薄膜太阳能电池基础知识整理
薄膜太阳能电池知识培训
扩散 N P
内建电场形成 N P N
漂移 P N
平衡态 P
电子
空穴
平衡时，产生的空穴-电子对和复合的空穴-电子对数目相同。
热平衡下的PN结
在内建电场的作用下，载流
子作漂移运动。相同载流子 漂移与扩散方向相反。在无
Ec EF Ev
电子漂移 电子扩散
•
绝缘体、导体和半导体能带示意图
•
材料 单晶硅 非晶硅 CuInSe2
禁带宽度/eV 1.12 1.75 1.05
材料 CdTe GaAs InP
禁带宽度/eV 1.45 1.42 1.34
重要太阳能半导体材料的禁带宽度
•
半导体分类
• 本征半导体 没有掺入杂质的半导体材料，电子和空穴的浓度相等。 • N型半导体 在半导体材料中掺入了某种杂质(P)，使得电子浓度大于空穴浓度，称其 为N型半导体，此时电子称为多数载流子，空穴称为少数载流子。相应的 杂质被称为N型掺杂剂（施主杂质） • P型半导体 在超高纯的半导体材料中掺入了某种杂质(B)，使得空穴浓度大于电子浓 度，称其为P型半导体，此时空穴称为多数载流子，电子称为少数载流子 。相应杂质称为P型掺杂剂（受主杂质）
要提高光生电流就要减小禁带宽度，激发更多 电子，但是问题是高能光子激发电子后剩余能量
转换为热能，对电池性能产生负面影响。
要提高开路电压就要提高光生电流和反响饱和 电流的比值，增大禁带宽度可以减小反向饱和电 流，但是同时也减少了光生电流。
太阳能电池等效电路
实际上，p-n结太阳能电池存在着Rs和Rsh的影 响。其中， Rs是由材料体电阻、薄层电阻、电极 接触电阻及电极本身传导电流的电阻所构成的总 串联电阻。Rsh是在p-n结形成的不完全的部分所 导致的漏电阻及电池边缘的漏电阻，称为旁路电 阻或漏电电阻。
薄膜太阳能电池介绍
薄膜太阳能电池介绍
薄膜太阳能电池是一种新型的光伏器件，其核心原材料包括硅材料、非晶硅材料、CIGS材料和CdTe材料等。
其中，非晶硅材料是太阳能电池的核心原材料之一，具有降低制造成本、易于实现大面积和大批量连续生产等优点，是降低成本和提高光子循环效率的理想材料。
薄膜太阳能电池除了具有平面结构外，还具有可挠性和可制成非平面构造等特性，使其在应用范围上非常广泛，可以与建筑物结合或变成建筑物的一部分。
薄膜太阳能电池的制造方法包括电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅射法和热丝法等。
其中，射频辉光放电法由于其低温过程、易于实现大面积和大批量连续生产，已成为国际公认的成熟技术。
薄膜太阳能电池在光伏建筑一体化、屋顶并网发电系统以及光伏电站等领域有着广泛的应用前景。
此外，非晶硅薄膜太阳电池在高气温条件下衰减微弱，适合高温、荒漠地区建设电站。
同时，薄膜太阳能电池的原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产，具有广阔的市场前景。
太阳能光伏发电应用技术知识4薄膜太阳电池
电极制备
在薄膜表面制备金属电极，以便收集和导 出光生电流。
后处理
对沉积好的薄膜进行退火、掺杂等后处理 工艺，以改善其光电性能。
关键设备与技术参数
真空系统
为薄膜沉积提供所需的真空环 境。
电极制备设备
用于在薄膜表面制备金属电极 的设备。
薄膜沉积设备
PVD或CVD设备，用于在基片 上沉积薄膜材料。
温度控制系统
06
总结与展望
本次项目成果回顾
薄膜太阳电池性能提升
01
通过优化材料选择和工艺参数，成功提高了薄膜太阳电池的光
电转换效率。
可靠性增强
02
针对薄膜太阳电池在长期使用过程中可能出现的性能衰减问题，
进行了有效的改进，提高了其稳定性和可靠性。
降低成本
03
通过改进生产流程和采用新型材料，降低了薄膜太阳电池的制
优缺点分析
弱光性能好
在阴天、室内等弱光环境下，薄 膜太阳电池仍能保持较高的发电 效率。
温度系数低
在高温环境下，薄膜太阳电池的 发电效率受温度影响较小。
