（闵大荒男子职业技术学院，）摘要：本文综述了三代典型太阳能电池的原理、种类剂应用。
其中第一代太阳能电池是硅太阳能电池，第二代为化合物薄膜太阳能电池，第三代以染料敏化太阳能电池为代表。
关键词：太阳能电池、Si、电子跃迁、薄膜、光伏发电、染料一.太阳能电池的原理太阳能电池都是利用太的激发，在两个电极上分别产生异号光载流子，进而在两个极板间形成电势差。
由于太阳能电池种类存在差异，不同电池的工作原理不尽相同。
1.硅太阳能电池在超纯晶体硅的禁带宽度比绝缘体小。
在光照或者加热条件下，价带的电子容易激发到导带上去，而价带上留下空穴。
电子和空穴都是载流子，这两种能带都成了导带。
这种半导体成为本征半导体。
在纯硅中掺入杂质，将极大地影响其导电性。
若掺入P、As、Sb、Bi，多余的电子在靠近导带出处形成扽里的能级，容易进入导带。
这类半导体的载流子是电子，成为n型半导体。
反之，掺入B、Al、Ga、In，这类半导体的载流子是空穴，称为p型半导体。
将两种半导体结合和在一起，产生电势差，可将太阳能转变成电能。
[1]这种现象称为光生伏特效应2.化合物薄膜太阳能电池窗口层吸收层背接触层图1.化合物薄膜太阳能电池的结构图电池中的吸收层是薄膜电池的核心。
它主要由为砷化镓(GaAs)、铜铟硒(CuInSe) 碲化镉(CdTe)等半导体构成。
这种电池的原理与硅太阳能电池的原理非常类似，也涉及光电子在价带和导带之间的跃迁参数物质GaAs CuInSe2 CdT e 带隙/eV 1.4 1.1 1.5 产业化平均效率/% 29.5 17.1 8~10表格1.几种化合物半导体的性能参数3. 染料敏化太阳能电池染料敏化太阳电池(DSSC)的工作原理及工作过程包括：（1）照射至UDSSC电池的光阳极上，半导体薄膜上的染料会吸收光子的能量染料分子会从基态(S O)跃迁至激发态(S*)，(2)染料处在不稳定的激发态变成氧化态(S+)，电子注入半导体的导带(CB)(3)注入到半导体导带中的e一经扩散到达导电玻璃(4)处于氧化态(S+)的染料分子会与电解质中的厂离子发生氧化还原反应，染料从氧化态变回基态(5)流经外电路的电子，到达对电极与电解质中的‘发生氧化还原反应，电解质中的I3-变回I-但在前述循环反应中，同时会发生两种电子复合反应，而由复合反应产生电流会形成暗电流，其中包括(1*)半导体导带中的e-与氧化态的染料复合(2*)半导体导带(CB)中的e一与电解质中的I3- 复合图3.几种染料的结构式二.太阳能电池的种类导电TiO2玻璃+染料对电极负载图1.DSSC简明结构图如上面所说，太阳能电池分为硅太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池三种。
多晶硅太阳能电池结构
多晶硅太阳能电池结构一、引言随着全球能源问题的日益严重，太阳能电池作为一种可再生的清洁能源得到了广泛的关注和应用。
多晶硅太阳能电池是目前市场上应用最广泛的一种太阳能电池。
本文将介绍多晶硅太阳能电池的结构和工作原理。
二、多晶硅太阳能电池概述1. 多晶硅太阳能电池简介多晶硅太阳能电池是由多个不规则形状的晶体拼接而成，与单晶硅相比，制造成本较低，但转换效率略低。
2. 多晶硅太阳能电池特点（1）制造成本低；（2）适合大规模生产；（3）转换效率较高。
三、多晶硅太阳能电池结构1. 正面结构（1）透明导电玻璃：用于保护光敏材料和传输光线；（2）光敏材料：多晶硅层，吸收光线并产生光伏效应；（3）背接触：铝箔或铜箔等金属材料，用于电流的收集和导出。
2. 背面结构（1）反射层：提高光的利用率；（2）背接触：铝箔或铜箔等金属材料，用于电流的收集和导出；（3）多晶硅层：吸收光线并产生光伏效应。
四、多晶硅太阳能电池工作原理1. 光敏材料吸收光线太阳能电池中的多晶硅层吸收光线，将其转化为电子和空穴。
2. 电子与空穴产生漂移运动在多晶硅中，电子和空穴被外加电场分离，产生漂移运动。
3. 电子和空穴在PN结处重新组合当电子和空穴到达PN结处时，它们会重新组合并释放出一个能量等于带隙能量差的光子。
4. 光子被透明导电玻璃反射回来透明导电玻璃可以反射一部分未被吸收的光线，使之再次进入多晶硅层进行利用。
五、总结本文介绍了多晶硅太阳能电池的概述、特点、结构以及工作原理。
多晶硅太阳能电池具有制造成本低、适合大规模生产、转换效率较高等优点，是目前市场上应用最广泛的一种太阳能电池。
太阳能电池的分类
太阳能电池的分类太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：晶硅太阳能电池、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等。
1.晶硅太阳能电池晶硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。
（1）单晶硅太阳能电池目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为19%左右，最高的达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的技术也最为成熟但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。
