太阳能电池的种类特点及发展趋势

太阳能电池的种类特点及发展趋势一、种类

按照材料分类

➢硅太阳能电池：以硅为基体材料（单晶硅、多晶硅、非晶硅）

➢化合物半导体太阳能电池：由两种或两种以上的元素组成具

半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池(硫化镉、

砷化稼、碲化镉、硒铟铜、磷化铟)

➢有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳－碳键且导电

能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池(分子

晶体、电荷转移络合物、高聚物)

单晶硅太阳电池

特点

硅系列太阳能电池中，单晶硅的光电转换效率最高，技术也最成熟，高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关成熟的加工工艺基础上。提高转换效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。单晶硅太阳能电池的转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍旧占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本据高不下，严重影响了其广泛应用。

单晶硅太阳能电池的特点是对于大于0.7μm的红外光也有一定的灵敏度。以p 型单晶硅为衬底，其上扩散n型杂质的太阳能电池与n型单晶硅为衬底的太阳能电池相比，其光谱特性的峰值更偏向左边（短波长一方）。它对从蓝到紫色的短波长（波长小于0.5μm）的光有较高的灵敏度，但其制法复杂，成本高，仅限于空间应用。此外，带状多晶硅太阳能电池的光谱特性也接近于单晶硅太阳能电池的光谱特性。

1.

铸造多晶硅➢结晶形态分

单晶硅

多晶硅

非晶硅

高纯多晶硅

薄膜多晶硅

带状多晶硅

区熔单晶硅

直拉单晶硅

多晶硅太阳电池

特点

单晶硅太阳能电池的缺点是制造过程复杂，制造电池的能耗大。为解决这些问题，用浇铸法或晶带法制造的多晶硅太阳能电池的开发取得了进展。在1976年证明用多晶硅材料制作的太阳能电池的转换效率已超过10%，对大晶粒的电池，有报道效率可达20%。这种低成本的多晶硅太阳能电池已经大量生产，目前，它在太阳能电池工业中所占的分额也相当大。

但是多晶硅材料质量比单晶硅差，有许多

晶界存在，电池效率比单晶硅低；

晶向不一致，表面织构化困难。

单晶、多晶与非晶的区别

多晶：短程有序（团体有序），成百上千个原子尺度，通常是在微米的量级； 非晶：局部有序（个体有序），微观尺度，几个原子、分子尺度，一般只有十几埃至几十埃的范围；

单晶：长程有序（整体有序），宏观尺度，通常包含了整块固体材料。

尽管多晶硅材料由于存在晶粒间界而不利于太阳能电池转换效率的提高。但因为制备多晶硅材料比制备单晶硅材料要便宜得多，所以研究人员正致力于减少颗粒间界的影响以期得到低成本多晶硅太阳能电池。

发展趋势

晶硅太阳电池向薄片化方向发展

硅片减薄

硅片是晶硅电池成本构成中的主要部分。

降低硅片厚度是结构电池降低成本的重要

技术方向之一。 铸造多晶硅

➢结晶形态分 单晶硅 多晶硅 非晶硅

高纯多晶硅 薄膜多晶硅

带状多晶硅

区熔单晶硅

直拉单晶硅

迄今为止，多晶硅太阳能电池经过不断的努力，其能量转换效率与单晶硅太阳能电池已基本上在同一个数量级。特别是多晶硅薄膜可以制成方形，在制作太阳能电池组件时面积利用率高。

今后，在如何开发新技术以得到低价格的多晶硅材料，如何得到高效率、大面积多晶硅太阳能电池等方面还有许多工作可做。

虽然晶体硅太阳能电池被广泛应用，占据太阳电池的主要市场。但是，晶体硅的禁带宽度Eg=1.12eV ，太阳能光电转换理论效率相对较低；硅材料是间接能带材料，在可见光范围内，硅的光吸收系数远远低于其它太阳能光电材料，如同样吸收95％以上的太阳光，GaAS 太阳电池只需要5～10μm ，而硅太阳电池在150～200μm 以上，才能有效地吸收太阳能；晶体硅材料需要多次提纯，成本较高；硅太阳电池尺寸相对较小，若组成光伏系统，要用数十个相同的硅太阳电池连接起来，造成系统成本较高。

2. 薄膜太阳电池（非晶硅）

特点

具有重量轻、工艺简单、成本低和耗能少等优点。

太阳能电力如果要与传统电力进行竞争，其价格必须要不断地降低，而这对单晶硅太阳能电池而言是很难的，只有薄膜电池，特别是下面要介绍的非晶硅太阳能电池最有希望。因而它在整个半导体太阳能电池领域中的地位正在不断上升。同晶体硅太阳电池相比，

非晶硅太阳能电池的优点

1非晶硅具有较高的光吸收系数

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材料和制造工艺成本低、设备简单；而且非晶硅薄膜厚度仅有数千埃，不足非晶硅太阳电池

硅基薄膜太阳电池 有机电池

➢薄膜太阳能电池 砷化稼薄膜太阳电池 CdTe 薄膜太阳电池

CuInSe 薄膜太阳电池 化合物半导体薄膜太阳电池 染料敏化太阳电池

多晶硅太阳电池

晶体硅太阳电池厚度的百分之一，大大降低了硅原材料的成本；沉积温度为100～300ºC。

④由于非晶硅没有晶体所要求的周期性原子排列，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，如不锈钢、塑料甚至廉价的玻璃衬底。

⑤易于形成大规模的生产能力，这是因为非晶硅适合制作特大面积、无结构缺

陷的薄膜，生产可全流程自动化，显著提高劳动生产率。（最大1100mm*1250mm 单结晶非晶硅太阳电池）

⑥多品种和多用途，不同于晶体硅，在制备非晶硅薄膜时，只要改变原材料的

气相成分或气体流量，便可使非晶硅薄膜改性，制备出新型的太阳电池结构；并且根据器件功率、输出电压和输出电流的要求，可以自由设计制造，方便地制

作出适合不同需求的多品种产品。

⑦易实现柔性电池，非晶硅可以制备在柔性的衬底上，而且其硅原子网络结构的力学性能特殊，因此，它可以制备成轻型、柔性太阳电池，易于与建筑集成。

⑧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得多。

非晶硅太阳能电池的缺点

①与晶体硅相比，非晶硅薄膜太阳电池的效率相对较低，在实验室中电池的稳定最高光电转换效率只有13％左右。在实际生产线中，非晶硅薄膜太阳电池的效率也不超过10％；

②非晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率在太阳光的长期照射下有一定的衰减，到目前为止仍然未根本解决。所以，非晶硅薄膜太阳电池主要应用于计算器、手表、玩具等小功耗器件中。

发展趋势

作为非常有希望的低成本太阳能电池，开发新结构，提高效率和稳定性，将会使非晶硅太阳能电池在民用及独立电源系统中获得广泛应用。

特点

多晶硅电池既具有晶体电池的特点，又具有非晶硅电池成本低，设备简单且可以大规模制备等优点。