优缺点分析
转换效率相对较低
与晶体硅太阳电池相比，薄膜太阳电池的转换效率相对较低。
稳定性有待提高
部分薄膜太阳电池在长期使用过程中存在性能衰减的问题，稳定性有待提高。
问题诊断与优化建议
针对测试结果中存在的问题，提出相应的优化措施和 建议，提高电池性能。
04
薄膜太阳电池应用领域及市场前 景
应用领域概述
建筑物集成光伏（BIPV）
便携式设备
薄膜太阳电池可灵活应用于建筑物外墙、 屋顶及窗户等部位，实现光伏发电与建筑 设计的完美结合。
由于其轻质、柔性的特点，薄膜太阳电池 可应用于便携式电子设备、户外装备等领 域，为设备提供持续的电力供应。
薄膜太阳能电池技术
薄膜太阳能电池技术
薄膜太阳能电池技术是一种太阳能电池的制造技术。
与传统的硅基太阳能电池相比，薄膜太阳能电池采用了更薄、更轻的材料来制造电池片。
薄膜太阳能电池技术具有以下特点：
1.轻薄柔性：薄膜太阳能电池使用的是薄膜材料，相对于硅基太阳能电池的玻璃基底，薄膜太阳能电池更轻薄，也更柔性，可以适应弯曲和复杂的表面形状。
2.成本低：薄膜太阳能电池制造过程相对简单，不需要高温和高真空条件，可以以较低的成本大规模生产。
3.高温稳定性：薄膜太阳能电池具有较好的高温稳定性，相对于硅基太阳能电池，在高温环境下性能衰减较小。
4.良好的低光强效果：薄膜太阳能电池对于低光强度环境有较好的适应能力，相对于硅基太阳能电池，在阴天或弱光条件下也能产生较高的电能输出。
薄膜太阳能电池技术目前有几种不同材料的薄膜电池，包括硅薄膜太阳能电池、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池、半导体量子点薄膜太阳能电池等。
每种薄膜材料都有其独特的特性和应用领域。
薄膜太阳能电池技术在光伏发电领域得到广泛应用，并且不断进行研发和改进，以提高效率、降低成本，推动太阳能产业的发展。
薄膜太阳能电池的结构和性能分析
薄膜太阳能电池的结构和性能分析薄膜太阳能电池是一种以薄膜材料为基底和吸收光线的薄膜材料为电池层的新型太阳能电池。
相比于传统的硅基太阳能电池，薄膜太阳能电池体积更小、重量更轻、制造成本更低、可弯曲、可透明、可定制化，并且在低光照条件下也有较高的功率输出。
本文将从薄膜太阳能电池的基本结构、工作原理和性能分析三个方面进行论述。
一、基本结构薄膜太阳能电池最常用的材料包括铜铟镓硒（CIGS）、硫化铜铟镉（CIS）、有机聚合物等。
作为太阳辐射的吸收层位于薄膜太阳能电池的最上层，以下是电池层、底电极（包括钢、铝、镀层等）、背电极（包括不导电和导电胶粘剂等）的排列顺序。
在实际生产过程中，会根据实际需要进行一定的调整，如使用透明导电电极、太阳能电池阵列等。
二、工作原理太阳能辐射照射到薄膜太阳能电池的吸收层上，电荷载体在吸收光子的过程中激发，移动到接触区域产生电流，从而形成了电池输出。
在电荷移动的过程中，必须保证吸收层的电导率高，电池层的吸光系数大，于是在电池层中通常使用薄膜法制成镀有金属的材料，从而增加光吸收和导电性。
通常，电子流经过底部电极，在当中遇到了电子中继印刷，应用正向电子控制（P/N结），电荷已经通过电池的输出输出。
因为这种类型的太阳能电池是以薄膜形式制成的，所以它们称为“薄膜太阳能电池”。
三、性能分析薄膜太阳能电池的最大特点是相较于传统太阳能电池，它可以更为轻盈和便携，适用于携带的灵活性不弱于笔记本或手机储物(grid-desktop)长方形太阳能电池板之类的应用。
除此之外，它们在低光照条件下也能有效运作，这在室内灯光、阴雨天等等情况下都非常有用，既可以提高能源利用，又可以减少电量浪费。
此外，薄膜太阳能电池可以根据具体需求进行定制，可用于建筑物幕墙、遮阳百叶、玻璃窗等。
相较于传统硅基太阳能电池，薄膜太阳能电池更加环保节约，由于用料量较少、加工风险低，生产过程中水、电、油耗较少，减少了能源消耗，降低了二氧化碳排放量。
薄膜太阳能电池知识大全
Sputtering
