三、非晶硅太阳能电池
《非晶矽太阳能电池》课件
结论和总结
通过本次课件的学习,我们了解到非晶矽太阳能电池具有广泛的应用领域, 具备高效稳定的转换效率,它们将引领未来的可再生能源发展。
参考文献
• John W. Crystal, "Solar Power", 2019. • Lisa C. Johnson, "Advancements in Amorphous Silicon Solar
《非晶矽太阳能电池》 PPT课件
非晶矽太阳能电池在各个领域得到广泛应用。本次课件将介绍其原理、制造 工艺、性能分析、发展前景以及结论和总结。
应用领域
户外照明
非晶矽太阳能电池可用于路灯、太阳能草坪灯等户 外照明产品,以实现绿色能源供电。
建筑集成
在建筑物的玻璃幕墙或屋顶上安装非晶矽太阳能电 池板,可实现建筑一体化设计,发挥太阳能发电效 益。
对太阳能电池组件进行严格的质量检测,确 保产品符合标准。
性能分析
指标 转换效率 光电转换率
稳定性
性能
非晶矽太阳能电池的平均转换效率可达15%。
该类型电池对光线的吸收能力较强,实现高效的光 电转换。
太阳能电池可在多种环境中具备稳定性,适用于各 种气候条件下的能源转换。
发展前景
随着对可再生能源需求的不断增长,非晶矽太阳能电池将在未来得到更广泛 的应用,成为清洁能源的重要组成部分。
充电设备
它们也可用于移动设备的充电器,如太阳能手机充 电板,方便随时随地充电。
远程通信
非晶矽太阳能电池可用于远程地区的通信设备,提 供可靠的电源供应。
原理介绍
结构组成
非晶矽太阳能电池由n型硅、p型硅 和非晶绝缘材料构成,形成PN结构 以转换太阳能为电能。
电力产生
非晶硅 太阳能电池和光电器件
非晶硅太阳能电池和光电器件随着环保和节能意识的日益加强,太阳能电池和光电器件越来越受到人们的青睐。
在这些设备中,非晶硅太阳能电池和光电器件已经成为了绿色能源的代表。
本文将从太阳能电池和光电器件两个方面来介绍非晶硅的应用。
一、非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池相比于单晶硅太阳能电池具有更加优异的性能,因此逐渐成为了绿色能源领域的主力军。
非晶硅太阳能电池分为两种类型:非晶硅氢太阳能电池和非晶硅微晶太阳能电池。
其中,非晶硅氢太阳能电池主要应用于低温条件下的电源供应,如在北极地区的保温箱、防盗系统等场合。
而非晶硅微晶太阳能电池则逐渐应用于智能家居、智能快递柜、出租车等高科技领域。
非晶硅太阳能电池的主要优点在于:高转换效率、制作工艺简单、成本低廉等。
由于其材料特性的独特性,非晶硅太阳能电池可以制作成较为柔软的电池片,具有较好的适用性。
因此,它的应用范围也越来越广泛。
二、非晶硅光电器件非晶硅光电器件包括非晶硅氢光电器件和非晶硅微晶光电器件两种类型。
与非晶硅太阳能电池类似,非晶硅光电器件的制作工艺也非常简单。
同时,它还有着优秀的光电转换效率和稳定性,被广泛应用于传感器、特种仪器、互动游戏等领域。
非晶硅光电器件特别适用于场景体验的应用中,例如游戏互动、VR虚拟现实等设备的研发。
与传统的器件相比,非晶硅光电器件具有更高的像素密度,能够提供更加真实的图像效果和更加流畅的图像体验。
结论综上所述,非晶硅太阳能电池和光电器件已成为绿色能源领域中的重要组成部分。
非晶硅作为高新材料的代表,其在太阳能电池和光电器件领域的应用将逐步扩大。
随着技术的不断发展和工艺的不断成熟,非晶硅太阳能电池和光电器件将会带来更多、更好的应用体验。
太阳能电池板的分类
太阳能电池板的分类
太阳能电池板是一种利用太阳能转化为电能的设备。
随着科技的发展,太阳能电池板也经历了多种改进和发展,现在已经有多种分类方式:
1、按照材料分类
(1)单晶硅太阳能电池板:由单晶硅制成,具有高效率、低温系数的
特点,但价格相对较高。
(2)多晶硅太阳能电池板:由多晶硅制成,具有较高的效率和较低的
价格。
(3)非晶硅太阳能电池板:由非晶硅制成,价格相对较低,但效率较低。
2、按照转换方式分类
(1)薄膜太阳能电池板:利用薄膜技术,将太阳能电池板制成薄膜状,体积小、重量轻、柔韧性好,适用于柔性组合。
(2)晶体硅太阳能电池板:采用传统的硅片工艺制成,具有较高的转
换效率和可靠性,但对于尺寸和形状有一定限制。
(3)有机太阳能电池板:利用有机材料制成,具有成本低,可制作成柔性和半透明等特点,但效率较低。
3、按照工艺分类
(1)单面结构太阳能电池板:太阳能电池片和背面支撑材料组成的单面结构。
(2)双面结构太阳能电池板:太阳能电池片和背面支撑材料组成的双面结构,可以实现从正反两面收集太阳能。
(3)背接式太阳能电池板:太阳能电池片背面直接接地,不需要背面支撑材料,可以减少组件的重量和成本。
总之,太阳能电池板作为清洁能源的代表之一,各种分类方式主要是为了满足不同用途的需求,在工业、商业和家庭中都有广泛应用。
随着科技的不断发展,太阳能电池板的效率和性能还会不断提高,为人类节能减排做出更大的贡献。
单晶硅、非晶硅、多晶硅太阳能电池的区别
单晶硅、非晶硅、多晶硅太阳能电池的区别单晶硅、非晶硅、多晶硅太阳能电池的区别晶体硅光电池晶体硅光电池有单晶硅与多晶硅两大类,用P型(或n型)硅衬底,通过磷(或硼)扩散形成Pn结成制作,生产技术成熟,是光伏市场上的主导产品。
采用埋层电极、表面钝化、强化陷光、密栅工艺、优化背电极及接触电极等技术,提高材料中的载流子收集效率,优化抗反射膜、凹凸表面、高反射背电极等方式,光电转换效率有较大提高。
单晶硅光电池面积有限,目前比较大的为 ?10至 20cm的圆片,年产能力46MW/a。
目前主要课题是继续扩大产业规模,开发带状硅光电池技术,提高材料利用率。
