非晶硅太阳能电池
非晶硅太阳电池
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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

非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池是一种薄膜太阳能电池,也被称为非晶硅薄膜电池。
其特点是能够将光能转化为电能,具有较高的光电转换效率和较低的制造成本,因此在太阳能应用领域有着广泛的应用前景。
以下是与非晶硅太阳电池相关的参考内容。
1. "非晶硅太阳电池的制备与性能研究进展"(《光学学报》)这篇论文系统地介绍了非晶硅太阳电池的制备方法、性能研究以及光电转换效率的提高等方面的研究进展。
从材料选择到薄膜制备、器件结构设计和性能测试等方面进行了深入的探讨,对于非晶硅太阳电池的研究提供了很多有价值的信息。
2. "非晶硅薄膜太阳电池的工艺研究及性能提升"(《半导体学报》)这篇论文主要研究了非晶硅薄膜太阳电池的工艺方法,包括制备工艺和后处理工艺等方面。
通过对各种工艺参数的优化调整,实现了非晶硅太阳电池性能的显著提升。
研究结果表明,合理的工艺设计和优化对于改善非晶硅太阳电池性能具有重要意义。
3. "纳米结构在非晶硅太阳电池中的应用"(《材料导报》)这篇综述性文章讨论了纳米结构在非晶硅太阳电池中的应用。
通过引入纳米结构材料,如纳米线、纳米颗粒等,可以增强光吸收和光电转换效率,提高非晶硅太阳电池的性能,并且可以通过合理设计纳米结构的形状和尺寸来调控电子传输行为,进一步提高光电转换效率。
4. "非晶硅太阳电池的商业化应用前景"(《太阳能材料与太阳能电池》)这篇综述性文章讨论了非晶硅太阳电池的商业化应用前景。
随着清洁能源的需求增加,非晶硅太阳电池作为一种低成本、高效率的太阳能电池,具有广泛应用的潜力。
在文章中,介绍了非晶硅太阳电池在建筑领域、电动汽车领域和户外设备领域的应用案例,并讨论了相关市场发展和商业化应用的前景。
5. "非晶硅太阳电池的发展趋势及挑战"(《太阳能学报》)这篇综述性文章回顾了非晶硅太阳电池的发展历程,并展望了未来的发展趋势和面临的挑战。
非晶硅薄膜太阳能电池应用分析
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非晶硅薄膜太阳能电池应用分析1. 简介非晶硅薄膜太阳能电池是一种主要由非晶硅薄膜材料制成的光伏电池。
本章将介绍非晶硅薄膜太阳能电池的基本原理和优点,以及其在太阳能行业中的前景和应用。
2. 非晶硅薄膜太阳能电池的技术原理本章将详细介绍非晶硅薄膜太阳能电池的技术原理,包括其制备、结构、物理特性等方面的内容。
同时,还将重点探讨非晶硅薄膜太阳能电池的能量转换效率、光电性能、光损失等方面的问题。
3. 非晶硅薄膜太阳能电池的应用现状本章将介绍非晶硅薄膜太阳能电池在各个领域的应用情况,包括建筑、汽车、移动电源、航空航天等方面。
同时,还将分析非晶硅薄膜太阳能电池在实际应用中面临的挑战和前景。
4. 非晶硅薄膜太阳能电池的未来发展方向本章将分析非晶硅薄膜太阳能电池的未来发展趋势和方向。
主要从材料、工艺、结构和技术方面探讨非晶硅薄膜太阳能电池的改进和提高能量转换效率等方面的发展。
5. 结论本文对非晶硅薄膜太阳能电池的技术原理、应用现状和未来展望进行了比较全面的介绍和分析。
结合当前的环境和产业背景,本文认为非晶硅薄膜太阳能电池具有广阔的市场前景,并有望在未来成为太阳能电池领域的主流产品之一。
第一章:简介随着全球能源需求的不断增长和对可再生能源的需求越来越强烈,太阳能电池作为最具代表性的新能源技术之一,正变得越来越受到人们的关注。
非晶硅薄膜太阳能电池(Amorphous Silicon Thin Film Solar Cell,简称a-Si电池)是目前人们对太阳能电池的一种有效研究和开发方向之一。
相较于传统的多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池,a-Si电池具有材料和制造成本低、可扩展性高、透明性好等特点。
本章将介绍非晶硅薄膜太阳能电池的基本原理和优点,以及其在太阳能行业中的前景和应用。
1.1 非晶硅薄膜太阳能电池的基本原理多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池的构造非常相似,主要由n型硅和p型硅两种材料组成。
在阳光的照射下,太阳能会被电池中的半导体材料吸收,产生电子与空穴。
单晶硅,多晶硅及非晶硅太阳能电池的区别
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单晶硅,多晶硅及非晶硅太阳能电池的区别太阳电池最早问世的是单晶硅太阳电池。
硅是地球上极丰富的一种元素,几乎遍地都有硅的存在,可说是取之不尽,用硅来制造太阳电池,原料可谓不缺。
但是提炼它却不容易,所以人们在生产单晶硅太阳电池的同时,又研究了多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池,至今商业规模生产的太阳电池,还没有跳出硅的系列。
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,以下介绍几种较常见的太阳电池。
单晶硅太阳电池单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池,它的构成和生产工艺已定型,产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。
这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料,纯度要求99.999%。
为了降低生产成本,现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒,材料性能指标有所放宽。