真空溅镀
SRE
标准参考 环境
STC
Thin-film Photovoltaic
标准测试 条件
薄膜太阳 能电池
倾斜角度(与水平成45度)、总照射 度(800Wm^-2)、周围温度(20℃)、 风速(1ms^-1)、电力负载(无开 路)。 电池温度(25℃)、照射度 (1000Wm^-2)符合规范CEI 904-3所 要求之参考太阳能光谱之照射分 布。
CEI 904
具光谱照射光参考数据之太阳原件 量测原理，等同IEC 904
属于化合物半导体，这样的材料吸 光范围广稳定性好，若是用聚光装
CIS Copper Indium 硒化铟铜 置辅助，转换效率可达30%，标准环
Diselenide
境测试下最高也可达到19.5%，模块
的话，可达约13%。
CIGS Copper Indium Gallium Diselenide
薄膜太阳电池产品应用： 半透明式的太阳能电池模块：建筑整合式太阳能应用(BIPV) 薄膜太阳能之应用：随身折迭式充电电源、军事、旅行 薄膜太阳能模块之应用：屋顶、建筑整合式、远程电力供应、 国防
薄膜太阳能电池的特色： 1.相同遮蔽面积下功率损失较小(弱光情况下的发电性佳) 2.照度相同下损失的功率较晶圆太阳能电池少 3.有较佳的功率温度系数 4.较佳的光传输 5.较高的累积发电量 6.只需少量的硅原料 7.没有内部电路短路问题(联机已经在串联电池制造时内建) 8.厚度较晶圆太阳能电池薄 9.材料供应无虑 10.可与建材整合性运用(BIPV)
薄膜太阳能电池分类表
薄膜太阳能电池制造厂商：联相光电、富阳光电、旭能光 电、绿能科技、新能光电、茂迪、奇美能源、大亿光电、大丰 能源、鑫笙能源、威奈联合、嘉晶电子、崇越科技、台达电、 中环、宇通光电 薄膜太阳能测试设备厂商：庆声科技
clgs薄膜太阳能电池技术要点
clgs薄膜太阳能电池技术要点
一、引言
薄膜太阳能电池，作为一种新型的光伏技术，正逐渐受到全球的关注。
其中，CLGS薄膜太阳能电池以其独特的性能和优势，在光伏领域中占有重要地位。
本文将重点介绍CLGS薄膜太阳能电池的技术要点。
二、技术原理
CLGS薄膜太阳能电池基于光电效应原理，利用特定波长的光照射在薄膜上的光子产生电子-空穴对，然后在电场的作用下，电子和空穴分别向两极移动，产生电流。
其核心技术在于制备高性能的薄膜材料，以及优化薄膜结构以增强光电转换效率。
三、关键技术
1. 薄膜材料：CLGS薄膜太阳能电池主要采用铜、镓、硒等元素作为主要材料，通过精确控制材料的组成和厚度，实现高效的光电转换。
2. 薄膜制备：制备CLGS薄膜的方法有多种，如电沉积、真空蒸镀、化学气相沉积等。
选择合适的制备方法，保证薄膜的均匀性、致密性和稳定性是关键。
3. 表面处理：为了提高光的吸收效率和降低反射损失，需要对薄膜表面进行特殊处理，如纳米纹理化、化学蚀刻等。
4. 集成技术：将制备好的薄膜太阳能电池集成到各种应用场景中，需要考虑到其耐久性、稳定性以及与各种材料的兼容性。
四、技术优势与挑战
CLGS薄膜太阳能电池具有较高的光电转换效率、低制造成本、易于
大规模生产等优势。
然而，其技术挑战也不容忽视，如提高光电转换效率、解决材料短缺问题、降低生产成本等。
五、未来展望
随着科技的进步和研究的深入，我们相信CLGS薄膜太阳能电池的技术会不断优化，其应用领域也将越来越广泛。
未来，CLGS薄膜太阳能电池有望成为光伏产业的主流技术之一，为可再生能源的发展和全球能源结构的转型做出重要贡献。
薄膜太阳能工作原理
薄膜太阳能工作原理
薄膜太阳能是一种利用光电效应将太阳光转化为电能的技术。
其工作原理如下：
1. 光吸收：薄膜太阳能电池通常由多层薄膜组成，其中包括吸收光线的材料层。
当阳光照射到太阳能电池上时，光子被吸收并转化为能量。
2. 光电效应：材料层中的光子被电子吸收后，会激发材料中的电子跃迁到一个高能级。
这个过程称为光电效应。
3. 能级分离：在光电效应之后，电子会在材料中形成能级分离。