国际公认最高效率在AM1.5条件下为24,,空间用高质量的效率在AMO条件约为13.5—18,地面用大量生产的在AM1条件下多在11—18,之间。
以定向凝固法生长的铸造多晶硅锭代替单晶硅,可降低成本,但效率较低。
优化正背电极的银浆和铝浆丝网印刷,磨图抛工艺,千方百计进一步降成本,提高效率,大晶粒多晶硅光电池的转换效率最高达18.6%。
非晶硅光电池a,Si(非晶硅)光电池一般采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积而成。
由于外解沉积温度低,可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积约1μm厚的薄膜,易于大面积化(05rn×l.0m),成本较低,多采用pin结构。
为提高效率和改善稳定性,有时还制成三层Pin等多层叠层式结构,或是插入一些过渡层。
其商品化产量连续增长,年产能力45MW,a,10MW生产线已投入生产,全球市场用量每月在1千万片左右,居薄膜电池首位。
发展集成型a,Si光电池组件,激光切割的使用有效面积达90,以上,小面积转换效率提高到 14.6,,大面积大量生产的为8,10,,叠层结构的最高效率为21,。
研发动向是改善薄膜特性,精确设计光电池结构和控制各层厚度,改善各层之间界面状态,以求得高效率和高稳定性。
多晶硅光电池P,Si(多晶硅,包括微品)光电池没有光致衰退效应,材料质量有所下降时也不会导致光电池受影响,是国际上正掀起的前沿性研究热点。
非晶硅太阳能电池
(第3六)层非为调晶背硅整电/微极范晶和硅A围l双/A结g较电结极构小。 ,为了使底电池
☼ 非晶硅:硅原子按照一定的键长和键角相互间以无序方式结合形成四面体结构。
第五层为有N层足,起够到的连接电I层和流背电,极底的作电用。池的本征
(2)非晶硅/非晶硅锗双结结构
☼ 为了提高底电池的长波相应, 非晶硅锗合金是理想的本征材料, 掺入锗可降低非晶硅薄膜的带隙。 可通过调节等离子体中硅烷与锗 烷的比例来调节材料的禁带宽度, 对于非晶硅锗双叠层结构的底电 池,其最佳锗硅比为15%~20%,相 应的禁带宽度为左右。
TCO制成绒面起到减少反射光的作用。
300nm左右,带隙分别为、左右。
量子效率(QE)曲线
☼ 量子效率:是指太阳能电
池产生的电子-空穴对数目与 入射到太阳能电池表面的光 子数目之比。通常,我们所 说的太阳能电池量子效率QE 都是指外量子效率EQE,也就 是说太阳能电池表面的光子 反射损失是不被考虑的。
非晶硅太阳能电池
(1)非晶硅/非晶硅双结结构 (2)非晶硅/非晶硅锗双结结构 (3)非晶硅/微晶硅双结结构 (4)非晶硅/非晶硅锗/非晶硅锗三结结构 (5)非晶硅/非晶硅锗/微晶硅锗三结结构 (6)非晶硅/微晶硅锗/微晶硅锗三结结构
1、三种太阳能电池的区别
☼ 单晶硅:硅原子以金刚石晶格排列成许 多晶核,晶粒晶面取向相同。
2.多结叠层电池
思考题:薄膜电池为什么需要做成多层膜?
☼ 由于太阳光光谱中的能量分布较宽 ,现有的任何一种半导体 材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子,用能带宽度与 太阳光谱有最好匹配的材料做成电池 ,并按能隙从大到小的顺 序从外向里叠合起来 ,让波长最短的光被最外边的宽隙材料电 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 , 这就有可能最大限度地将光能变成电能 ,这样的电池结构就是 叠层电池 。
非晶硅太阳能电池
三、非晶硅太阳能电池尽管单晶硅和多晶硅太阳能电池经过多年的努力已取得很大进展,特别是转换效率已超过20%,这些高效率太阳能电池在空间技术中发挥了巨大的作用。
但在地面应用方面,由于价格问题的影响,长久以来一直受到限制。
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。
从其诞生到现在,全世界以电力换算计太阳能电池的总生产量的约有1/3是非晶硅系太阳能电池,在民用方面其几乎占据了全部份额。
1、非晶态半导体与晶态半导体材料相比,非晶态半导体材料的原子在空间排列上失去了长程有序性,但其组成原子也不是完全杂乱无章地分布的。
由于受到化学键,特别是共价键的束缚,在几个原子的微小范围内,可以看到与晶体非常相似的结构特征。
所以,一般将非晶态材料的结构描述为:“长程无序,短程有序”。
晶硅的结构模型很多,左面给出了其中的一种,即连续无规网络模型的示意图。
可以看出,在任一原子周围,仍有四个原子与其键合,只是键角和键长发生了变化,因此在较大范围内,非晶硅就不存在原子的周期性排列。
在非晶硅材料中,还包含有大量的悬挂键、空位等缺陷,因而其有很高的缺陷态密度,它们提供了电子和空穴复合的场所,所以,一般说,非晶硅是不适于做电子器件的。
1975年,研究人员通过辉光放电技术分解硅烷,得到的非晶硅薄膜中含有一定量的氢,使得许多悬挂键被氢化,大大降低了材料的缺陷态密度,并且成功地实现了对非晶硅材料的p型和n 型掺杂。
电导激活能的变化说明了材料的费米能级随着掺杂浓度的变化而被调制,表明确实可以对非晶硅进行掺杂以控制它的导电类型和导电能力。
2、非晶硅太阳能电池的特点及发展历史It wasn't until 1974 that researchers began to realize that amorphous silicon could be used in PV devices by properly controlling the conditions under which it was deposited and by carefully modifying its composition. Today, amorphous silicon is commonly used for solar-powered consumer devices that have low power requirements (e.g., wrist watches and calculators).非晶硅太阳能电池的特点非晶硅太阳能电池之所以受到人们关注和重视,是因为它具有以下优点:1、非晶硅具有较高的光吸收系数。