由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。
单晶硅太阳能电池的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。
这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料。
（2）多晶硅太阳能电池板多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约17％左右。
从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。
此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。
多晶硅太阳能电池的生产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，在太阳能电池生产总成本中己超二分之一。
（3）非晶体薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，它的主要优点是在弱光条件也能发电，有极大的潜力。
但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10％左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减，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，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
2．多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。
太阳能电池类型
太阳能电池简介目前研究的太阳能电池主要有三代：第一代包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池；第二代（薄膜太阳能电池）包括非晶硅太阳能电池、铜铟硒薄膜太阳能电池、GaAs太阳能电池、TiO2燃料敏化太阳能电池、微晶硅太阳能电池；第三代主要是量子点（QD）材料太阳能电池。
1.单晶硅太阳能电池实验室的最高的转换效率是24.7%（UNSW，新南威尔士大学），商品化产品的转换效率大概是16-17%。
这类太阳能电池的优点是效率高，但成本较高。
尽管各种单晶硅太阳能电池转换效率高，但是从成本和原料供应来看，却不能成为候选的太阳能电池，不能获得大规模的应用。
2.多晶硅太阳能电池转换效率大概是12-17%，已经商品化了，并且产品很多。
多晶硅太阳能电池比单晶硅太阳能电池在制作成本上大大降低了，因为制备多晶硅材料比制备单晶硅材料要便宜得多。
多晶硅与单晶硅材料的区别主要是多晶硅内存在许多晶粒间界，这给多晶硅太阳能电池带来以下三方面的不利影响：a.晶粒间界处存在势垒，阻碍载流子的通过。
b.晶粒间界作为一种晶体缺陷，起着有效复合中心的作用。
c.在形成PN结的工艺过程中，掺杂的原子会沿着晶粒间界向下择优扩散，形成导电分流路径，增大漏电流。
多晶硅材料的缺陷导致了多晶硅太阳能电池转换效率的降低，并且与单晶硅太阳能电池一样不能逾越超大规模应用时硅材料的供应问题。
3．非晶硅太阳能电池商品化产品的转换效率大概是5-8%，实验室水平是13%左右。
非晶硅太阳能电池禁带宽度为1.7ev，大于结晶硅（1.1ev），与太阳光谱匹配较好，可以使用低成本基板在低温下成膜，薄膜厚度在1um以下，大大降低了成本，这些优点使其大受关注。
但是目前三叠层非晶硅太阳能电池最高的转换效率只有13%，作为商用化生产的单层电池转换效率更低，只有6%。
而且，由于非晶硅材料的不稳定性，使非晶硅太阳能电池的转换效率存在严重的光致衰退效应，这个问题至今没有解决。
4．铜铟硒（CuInSe2）薄膜太阳能电池国内实验室转换效率大概是7-11%，并且正在商品化。
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6.多晶硅薄膜制备方法
固相结晶法(SPC)
开始材料α -Si用SiH辉光放电沉积在平面或绒面 衬底上,沉积时加PH3,形成p-掺杂层, p-掺杂层典型的 厚度为170nm,在其上沉积不掺杂的α -Si层.通过改变 沉积条件,如压力、RF功率等来改变不掺杂的α -Si层 的结构.沉积后,在真空中600℃下进行退火,使α -Si层 进行固相结晶,形成多晶硅。
6.多晶硅薄膜制备方法
等离子喷涂法(PSM)
硅粉在高温等离子体中加热熔化,熔化的粒子沉 积在衬底上,衬底由加热器加热、沉积前,用红外热偶 测试衬底温度,使之保持在1200℃. 沉积的多晶硅膜厚 度为200μ m～1000μ m。用等离子体喷涂沉积多晶 硅薄膜太阳电池,全部采用低温度等离子CVD工艺。 用碱或酸溶液腐蚀沉积的多晶硅层,在其上于200℃用 等离子CVD形成厚度为200×10-8cm的微晶硅作为发 射层,并制备ITO减反射层和银浆电极构成太阳电池。
5 化学气相沉积法(CVD)
6.多晶硅薄膜制备方法
半导体液相外延生长法（LPE）