电子在高能级会形成富电子区域，而低能级会形成带正电荷的空穴区域。
4. 电子漂移：由于电子和空穴的带电状态，它们会受到电场力的作用而进行漂移。
电子和空穴通过导电材料中的导电带传输。
5. 电流输出：当电子和空穴通过导电材料移动时，它们会产生电流。
这个电流可以被电路连接，供给外部设备使用。
薄膜太阳能的工作原理基于光电效应，当光线被吸收后，电子的跃迁和能级分离会导致电子和空穴的运动和漂移，从而产生电流输出。
这种技术可以有效地将太阳能转化为电能，具有广泛的应用前景。
薄膜太阳能电池基础知识整理
非晶硅薄膜太阳能电池基础知识一、优点：1.光谱特性好（弱光性好、光谱吸收范围宽）2.温度特性好（温度上升时电池效率下降很小）3.成本能耗低（硅用量少:2um、生产温度底：200度）4.生产效率高（连续，大面积，自动化生产）5.使用方便（重量轻,厚度薄.可弯曲,易携带）6.无毒无污染、美观大方缺点：二、非晶硅薄膜太阳能电池的四个效应：1.光电效应2.光致衰退效应（薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,简称为S-W效应）3.边缘效应（边缘效率比中心效率低）4.面积效应（面积越大，效率越低）三、结构1.一般结构2.非晶\微晶硅叠层结构衬底：玻璃、不锈钢、特种塑料TOC ：透明导电氧化膜（要求：透光性>80%、表面绒面度12~15% 面电阻R 9~13 Ω ）四、原理非晶硅太阳电池的工作原理是基于半导体的光伏效应。
当太阳光照射到电池上时，电池吸收光层（i 层）能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场Vb 的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P 边，电子漂移到N 边，形成光生电动势VL, VL 与内建电势Vb 相反，当VL = Vb 时，达到平衡; IL = 0, VL 达到最大值，称之为开路电压Voc ; 当外电路接通时，则形成最大光电流，称之为短路电流Isc ，此时VL= 0;当外电路加入负载时，则维持某一光电压VL 和光电流IL 。
其I--V 特性曲线见图3SiO2(20~40nm)TCO(700~1000nm) a-si(~300nm) SiO2(100nm) μc-Si (~1.7μm ) AZO (~100nm) Ag (130~200nm)五、非晶硅薄膜太阳能电池制备图5是非晶硅太阳能电池制备方法示意图，把硅烷(SiH4)等原料气体导入真空度保持在10—1000Pa的反应室中，由于射频(RF)电场的作用,产生辉光放电，原料气体被分解，在玻璃或者不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜材料。
非晶硅薄膜太阳能电池基础知识
顾客导向、科技领航、全面管理、精益求精
顾客导向、科技领航、全面管理、精益求精
非晶硅太阳能电池的基本特性
2、太阳能电池的电流电压特性
根据PN结整流方程，在一定的 入射光下，通过外接负载的电流是：
I=IF-IL=IS[EXP(qV/kT)-1]-IL
输出电流随着负载的增大而减 小，输出电压随着外接负载的增大 而增大。
顾客导向、科技领航、全面管理、精益求精
非晶硅太阳能电池的基本特性
4、环境影响因素
1）辐照度 • 辐照度越大，电流越大。当辐照度大于500W/ｍ2，辐照度与短路 电流呈良好的线性关系。 • 辐照度越大，电压越大。但电压随辐照度的变化较小，测试标准 AM1.5,光强1000 W/ｍ2 2）温度 • 温度升高，电流增大，电压降低，呈现出功率下降,测试标准温度 25 ℃ • 非晶硅太阳能电池的温度系数一般为 电压温度系数：-0.33%/℃，电流温度系数：0.09%/℃, 输出功 率温度系数：-0.23%/℃ 3）光谱 不同的电池对各波长的光吸收系数不一样.