非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池一、简介非晶硅太阳电池是一种新型的太阳能电池,它是利用非晶硅薄膜制成的。
与传统的多晶硅太阳电池相比,非晶硅太阳电池具有更高的光电转换效率和更低的制造成本。
二、原理非晶硅太阳电池采用了一种称为“堆垛结构”的设计,这种设计可以使得光线在薄膜中反复折射,从而增强了光吸收效果。
在吸收到光线后,光子会激发出电子-空穴对,在外加电场作用下,这些电子-空穴对会分别向两端移动,并产生一个电压差。
通过将多个这样的单元串联在一起,就可以得到一个具有较高输出功率的太阳能电池。
三、制造工艺1. 清洗基板:首先需要清洗基板表面以去除表面杂质。
2. 沉积非晶硅层:在基板上沉积一层非晶硅薄膜。
3. 氧化处理:经过氧化处理后形成氧化硅层。
4. 刻蚀:利用刻蚀技术去除氧化硅层的一部分,形成电极。
5. 沉积金属层:在电极上沉积一层金属,形成另一个电极。
6. 制成单元:将多个这样的单元串联在一起,就可以得到一个具有较高输出功率的太阳能电池。
四、优缺点1. 优点:(1)光电转换效率高:非晶硅太阳电池可以将光线转换为电能的效率达到了10%-13%左右,比传统的多晶硅太阳电池要高。
(2)制造成本低:非晶硅太阳电池制造工艺简单,生产成本低。
(3)适用范围广:非晶硅太阳电池可以适用于各种不同环境下的太阳能利用场合。
2. 缺点:(1)稳定性差:由于非晶硅薄膜中存在大量的缺陷和杂质,因此其稳定性较差。
(2)寿命短:由于材料缺陷和杂质等原因,非晶硅太阳电池寿命较短。
五、应用领域非晶硅太阳电池可以广泛应用于各种不同的领域,包括:1. 太阳能电池板:非晶硅太阳电池可以制成太阳能电池板,用于发电、供电等。
2. 光伏发电系统:非晶硅太阳电池可以作为光伏发电系统中的核心部件,用于将光能转换为电能。
3. 便携式充电器:非晶硅太阳电池可以制成便携式充电器,用于为手机、平板等设备充电。
六、结语随着可再生能源的需求不断增加,非晶硅太阳电池将会有更广阔的应用前景。
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。
太阳能电池板型号对比
太阳能电池板型号对比太阳能电池板是利用太阳光能够将光能转换成电能的设备,用于太阳能发电系统。
太阳能电池板的型号有很多种,每种型号有着不同的性能和适用范围。
本文将重点介绍太阳能电池板的型号对比。
一、硅片太阳能电池板硅片太阳能电池板是目前使用最广泛的太阳能电池板。
硅片太阳能电池板的结构是将多个硅片按照一定的规格和方式并联或串联在一起组成。
硅片太阳能电池板的优点是成本低,转换效率高,使用寿命长,适用范围广。
但是,硅片太阳能电池板也有缺点,就是重量大、制作过程复杂和易受温度和光照强度影响。
二、非晶硅太阳能电池板非晶硅太阳能电池板是一种新型太阳能电池板,结构相对简单,使用较为方便,轻量化、薄型化、柔性化、高透光率,能够适应更多的结构设计。
非晶硅太阳能电池板的性能也有优劣之处。
它的优点是光照强度较低时,转换效率仍较高,寿命长,性能不受温度影响;缺点则是成本较高,光照强度较高时转换效率较低,同时室温下的性能比较不稳定。
三、柔性太阳能电池板柔性太阳能电池板是一种可弯曲、可折叠、可裁切、自粘贴方便使用的太阳能电池板。
它采用柔性材料制成,便于在弯曲和形状复杂的表面上安装。
柔性太阳能电池板的优点主要是有很好的应用极性,方便安装,广泛应用于船舶、军事等领域。
但柔性电池也有一些缺点,主要是转换效率和使用寿命较低、安装不便等。
四、铜铟镓硒太阳能电池板铜铟镓硒太阳能电池板在优点方面表现得相当亮眼。
转换效率高(可达21%)、使用寿命长、温度稳定性强、适应性强、重量轻等等。
铜铟镓硒太阳能电池板的材料成本很高,制作过程较为复杂,每个电池板的产量相对较低,价格也比其他型号的太阳能电池板昂贵,限制了其发展。
五、多晶硅太阳能电池板多晶硅太阳能电池板是一种普通的太阳能电池板,其制作过程简单,价格低廉,具有成本低廉、良好的紫外光响应等特点。
但多晶硅太阳能电池板的转换效率较低(15% ~ 17%),使用寿命相较于硅片太阳能电池板也较短,对于光照强度和温度较为敏感。
非晶硅薄膜太阳能电池的优点
非晶硅薄膜太阳能电池的优点:
非晶硅太阳能电池之所以受到人们的关注和重视,是因为它具有如下诸多的优点:
1.非晶硅具有较高的光吸收系数.特别是在0.3-0.75um 的可见光波段,它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级.因而它比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左右, 用很薄的非晶硅膜(约1um厚)就能吸收90%有用的太阳能.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1.5-2.0 eV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.制备非晶硅的工艺和设备简单,淀积温度低,时间短,适于大批生产.制作单晶硅电池一般需要1000度以上的高温,而非晶硅电池的制作仅需200度左右.