LPE法生长技术已广泛用于生长高质量和化合物 Add Your Title 半导体异质结构，也可以在平面和非平面衬底上生长 , 能获得结构完美的材料。近年来用LPE技术生长晶体 硅薄膜来制备高效薄膜太阳电池引起了广泛的兴趣。 LPE生长可以进行掺杂,形成n-型和p-型层,LPE生长设 备为通用外延生长设备,生长温度为300℃～900℃,生 长速率为0.2μ m/min～2μ m/min,厚度为0.5μ m～ 100μ m.外延层的形貌决定于结晶条件,并可直接获得 具有绒面结构的外延层。
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7.如何提高电池转换效率
• 使薄膜电池上表面 反射系数Rf接近于 0，通常采用由 ZnS、MgF、 TiO2和Si构成的 单层或多层减反膜 • 使薄膜电池背面的 反射系数Rb接近理 想的100％，通常 用在基片上蒸镀金 属膜作为反射层的 方法增加电池背面 的反射系数。
提高吸光率
要使吸光率A（λ）在宽谱带范围 内达到高值，可以采取2种方法。
6.多晶硅薄膜制备方法
区熔再结晶法(ZMR法)
在硅上形成SiO2层,用LPCVD法在其上沉积硅层, 将该层进行区熔再结晶(ZMR)形成多晶硅层。为了满 足光伏电池对层厚的要求,在ZMR层上用CVD法生长一 定厚度的硅层作为激活层,用扫描加热使其晶粒增大至 几毫米,从而形成绝缘层硅(sol). 为制备多晶硅薄膜太阳 电池,在激活层表面进行腐蚀形成绒面结构,并进行n型 杂质扩散形成p-n结,然后进行表面钝化处理和沉积减 反射层,并制备电极,进行背面腐蚀和氢化处理,制作背电 极,即制成多晶硅薄膜太阳能电池。
7.如何提高电池转换效率
限制太阳能电池转换效率的因素很多，提高吸光 率和减少载流子复合是提高转换效率最重要的2种方 法。 众所周知，吸光率越大，电池转换效率越高。si 对可见光的光学吸收长度约为150um。由此可见，传 统单晶与非晶硅太阳能电池的厚度为200um左右，有 利于充分吸收太阳光能量。按照国际认定的标准，新 一代薄膜太阳能电池的厚度应在50um以下。这意味 着必须使较长波段的光在薄膜的上下表面间来回反射， 以增加其光程，达到提高吸光率的目的。
8. 电池的研究方向
01 如何加大晶 粒粒度从而 减少晶界 02 03
如何钝化晶界
如何使晶粒具 有择优取向从 而避开晶界的 影响
9.电池的应用领域
通讯领 域 交通领 域 如航标灯、铁 路信号灯、高 速公路/铁路 无线电话亭、 无人值守道班 供电等 用户电 源
光缆维护站、 广播/通讯/寻 呼电源系统;农 村载波电话光 伏系统、小型 通信机、士兵 GPS供电等
Add Your Title
6.多晶硅薄膜制备方法
化学气相沉积法(CVD)
Add Yur Title
用化学气相沉积法(CVD),在铝陶瓷衬底上沉积 3μ m～5μ m的硅薄膜。为了获得高质量的硅薄膜,铝陶 瓷衬底上预先沉积Si3N4/TiO2(650×10-8 cm)双层减 反射膜.在硅薄膜沉积时,引入硼掺杂.用CW-Ar激光束熔 化沉积的硅膜,在氮气氛中,400℃～500℃下再结晶.制备 薄膜太阳电池时,用常规方法进行p扩散和沉积ITO膜,用 氢等离子来钝化晶体缺陷.
3 多晶硅薄膜电池是兼具单晶硅和多晶硅电 池的高转换效率和长寿命以及非晶硅薄膜 电池的材料制备工艺相对简单等优点的新 一代电池。
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2.电池工作原理
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2 工作原理：基于太阳光与半导体材料的作 用而形成光伏效应。
光伏效应：光与半导体的相互作用可以产 3 生光生载流子。当将所产生的电子-空穴对 靠半导体内形成的势垒分开到两极时,两极 间会产生电势,称为光生伏打效应,简称光伏 效应。
多晶硅薄膜太阳能电池
制作人：张春芳 学号：2013216018
1.研究背景
近年
可持续发展 ，环境保护 等观念的深 入人心 常规化石能 源的日渐枯 竭
多晶硅太阳能电池是很有前景的
1.研究背景
薄膜化(或薄层化)是降低太阳能电池成本 1 的主要手段和发展趋势。
非晶硅薄膜太阳电池虽在成本上具有一定 优势, 但光疲劳效应严重制约了其发展。
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3.电池的结构
前电极 P型 N型 背电极 绝缘膜 增透膜
支撑衬底
4.电池的制备工艺
补底的制备 和选择
隔离层 的制备
籽晶层 的制备 晶粒的 增大 多晶硅 薄膜制备
钝化
电极 制备 电学 Text Text 限制 in in PN结 光学 here 制备 限制 here
5. 电池对薄膜的基本要求
1.多晶硅薄膜厚度为5μ m ～ 150μ m
2.多晶硅薄膜的宽度至少是厚度的一倍
3.少数载流子扩散长度至少是厚度一倍
4.衬底必须具有机械支撑能力
5.良好的背电极
6.背表面进行钝化 7.良好的晶粒界6. 多晶硅薄膜制备方法
1 半导体液相外延生长法（LPE）
2 区熔再结晶法(ZMR法)
3 等离子喷涂法(PSM) 4 固相结晶法(SPC)