4）转换效率η 表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能。即： η =（太阳能电池的输出功率/入射的太阳光功率）x100% = (Vm•Im/Pin•S)×100% = Voc•Isc•FF/Pin • S 其中，Pin是入射光的强度，S为太阳能电池的面积。
顾客导向、科技领航、全面管理、精益求精
• 能源危机与环境污染是人类正面临的重大挑战，开发新能源和可再生清洁 能源是21世纪最具决定影响的技术领域之一。据世界能源委员会和国际应 用系统分析研究所预测，全球化石燃料不足100年，而且，由于燃烧化石 燃料的CO2等气体随能耗指数增加，已严重破坏了生态平衡。造成了诸如 温室效应，酸雨等一系列问题。寻求一种可再生，无污染的清洁能源成为 了一项迫切任务。太阳能电池正是在这种形势下发展起来的。
【VIP专享】薄膜太阳能电池基础知识
硅基薄膜太阳能电池基础知识 非晶硅薄膜太阳能电池及制造工艺 内容提纲 一、非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介 二、非晶硅太阳能电池制造工艺 三、非晶硅电池封装工艺 一、非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介 1、电池结构 分为：单结、双结、三结 2、制造技术 三种类型： ①单室，多片玻璃衬底制造技术 该技术主要以美国Chronar、APS、EPV公司为代表 ②多室，双片(或多片)玻璃衬底制造技 该技术主要以日本KANEKA公司为代表 ③卷绕柔性衬底制造技术(衬底：不锈钢、聚酰亚胺) 该技术主要以美国Uni-Solar公司为代表 所谓“单室，多片玻璃衬底制造技术”就是指在一个真空室内，完成P、I、N三层非晶硅的沉积方法。
作为工业生产的设备，重点考虑生产效率问题，因此，工业生产用的“单室，多片玻璃衬底制造技术”的非晶硅沉积，其配置可以由X个真空室组成(X为≥1的正整数)，每个真空室可以放Y个沉积夹具(Y为≥1的正整数)，例如： •1986年哈尔滨哈克公司、1988年深圳宇康公司从美国Chronar公司引进的内联式非晶硅太阳能电池生产线中非晶硅沉积用6个真空室，每个真空室装1个分立夹具，每1个分立夹具装4片基片，即生产线一批次沉积6×1×4=24片基片，每片基片面积305mm×915mm。
•1990年美国APS公司生产线非晶硅沉积用1个真空室，该沉积室可装1个集成夹具，该集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48=48片基片，每片基片面积760mm×1520mm。
•本世纪初我国天津津能公司、泰国曼谷太阳公司(BangKok Solar Corp)、泰国光伏公司(Thai Photovoltaic Ltd)、分别引进美国EPV技术生产线，非晶硅沉积也是1个真空室，真空室可装1个集成夹具，集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48=48片基片，每片基片面积635mm×1250mm。
什么是薄膜太阳能电池？薄膜太阳能电池有什么特点
什么是薄膜太阳能电池？薄膜太阳能电池
有什么特点
什么是薄膜太阳能电池?薄膜太阳能电池是缓解能源危机的新型光伏器件。
薄膜太阳能电池可以使用在价格低廉的陶瓷、石墨、金属片等不同材料当基板来制造，形成可出现电压的薄膜厚度仅需数μm，目前转换效率最高可以达13%。
薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，应用非常广泛。