4.由于非晶硅没有晶体硅所需要的周期性原子排列,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,包括廉价的玻璃衬底,并且易于实现大面积化.
5.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很多:。
太阳能电池的分类与特点
太阳能电池的分类与特点太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置,它由不同材料制成。
根据材料的不同,太阳能电池可以分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池、聚合物太阳能电池等多种类型。
每种类型的太阳能电池都有其独特的特点和适用范围,下面将逐一介绍这些分类和特点。
1. 单晶硅太阳能电池:单晶硅太阳能电池是最常见的太阳能电池之一,它采用高纯度的单晶硅材料制成。
其特点包括高效率、长寿命和稳定性强。
单晶硅太阳能电池的高效率意味着单个电池的发电能力较强,因此在有限的面积内可以获得更多的电能。
此外,单晶硅太阳能电池通常具有较长的寿命,可在正常使用条件下运行20年以上。
然而,由于制造工艺较为复杂,单晶硅太阳能电池的成本较高,因此价格也相对较贵。
2. 多晶硅太阳能电池:多晶硅太阳能电池是另一种常见的太阳能电池类型,它由多晶硅材料制成。
与单晶硅太阳能电池相比,多晶硅太阳能电池的制造工艺更简单,成本也较低。
然而,多晶硅太阳能电池的效率较低,发电能力相对较弱,但仍然可以满足家庭和商业用途的基本需求。
此外,多晶硅太阳能电池的寿命较长,可持续发电15年以上。
3. 非晶硅太阳能电池:非晶硅太阳能电池是一种采用非晶硅材料制成的薄膜太阳能电池。
与单晶硅和多晶硅太阳能电池相比,非晶硅太阳能电池的制造工艺更简单,可以在较大面积的基板上快速制造。
非晶硅太阳能电池还具有较高的灵活性,可以适应不同形状的物体,因此广泛应用于卷曲表面和柔性电子设备。
然而,与其他太阳能电池相比,非晶硅太阳能电池的效率较低,需要更大的面积才能获得相同的发电能力。
4. 染料敏化太阳能电池:染料敏化太阳能电池是一种基于染料分子的太阳能电池。
它利用染料分子吸收光子,激发电子跃迁并产生电流。
相比于硅基太阳能电池,染料敏化太阳能电池具有灵活性好、制造工艺简单、成本低廉和透明度高等优势。
然而,染料敏化太阳能电池的稳定性较差,寿命较短,通常需在几年内更换。
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。
非晶硅太阳能电池发展现状
非晶硅太阳能电池发展现状
非晶硅太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术,它具有高效率、轻薄、柔性等特点,因此备受关注。
目前,非晶硅太阳能电池
的发展取得了一些进展,但仍面临着一些挑战。
首先,非晶硅太阳能电池的高效率是其最大的优势之一。
与传
统的多晶硅太阳能电池相比,非晶硅太阳能电池在光电转换效率上
有着明显的优势。
然而,目前非晶硅太阳能电池的效率仍然有待提高,特别是在低光照条件下的性能仍有待改善。
其次,非晶硅太阳能电池的轻薄柔性特点也为其在一些特殊应
用场景中提供了更多可能性。
例如,可以应用于建筑一体化、户外
休闲用品等领域。
然而,目前非晶硅太阳能电池的生产成本仍然较高,导致其在大规模商业应用中受到限制。
另外,非晶硅太阳能电池的稳定性和寿命也是当前亟待解决的
问题。
由于其材料特性,非晶硅太阳能电池在长时间使用后可能会
出现性能下降的情况,这也是目前产业界普遍关注的问题之一。
总的来说,非晶硅太阳能电池作为一种新型的太阳能电池技术,
具有很大的发展潜力。
随着技术的不断进步和成本的不断降低,相信非晶硅太阳能电池将会在未来得到更广泛的应用。
同时,需要产业界和科研机构共同努力,解决其在效率、成本、稳定性等方面的挑战,推动非晶硅太阳能电池技术的进一步发展。
太阳能光伏发电之单晶硅、多晶硅、非晶硅电池的区别
太阳能光伏发电之单晶硅、多晶硅、非晶硅电池的区别光伏发电主要是靠电池来吸引太阳能转化为电能,在安装光伏电站前,还需要对电池有个明确的了解,这样才能更好地选择光伏产品。
目前市面上的太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅与非晶硅电池,今天就来告诉大家三种电池各有什么特征和优缺点!1、外观上的区别从外观上面看的话,单晶硅电池的四个角呈现圆弧状,表面没有花纹;而多晶硅电池的四个角呈现方角,表面有类似冰花一样的花纹;而非晶硅电池也就是我们平时说的薄膜组件,它不像晶硅电池可以看出来栅线,表面就如同镜子一般清晰、光滑。
▲单晶硅电池▲多晶硅电池▲薄膜组件2、使用上面的区别对于使用者来说,单晶硅电池和多晶硅电池没有太大的区别,它们的寿命和稳定性都很好。
虽然单晶硅电池平均转换效率要比多晶硅高1%左右,但由于单晶硅电池只能做成准正方形(四边都是圆弧状),因此当组成太阳能电池板的时候就会有一部分面积填不满;而多晶硅是正方形,所以不存在这样的一个问题,它们的优缺点具体如下:晶硅组件:单块组件功率相对较高。
同样占地面积下,装机容量要比薄膜组件高。
但组件厚重易碎,高温性能较差,弱光性差,年度衰减率高。
薄膜组件:单块组件功率相对略低。
但发电性能高,高温性能佳,弱光性能好,阴影遮挡功率损失较小,年度衰减率低。
应用环境广泛,美观,环保。
3、制造工艺多晶硅太阳能电池制造过程中消耗的能量要比单晶硅太阳能电池少30%左右,因此多晶硅太阳能电池占全球太阳能电池总产量的份额大,制造成本也小于单晶硅电池,所以使用多晶硅太阳能电池将会更加的节能、环保!其实可供制造太阳电池的半导体材料很多,随着材料工业的发展、太阳电池的品种将越来越多。
目前已进行研究和试制的太阳电池,除硅系列外,还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型的太阳电池,举不胜举,通常这些材料都会用来制作非晶硅电池。
但这些都没有广泛商用,这里就不再一一分析啦!总而言之,单晶的利用面积会比较高,单晶在面积利用率上会比较好;多晶市场比例比较高,应用的比较广,价格方面也是有一定的优势。
非晶硅太阳能电池技术的研究和发展
非晶硅太阳能电池技术的研究和发展随着环境保护意识的不断提高,使用可再生能源逐渐成为人们追求的目标。
而太阳能电池,作为一种最为广泛应用的电池之一,其重要性不言而喻。
然而,早期的硅晶太阳能电池虽然效率较高,但制造成本高昂,制作流程繁琐。
因此,非晶硅太阳能电池逐渐受到人们的重视。
本文将从非晶硅太阳能电池的定义、研究发展现状、未来趋势等方面进行探讨。
一、定义非晶硅太阳能电池是指由非晶硅所制成的太阳能电池,属于第三代光伏材料。
其与传统的晶硅太阳能电池不同之处在于,非晶硅太阳能电池所使用的硅材料并非以单元晶体排列为主,而是一种非晶态,即无序状态,这也是其得名的原因。
二、研究发展现状非晶硅太阳能电池的研究可以追溯到上个世纪80年代。
当时,由于非晶硅材料的熔化温度较低,可以使用喷雾法或蒸镀法等较为简单的制程来制备太阳能电池,因此备受关注。
随着时间的推移,人们不断地进行改进和研究,使得非晶硅太阳能电池的效率不断提高。
其中,最大的突破应当是在太阳能薄膜电池方面。
这种电池利用非晶硅材料在玻璃或塑料基底上的膜制作而成,不仅可以大幅度降低成本,还具备更好的轻量化和柔性,可以随意弯曲,非常适合家居和户外运动领域。
由于非晶硅太阳能电池相对于传统晶硅太阳能电池成本更低且加工时间更短,所以受到了各界的追捧。
然而,其效率水平相对较低,一直以来都是其发展的瓶颈。
三、未来趋势虽然非晶硅太阳能电池目前的功率密度还比较低,但在不断的研究中,制造商们探讨了多种可行的方式,努力通过改善结构和材料,提高太阳能电池的效率。
例如,在非晶硅太阳能电池上掺杂其它元素不仅可以提高效率,而且还可以改善非晶硅材料的电学性质,提高在光捕捉、电荷传输和防腐蚀上的性能表现,也可以控制电池的光电学特性,降低其光老化现象的影响。
此外,一些新型的非晶硅太阳能电池也有望实现突破。
比如,在非晶硅薄膜上面又可以引入一层光谱选择层,这层层次结构能够将太阳光吸收优先转化为短波长射线去激发非晶体硅材料中的光电子,从而提高太阳能电池的效率。
非晶硅太阳能电池
非晶硅太阳能电池1.简介非晶硅太阳能电池是是20世纪70年代中期发展起来的一种新型薄膜太阳电池,与其他太阳电池相比,非晶硅太阳能电池具有以下优点:(1)非晶硅价格便宜,不受硅材料短缺的限制;(2)制作材料来源广泛,非晶硅可沉积在玻璃、柔性不锈钢、聚乙烯等材料上;(3)生产工艺简单,便于工业化大面积、连续、自动化生产,成本低。
(4)具有更强的弱光响应。
(5)高温性能优良,具有较低的温度系数和优良的伏安特性,在相同条件下,非晶硅电池的发电量较单晶硅电池高8%左右,较多晶硅电池高13%左右。
(6)具有很宽的光谱响应和较高的光谱吸收系数,特别是在0.3-0.75um 的可见光波段,它的吸收系数要比单晶硅高出一个数量级,因而它比单晶硅对太阳辐射的吸收效率要高40倍左右,用很薄的非晶硅膜(约1um厚)就可以吸收90%有用的太阳光。
这是非晶硅太阳能电池的主要特点,也是它能够成为低价格太阳能电池的主要因素。
2.结构和原理由于未掺杂的非晶硅实际是弱n型材料,因此,在淀积有源集电区时适当加入痕量硼,使其成为费米能级居中的i型,有助于提高太阳能电池的性能。
因而在实际制备过程中,常常将淀积次序安排为p-i-n,以利用淀积p层时的硼对有源集电区进行自然掺杂。
这一淀积顺序决定了透明导电衬底电池总是p层迎光,而不透明衬底电池总是n层迎光。
3.制作工艺具体步骤:(1)利用红外光激光对TCO导电玻璃基片进行激光刻线;(2)激光刻线后进行超声清洗;基片清洗后装入专用沉积夹具,推入烘箱进行预热;(3)预热后沉积夹具推入PECVD沉积真空室,利用PECVD沉积工艺,进行非晶硅沉积;(4)利用绿激光对沉积好非晶硅的基片进行第二次激光刻线,刻线后进行清洗;(5)对清洗好的基片利用PVD技术,镀金属背电极复合膜,作为金属背电极复合膜之一的氧化锌层沉积在非晶硅层表面,其他金属背电极层沉积在氧化锌层之上;(6)利用绿激光对沉积好金属背电极的基片进行第三次激光刻线,刻线后进行清洗,至此,电池芯片结构已经形成;(7)对电池芯片进行层压封装,并安装接线盒及引出导线;(8)对组件进行性能检测,合格品装箱。