薄膜太阳能电池有什么特点?目前以商品化的晶体硅太阳能电池的光电转化效率最高，但受材料纯度和制备工艺限制，成本高，很难再提高转化效率或降低成本。
薄膜太阳能电池只需几μm的厚度就能实现光电转换，是降低成本和提高光子循环的理想材料。
1.相同遮蔽面积下功率损失较小(弱光情况下的发电性佳) 2.照度相同下损失的功率较晶圆太阳能电池少 3.有较佳的功率温度系数 4.较佳的光传输 5.较高的累积发电量 6.只需少量的硅原料7.没有内部电路短路问题(联机已经在串联电池制造时内建)8.厚度较晶圆太阳能电池薄。
薄膜太阳能电池的归纳总结
薄膜太阳能电池的归纳总结薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能转换设备，其独特的结构与材料使得其在太阳能领域有着广泛的应用前景。
本文将对薄膜太阳能电池的原理、发展历程、优缺点以及应用领域进行归纳总结。
一、薄膜太阳能电池的原理薄膜太阳能电池是通过几个薄膜层之间的相互作用和能量转换来实现太阳能的转化过程。
它主要由包括透明导电层、n型半导体层、p型半导体层、反射层和背接触层等多个功能层组成。
光线首先穿过透明导电层进入电池，经过吸收层后，光能被转化为电能，并通过导电层输出。
二、薄膜太阳能电池的发展历程薄膜太阳能电池起源于20世纪80年代初，当时主要使用硅薄膜材料。
随着技术的发展，航空航天领域对薄膜太阳能电池的需求促进了其进一步研究与创新。
近年来，薄膜太阳能电池的发展经历了无机材料、有机材料、无机-有机混合材料等多个阶段，并在效率、稳定性和成本方面取得了长足的进步。
三、薄膜太阳能电池的优缺点1. 优点：a. 薄膜太阳能电池相比传统硅晶体太阳能电池更轻薄、柔软，适应于更多的应用场景，如建筑外墙、柔性设备等。
b. 制造过程简单，不需要高温高压的工艺条件，成本较低。
c. 在低光照条件下仍能产生电能，具备良好的低光响应性能。
2. 缺点：a. 效率较传统硅晶体太阳能电池低，尚需要进一步提升。
b. 光电转换过程中存在能量损失，影响系统整体效率。
c. 长期使用中薄膜太阳能电池可能受到环境因素的影响，稳定性有待提升。
四、薄膜太阳能电池的应用领域1. 太阳能建筑集成：薄膜太阳能电池适用于建筑外墙、屋顶、窗户等各种形状的建筑表面，能够与建筑完美融合，实现建筑与能源的高效利用。
2. 移动设备应用：由于薄膜太阳能电池的轻薄柔软特性，使其成为移动设备（如手机、平板电脑、手表等）的理想充电装置，提供便携式、可持续的能源供应。
3. 太阳能汽车：将薄膜太阳能电池应用于汽车车顶、车窗等部位，可实现汽车自身充电，降低能源消耗，为电动汽车提供可持续的动力。
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•刻线要求： 绝缘电阻≥2MΩ 线宽(光斑直经)<100um 线速>500mm/S ⑶清洗 将刻划好的 SnO2 导电玻璃进行自动清洗，确保 SnO2 导电膜的洁净。 ⑷装基片 将清洗洁净的 SnO2 透明导电玻璃装入“沉积夹具” 基片数量：对于美国 Chronar 公司技术，每个沉积夹具装 4 片 305 mm×915 mm×3 mm 的基片，每批次(炉)产出 6×4=24 片 对于美国 EPV 技术，每个沉积夹具装 48 片 635 mm×1245 mm×3 mm 的基片，即每 批次(炉)产出 1×48=48 片 ⑸基片预热 将 SnO2 导电玻璃装入夹具后推入烘炉进行预热。 ⑹a-Si 沉积 基本预热后将其转移入 PECVD 沉积炉，进行 PIN(或 PIN/PIN)沉积。 •根据生产工艺要求控制：沉积炉真空度，沉积温度，各种工作气体流量，沉积压力， 沉积时间，射频电源放电功率等工艺参数，确保非晶硅薄膜沉积质量。 沉积 P、I、N 层的工作气体 P 层：硅烷(SiH4)、硼烷(B2H6)、甲烷(CH4)、高纯氩(Ar)、 高纯氢(H2)I 层：硅烷(SiH4)、高纯氢(H2)N 层：硅烷(SiH4)、磷烷(PH3)、高纯氩(Ar)、高 纯氢(H2) •各种工作气体配比有两种方法：第一种：P 型混合气体，N 型混合气体由国内专业特 种气体厂家配制提供。第二种：PECVD 系统在线根据工艺要求调节各种气体流量配制。 ⑺冷却 a- Si 完成沉积后，将基片装载夹具取出，放入冷却室慢速降温。 ⑻绿激光刻划 a-Si 膜 根据生产预定的线宽以及与 SnO2 切割线的线间距，用绿激光(波长 532nm)将 a-Si 膜 刻划穿，目的是让背电极(金属铝)通过与前电极(SnO2 导电膜)相联接，实现整板由若干个 单体电池内部串联而成。 激光刻划时 a-Si 膜朝下刻划要求： 线宽(光斑直经)<100um 与 SnO2 刻划线的线距<100um 直线度线速>500mm/S ⑼镀铝 镀铝的目的是形成电池的背电极，它既是各单体电池的负极，又是各子电池串联的导 电通道，它还能反射透过 a-Si 膜层的部分光线，以增加太阳能电池对光的吸收。 •镀铝有 2 种方法：一是蒸发镀铝：工艺简单，设备投入小，运行成本低，但膜层均匀 性差，牢固度不好，掩膜效果难保证，操作多耗人工，仅适用小面积镀铝。二是磁控溅射 镀铝：膜层均匀性好，牢固，质量保证，适应小面积镀铝，更适应大面积镀铝，但设备投 资大，运行成本稍高。 •每节电池铝膜分隔有 2 种方法：一是掩膜法：仅适用于小面积蒸发镀铝二是绿激光刻 划法：既适用于磁控溅射镀铝，也适用于蒸发镀铝。 ⑽绿激光刻铝 (掩膜蒸发镀铝，没有该工序)对于蒸发镀铝，以及磁控镀铝要根据预定的线宽以及与 a-Si 切割线的线间距，用绿激光(波长 532nm)将铝膜刻划成相互独立的部分，目的是将整
第九讲薄膜太阳能电池【实用资料】
CIGS的晶体结构
CuInSe2黄铜矿晶格结构
直接带隙半导体，其光吸收系数高 达105量级 禁带宽度在室温时是1.04eV，电子 迁移率和空穴迁移率分 3.2X102(cm2/V·s)和
1X10(cm2/V·s) 通过掺入适量的Ga以替代部分In， 形成CulnSe2和CuGaSe2的固熔晶 体
8%，2008年更提高到19. 考虑太阳能为绿色的能源和环境驱动因素,发展前景将会十分广阔。
ＣＩＧＳ 薄膜太阳 能电池发 展的历程
太阳能电池的分类
按
硅基太阳能电池 主要:GaAs CdS CIGS
制备多元化合物薄膜 Nhomakorabea材
太阳能电池
料 的 不
有机聚合物太阳 能电池
目前,综合性能最好 的薄膜太阳能电池
同
纳米晶太阳能电池
• CIGS电池的实质：窗口-吸收体结构的异质p-n结 太阳能电池
N区
ZnO (n) (3.2eV)
CdS (n) (2.4eV)
CIGS(弱p) (1.0~1.7eV)
光
内建电场
光生电流（电压）
CIGS能带的失调值对电池的影 响
l 电子亲合能不同,产生导带底失调值 △Ec和价带失调值△Ev
l 禁带宽度可调: △Ec>0或<0
Ga的掺入会改变晶体的晶格常数， 改变了原子之间的作用力,最终实现 了材料禁带宽度的改变，在1.04一 1.7eV范围内可以根据设计调整， 以达到最高的转化效率
自室温至810℃保持稳定相,使制膜 工艺简单, 可操作性强.