硅基薄膜电池的种类
硅基薄膜电池的种类1.非晶硅薄膜太阳能电池:非晶硅薄膜太阳能电池是利用非晶硅材料制成的薄膜电池。
非晶硅材料具有较高的吸收系数,可以吸收较宽波长范围的太阳能辐射。
这种电池的制造工艺简单、成本低,而且可以实现大面积生产,因此具有很大的潜力。
2.微晶硅薄膜太阳能电池:微晶硅薄膜太阳能电池在非晶硅的基础上加入一定比例的晶体硅材料,通过控制制造工艺,可使得薄膜中形成大约10-30纳米的微晶硅颗粒。
微晶硅的晶体结构比非晶硅更有序,因此具有更好的光吸收和电子传输性能,提高了电池的效率。
此外,微晶硅材料还具有较高的稳定性和较低的光衰减率。
3.多结薄膜太阳能电池:多结薄膜太阳能电池是通过堆叠多层不同材料的薄膜形成的。
常见的多结薄膜电池包括硅薄膜太阳能电池与硒化镉薄膜太阳能电池的结合。
通过优化不同材料的能带结构和光学特性,可以实现更高的光吸收和电荷分离效率,提高电池的转化效率。
4.染料敏化薄膜太阳能电池:染料敏化薄膜太阳能电池是利用染料分子吸收光子并将其转化为电子的原理制成的电池。
染料敏化层通常由半导体纳米颗粒组成,染料分子通过与纳米颗粒的接触来实现电荷的分离。
这种电池具有制造成本低、制作工艺简单、使用灵活等优势,适用于各种类型的表面。
在硅基薄膜太阳能电池的研究和应用中,不同类型的电池有着各自的优缺点。
因此,未来的发展趋势将是通过对材料、结构和制造工艺的改进,提高硅基薄膜太阳能电池的光电转换效率,降低制造成本,实现工业化生产。
同时,还需要在电池的稳定性和环境适应性等方面进行进一步研究,以满足不同应用场景的需求。
非晶硅太阳能电池转换效率
非晶硅太阳能电池转换效率
非晶硅太阳能电池是一种新型的太阳能转换技术,其转换效率是衡量其性能优劣的重要指标之一。
转换效率是指太阳能电池将太阳能转化为电能的能力,通常以百分比表示。
非晶硅太阳能电池与传统的晶体硅太阳能电池相比具有一些明显的
优势。
首先,非晶硅太阳能电池的制造成本相对较低,生产工艺简单,可以在较低的温度下制备。
其次,非晶硅太阳能电池具有较好的低光强响应特性,可以在低光照条件下仍有较高的转换效率。
此外,非晶硅太阳能电池的柔性较好,可以制备成薄膜形式,便于应用于柔性电子设备。
然而,与晶体硅太阳能电池相比,非晶硅太阳能电池的转换效率相对较低。
这主要是由于非晶硅太阳能电池的非晶结构导致其内部结晶程度较低,电子迁移能力较差。
此外,非晶硅太阳能电池表面存在较多的缺陷和界面态,容易引起电子和空穴的复合损失,降低了转换效率。
为了提高非晶硅太阳能电池的转换效率,研究者们采取了多种策略。
一方面,通过优化非晶硅材料的合成和制备工艺,提高其结晶度和晶界质量,减少缺陷和界面态,从而提高电子和空穴的传输效率。
另一方面,研究者们探索了多层结构和复合材料等新型器件结构,以提高光电转换效率。
此外,还有研究团队利用纳米材料、量子点和等离子
体等新型材料和结构来增强非晶硅太阳能电池的光吸收和光电转换效率。
总的来说,非晶硅太阳能电池的转换效率在不断提高,已经达到了相对较高的水平。
随着技术的不断进步和优化,相信非晶硅太阳能电池将在未来成为太阳能转换领域的重要技术之一。
非晶硅太阳能电池的发展趋势
非晶硅太阳能电池的发展趋势非晶硅太阳能电池,这个名字听起来是不是有点让人头大?别急,别怕,今天咱们就来聊聊这个听上去高大上的东西到底是个啥。
它就是太阳能电池中的一种,不过跟传统的硅太阳能电池比起来,它有一点特别的地方。
非晶硅嘛,顾名思义,它可不是什么坚固的晶体。
它其实是没有明确排列结构的,这就使得它的制造过程相对简单,也更加灵活,适合用于很多不同的场景。
你可能会问,为什么这东西这么火?好吧,咱们先从它的优势说起。
非晶硅太阳能电池最大的好处就是价格便宜,制造成本低。
这意味着,你想要大规模推广太阳能的应用时,不用担心成本过高,搞得整个项目像是砸锅卖铁一样。
非晶硅电池的生产过程就像是生产普通玻璃一样简单,难怪越来越多的厂商愿意投入这个领域。
它的重量轻,灵活性强,放在屋顶上或者车顶都不成问题,搬来搬去也不费劲儿。
不过,别高兴得太早,非晶硅电池也不是完美无缺的。
它的效率相对来说偏低。
你看,那些高效的单晶硅电池,效率能达到20%甚至更高,但非晶硅电池的效率通常在10%左右。
这是不是让你觉得有点儿失望?其实也不能怪它,它本来就是为了价格和灵活性取胜的嘛,效率低点儿也算是“权衡之下的妥协”。
但是,不要因此就轻易打退堂鼓。
现在的科学家们正在想方设法改善它的效率,毕竟谁都知道,高效率的太阳能电池才能更好地收集太阳的能量。
大家都说,科技是不断进步的,谁能想到几年前还没人敢想的事情,今天已经有人在做了?说到这个,咱们就不得不提非晶硅太阳能电池的一个潜力,那就是它在光照条件不佳的情况下表现还是不错的。
想象一下,如果是一个阴天,或者你住的地方太阳不太强烈,非晶硅电池还是能继续“吃”到一点太阳光。
而那些传统的硅电池,碰上这样的天气,可能就不怎么给力了。
所以,有人说,非晶硅就是“阴天太阳能电池”,我看这说法倒也不无道理。
就像是那些人,虽然长得不帅,但人家有的是智慧和才华,根本不差那张脸对吧?但咱们也不能忽视它的劣势。
你瞧,非晶硅电池的效率低,寿命也稍微差一点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
三、非晶硅太阳能电池尽管单晶硅和多晶硅太阳能电池经过多年的努力已取得很大进展,特别是转换效率已超过20%,这些高效率太阳能电池在空间技术中发挥了巨大的作用。
但在地面应用方面,由于价格问题的影响,长久以来一直受到限制。
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。
从其诞生到现在,全世界以电力换算计太阳能电池的总生产量的约有1/3是非晶硅系太阳能电池,在民用方面其几乎占据了全部份额。
1、非晶态半导体与晶态半导体材料相比,非晶态半导体材料的原子在空间排列上失去了长程有序性,但其组成原子也不是完全杂乱无章地分布的。
由于受到化学键,特别是共价键的束缚,在几个原子的微小范围内,可以看到与晶体非常相似的结构特征。
所以,一般将非晶态材料的结构描述为:“长程无序,短程有序”。
晶硅的结构模型很多,左面给出了其中的一种,即连续无规网络模型的示意图。
可以看出,在任一原子周围,仍有四个原子与其键合,只是键角和键长发生了变化,因此在较大范围内,非晶硅就不存在原子的周期性排列。
在非晶硅材料中,还包含有大量的悬挂键、空位等缺陷,因而其有很高的缺陷态密度,它们提供了电子和空穴复合的场所,所以,一般说,非晶硅是不适于做电子器件的。
1975年,研究人员通过辉光放电技术分解硅烷,得到的非晶硅薄膜中含有一定量的氢,使得许多悬挂键被氢化,大大降低了材料的缺陷态密度,并且成功地实现了对非晶硅材料的p型和n 型掺杂。
电导激活能的变化说明了材料的费米能级随着掺杂浓度的变化而被调制,表明确实可以对非晶硅进行掺杂以控制它的导电类型和导电能力。
2、非晶硅太阳能电池的特点及发展历史It wasn't until 1974 that researchers began to realize that amorphous silicon could be used in PV devices by properly controlling the conditions under which it was deposited and by carefully modifying its composition. Today, amorphous silicon is commonly used for solar-powered consumer devices that have low power requirements (e.g., wrist watches and calculators).非晶硅太阳能电池的特点非晶硅太阳能电池之所以受到人们关注和重视,是因为它具有以下优点:1、非晶硅具有较高的光吸收系数。
特别是在0.3-0.75µm的可见光波段,它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级。
因而它比单晶硅对太阳辐射的吸收效率要高40倍左右,用很薄的非晶硅膜(约1 µm厚)就能吸收90%有用的太阳能。
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、制备非晶硅的工艺和设备简单,淀积温度低,时间短,适于大批生产。
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,包括廉价的玻璃衬底,并且易于实现大面积化。
5、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发展历史自1974年人们得到可掺杂的非晶硅薄膜后,就意识到它在太阳能电池上的应用前景,开始了对非晶硅太阳能电池的研究工作。
1976年:RCA公司的Carlson报道了他所制备的非晶硅太阳能电池,采用了金属-半导体和p-i-n两种器件结构,当时的转换效率不到1%。
1977年:Carlson将非晶硅太阳能电池的转换效率提高到5.5%。
1978年:集成型非晶硅太阳能电池在日本问世。
1980年:ECD公司作成了转换效率达6.3%的非晶硅太阳能电池,采用的是金属-绝缘体-半导体(MIS)结构;同年,日本三洋公司向市场推出了装有面积为5平方厘米非晶硅太阳能电池的袖珍计算器。
1981年:开始了非晶硅及其合金组成的叠层太阳能电池的研究。
1982年:市场上开始出现装有非晶硅太阳能电池的手表,充电器、收音机等商品。
1984年:开始有作为独立电源用的非晶硅太阳能电池组合板。
3、非晶硅薄膜的制备非晶硅薄膜的制备技术有很多,包括电子束蒸发、反应溅射、低压化学气相淀积(LPCVD)、辉光放电等离子体化学气相淀积以及光化学气相淀积和电子回旋共振等离子体化学气相淀积技术等。
其中最常用的是辉光放电等离子体化学气相淀积方法。
下面我们将作一简单介绍。
典型的辉光放电淀积非晶硅的装置包含反应腔系统,真空抽气系统和反应气体流量控制系统。
反应腔内抽上真空,充入氢气或氩气稀释的硅烷气体,直流或高频电源用电容或电感耦合的方式加在反应腔内的电极上,腔内气体在电源作用下电离分解,形成辉光的等离子体。
非晶硅薄膜就淀积在加热的衬底上,一般衬底温度在250-500度之间。