富CCu薄I膜G始S终是的p型电，而学富In薄性膜则质既可及能 主要缺陷
为p型，也可能为n型。n型材料在较高Se蒸 气压下退火变为p型传导;相反，p型材料在较 低Se蒸气压下退火则变为n型
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非晶硅薄膜太阳能电池基础知识
一、优点：
1.光谱特性好（弱光性好、光谱吸收范围宽）
2.温度特性好（温度上升时电池效率下降很小）
3.成本能耗低（硅用量少:2um、生产温度底：200度）
4.生产效率高（连续，大面积，自动化生产）
5.使用方便（重量轻,厚度薄.可弯曲,易携带）
6.无毒无污染、美观大方
缺点：
二、非晶硅薄膜太阳能电池的四个效应：
1.光电效应
2.光致衰退效应（薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而
使薄膜的使用性能下降,简称为S-W效应）
3.边缘效应（边缘效率比中心效率低）
4.面积效应（面积越大，效率越低）
三、结构
1.一般结构
2.非晶\微晶硅叠层结构
衬底：玻璃、不锈钢、特种塑料
TOC ：透明导电氧化膜（要求：透光性>80%、表面绒面度12~15% 面电阻R 9~13 Ω ）
四、原理
非晶硅太阳电池的工作原理是基于半导体的光伏效应。
当太阳光照射到电池上时，电池吸收光层（i 层）能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场Vb 的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P 边，电子漂移到N 边，形成光生电动势VL, VL 与内建电势Vb 相反，当VL = Vb 时，达到平衡; IL = 0, VL 达到最大值，称之为开路电压Voc ; 当外电路接通时，则形成最大光电流，称之为短路电流Isc ，此时VL= 0;当外电路加入负载时，则维持某一光电压VL 和光电流IL 。
其I--V 特性曲线见图
3
SiO2(20~40nm)
TCO(700~1000nm) a-si(~300nm) SiO2(100nm) μc-Si (~1.7μm ) AZO (~100nm) Ag (130~200nm)
五、非晶硅薄膜太阳能电池制备
图5是非晶硅太阳能电池制备方法示意图，把硅烷(SiH4)等原料气体导入真空度保持在10—1000Pa的反应室中，由于射频(RF)电场的作用,产生辉光放电，原料气体被分解，在玻璃或者不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜材料。
此时如果原料气体中混入硅烷(B2H6)即能生成P型非晶硅,混入磷烷(PH3)即能生成N型非晶硅。
仅仅用变换原料气体的方法就可生成pin结，做成电池。
为了得到重复性好、性能良好的太阳电池，避免反应室内壁和电极上残存的杂质掺入到电池中，一般都利用隔离的连续等离子反应制造装置，即p,i,n各层分别在专用的反应室内沉积。
六、太阳能电池分类（按材料分）
1.硅太阳能电池、
（1）单晶硅
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%。
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做为单晶硅太阳能电池的替代产品。
（2）多晶硅薄膜
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%。
因此，多晶
硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。
（3）非晶硅薄膜
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
硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
（4）非晶\微晶硅叠层薄膜
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。
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。
砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适合于制造高效单结电池。
但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。
铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。
具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。
唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。
3.聚合物多层修饰电极型太阳能电池、
以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。
由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。
但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。
能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。
4.纳米晶太阳能电池、
纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。
其光电效率稳定在10％以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10．寿命能达到2O年以上。
但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。
5.有机太阳能电池
有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。
大家对有机太阳能电池不熟悉，这是情理中的事。
如今量产的太阳能电池里，95％以上是硅基的，而剩下的不到5％也是由其它无机材料制成的。
七、薄膜太阳电池的重要参数。
1.Pm：在标准环境下的输出功率，等于Vm*Im
2.Voc：为电池片在不带任何负载下的电压
3.Isc：为电池片正负极短路条件的电流
4.Vm：为最大输出功率时对应的电压
5.Im：为最大输出功率时对应的电流
6.FF：为Pm/(Voc*Isc)
7.Rs：表征电池内部的串联电阻
8.Rsh：表征电池元之间的并联电阻
八、标准环境
1.光强：光功率密度为1000W/m2
2.光谱特征：AM1.5
3.环境温度：25℃
九、有关计算
1.组件效率Eff计算
Eff =Pm/（1000W/m2×组件面积)
例如公司电池片输出功率为480W，面积为5.7m2 ，
则效率η=480/(1000*5.7)=8.42%
十、常用单位
微米1um＝10-6 m（米）
纳米1nm＝10-9 m（米）
埃米1Å ＝10-10 m（米）
赫兹1Hz＝1/T （T为周期，T的单位为秒）
兆瓦1MW=1000KW=106W
真空单位
1Torr=1000mtorr=133Pa
1bar＝1000mbar≈1atm=1.03*105 Pa 1mtorr=0.133Pa
1hpa=100Pa=1mbar。