若在反应气体中加入适当比例的PH3或B2H6气体,便可以得到n型或p型的掺杂非晶硅薄膜。
非晶硅薄膜的光电性质强烈依赖于制备的工艺参数,如气压、衬底温度、气体流量,电源功率等条件,只有严格控制好工艺条件,才能得到质量良好的非晶硅膜。
利用单反应腔来制备非晶硅太阳能电池时,由于要连续淀积不同掺杂原子的p层和n层,这样,反应腔内壁和电极上残存的杂质很难避免不掺入所制造的太阳能电池中,造成交叉沾污,得到的太阳能电池的重复性和性能都不好。
为了避免这种情况,研究者发展了一种多反应腔装置,非晶硅太阳能电池的p、I、n各层分别在专用的反应腔内沉积,因此没有残存杂质的污染,能很好地重复制造出高效率非晶硅太阳能电池。
并且,这种装置适宜批量生产,因而目前生产的非晶硅电池基本上采用这种装置。
Hot-wire deposition promises to improve the efficiency and stability of amorphous silicon devices.4、非晶硅太阳能电池的结构非晶硅太阳能电池的结构最常采用的是p-i-n结构,而不是单晶硅太阳能电池的p-n结构。
这是因为:轻掺杂的非晶硅的费米能级移动较小,如果用两边都是轻掺杂的或一边是轻掺杂的另一边用重掺杂的材料,则能带弯曲较小,电池的开路电压受到限制;如果直接用重掺杂的p+和n+材料形成p+-n+结,那么,由于重掺杂非晶硅材料中缺陷态密度较高,少子寿命低,电池的性能会很差。
因此,通常在两个重掺杂层当中淀积一层未掺杂的非晶硅层作为有源集电区。
非晶硅太阳能电池内光生载流子主要产生于未掺杂的i层,与晶态硅太阳能电池中载流子主要由于扩散而移动不同,在非晶硅太阳能电池中,光生载流子主要依靠太阳能电池内电场作用做漂移运动。
在非晶硅太阳能电池中,顶层的重掺杂层的厚度很薄几乎是半透明的,可以使入射光最大限度地进入未掺杂层并产生自由的光生电子和空穴。
而较高的内建电场也基本上从这里展开,使光生载流子产生后立即被扫向n+侧和p+侧。
由于未掺杂的非晶硅实际上是弱n型材料,因此,在淀积有源集电区时适当加入痕量硼,使其成为费米能级居中的i型,有助于提高太阳能电池的性能。
因而在实际制备过程中,常常将淀积次序安排为p-i-n,以利用淀积p层时的硼对有源集电区进行自然掺杂。
这一淀积顺序决定了透明导电衬底电池总是p+层迎光,而不透明衬底电池总是n+层迎光。
在单结非晶硅太阳能电池中,利用微晶硅来做掺杂层的电池结构也是较为常用的一种。
微晶硅有较高的掺杂效率,在同样的掺杂水平下,其费米能级远离带隙中央的程度比非晶硅高。
另一方面,微晶硅的带隙不会因为掺杂而有明显的降低,因此用微晶硅做太阳能电池的接触层,既可减小串联电阻,也可增加开路电压,是理想的n+或p+材料。
单结非晶硅异质结电池非晶硅太阳能电池内光生载流子的生成主要在i层,入射光在到达i层之前,一部分被掺杂层所吸收。
因为对于非晶硅材料,掺杂将会使材料带隙降低,造成对太阳光谱中的短波部分的吸收系数变大,研究表明,即使掺杂层厚度仅有10nm,仍会将入射光的20%左右吸收掉。
从而削弱了电池对短波长光的响应,限制了短路电流的大小。
为了减少入射方向掺杂层对光的吸收以使到达i层的光增加的目的,人们提出了单结非晶硅异质结太阳能电池结构。
所谓单结非晶硅异质结太阳能电池,是指在迎光面采用宽带隙的非晶碳化硅膜来代替带隙较窄的非晶硅做窗口的结构。
利用宽带隙的非晶碳化硅膜可以明显改善太阳能电池在短波区域的收集效率。
(如图所示)利用宽带隙材料做成异质结结构,不仅是通过窗口作用提高短路电流,还可以通过内建电势的升高提高开路电压。
因为在p层中加碳,能隙变宽,p、i两层中的费米能级的相对位置被相应拉开,因而对升高内建电势也有好处。
在非晶硅太阳能电池的发展过程中,转换效率的一次幅度较大的提高就是用p型的非晶碳化硅膜代替p型的非晶硅的结果。
对于带隙为1.7eV左右的i层,要求p层材料的带隙最好在2.0eV左右。
当非晶碳化硅膜中碳的成分比在20-30%时,就能满足这一要求,而且并没有给电池的制造工艺增加多少麻烦,而电池的性能却得到很大改善。
非晶硅叠层电池对于单结太阳能电池,即便是用晶体材料制备的,其转换效率的理论极限一般在AM1.5的光照条件下也只有25%左右。
这是因为,太阳光谱的能量分布较宽,而任何一种半导体只能吸收其中能量比自己带隙值高的光子。
其余的光子不是穿过电池被背面金属吸收转变为热能,就是将能量传递给电池材料本身的原子,使材料发热。
这些能量都不能通过产生光生载流子变成电能。
不仅如此,这些光子产生的热效应还会升高电池工作温度而使电池性能下降。
为了最大程度的有效利用更宽广波长范围内的太阳光能量。
人们把太阳光谱分成几个区域,用能隙分别与这些区域有最好匹配的材料做成电池,使整个电池的光谱响应接近与太阳光光谱,如图所示,具有这样结构的太阳能电池称为叠层电池。
左面是叠层太阳能电池的结构和原理示意图。
从迎光面开始,材料的带隙依次下降,即最外面的材料带隙宽,有利与吸收短波长的光,而透过的长波长的光则被里层带隙较窄的材料吸收,这样可以最大限度的吸收太阳光能量,同时。
由于各个子电池是串联在一起的,总的开路电压比单个电池高很多,因而有可能大幅度提高转换效率。