有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料,经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。
将单晶硅棒切成片,一般片厚约0.3毫米。
硅片经过成形、抛磨、清洗等工序,制成待加工的原料硅片。
加工太阳电池片,首先要在硅片上掺杂和扩散,一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。
扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。
这样就在硅片上形成P/FONT>N结。
然后采用丝网印刷法,将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源,以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉,至此,单晶硅太阳电池的单体片就制成了。
单体片经过抽查检验,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,最后用框架和封装材料进行封装。
用户根据系统设计,可将太阳电池组件组成各种大小不同的太阳电池方阵,亦称太阳电池阵列。
目前单晶硅太阳电池的光电转换效率为15%左右,实验室成果也有20%以上的。
非晶硅太阳电池的原理
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非晶硅太阳电池的原理2010-11-1314:54目录一、非晶硅薄膜太阳电池基础知识简介二、非晶硅薄膜太阳电池生产线及制造流程简介三、国产提供的非晶硅薄膜太阳电池生产线介绍一、非晶硅薄膜太阳电池基础知识简介1976年美国RCA实验室的D.E.Conlson和C.R.Wronski在Spear形成和控制p-n结工作的基础上利用光生伏特(PV)效应制成世界上第一个a-Si太阳能电池,揭开了a-Si在光电子器件或PV组件中应用的幄幕。
目前a-Si多结太阳能电池的最高光电转换效率己达15%。
图1为一般单结的非晶硅太阳能电池结构图,图2为非晶硅太阳能电池图1非晶硅太阳能电池结构图图2非晶硅柔性太阳能电池第一层,为普通玻璃,是电池载体。
第二层为绒面的TCO。
所谓TCO就是透明导电膜,一方面光从它穿过被电池吸收,所以要求它的透过率高;另一方面作为电池的一个电极,所以要求它导电。
TCO制备成绒面起到减少反射光的作用。
太阳能电池就是以这两层为衬底生长的。
太阳能电池的第一层为P层,即窗口层。
下面是i层,即太阳能电池的本征层,光生载流子主要在这一层产生。
再下面为n 层,起到连接i和背电极的作用。
最后是背电极和Al/Ag电极。
目前制备背电极通常采用掺铝ZnO(A1),或简称AZO。
由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特点,a-Si的p-n结是不稳定的,而且光照时光电导不明显,几乎没有有效的电荷收集。
所以,a-Si太阳能电池基本结构不是p-n 结而是p-i-n结。
掺硼形成P区,掺磷形成n区,i为非杂质或轻掺杂的本征层(因为非掺杂的a-Si是弱n型)。
重掺杂的p、n区在电池内部形成内建势,以收集电荷。
同时两者可与导电电极形成欧姆接触,为外部提供电功率。
i区是光敏区,光电导/暗电导比在105~106,此区中光生电子、空穴是光伏电力的源泉。
非晶体硅结构的长程无序破坏了晶体硅电子跃迁的动量守恒选择定则,相当于使之从间接带隙材料变成了直接带隙材料。
非晶硅及薄膜太阳能电池技术的发展与应用
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非晶硅及薄膜太阳能电池技术的发展与应用随着环保意识的不断提高和能源危机的日益加剧,太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源,逐渐成为了世界各国节能减排和发展可再生能源的重要选择。
而在众多太阳能电池技术中,非晶硅和薄膜太阳能电池技术因其高效、轻薄、柔性等优点,受到了越来越多的关注。
本文将探讨非晶硅及薄膜太阳能电池技术的发展历程、特点以及应用前景。
一、非晶硅太阳能电池技术的起源和发展非晶硅太阳能电池是一种利用非结晶硅(a-Si)薄膜作为光电转化层制成的新型太阳能电池。
20世纪70年代初期,斯坦福大学的英国物理学家David Adler和John W. Coburn等人,在研究等离子体物理学时,偶尔发现了a-Si材料的非晶性质和光电特性,进而发展出了非晶硅太阳能电池。
相较于传统的晶硅太阳能电池,非晶硅太阳能电池具有以下几个突出优点:1.高效:非晶硅太阳能电池的光电转换效率高,可以达到10%以上。
2.轻薄:由于非晶硅材料具有较小的晶粒大小和结构不规则,因此可以制备出非常薄的电池层,使得整个太阳能电池组件变得轻薄、灵活,便于安装和使用。
3.低成本:非晶硅太阳能电池具有制备工艺简单、原材料价格低廉的特点,因此制造成本相对于晶硅太阳能电池较低。
4.半透明:非晶硅太阳能电池可制成半透明的电池层,可以用于建筑物的幕墙、采光、遮阳等场合。
二、薄膜太阳能电池技术的发展历程和优势薄膜太阳能电池技术是指将各种材料的薄膜制成太阳能电池的光电转化层,其中包括非晶硅、铜铟镓硫(CIGS)、铜铟镓铝硫(CIGAS)等多种材料。
相比非晶硅太阳能电池,薄膜太阳能电池材料的选择更加广泛,也因此有更大的发展前景。
早在20世纪50年代,人们就开始了对于薄膜太阳能电池的研究。
当时使用的材料主要是半导体材料,但是效率较低,仅能达到不到1%。
1983年,美国联邦航空局研制出了铜铟镓硫(CIGS)薄膜太阳能电池,并在1991年实现了15.9%的能量转化效率,创造出了当时太阳能电池记录,这一技术因其高效、柔性等特点,受到了世界各国的瞩目。
非晶硅薄膜太阳能电池概要课件
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定义与特性
定义
非晶硅薄膜太阳能电池是一种利 用非晶硅材料制成的太阳能电池 。
特性
具有轻便、柔韧、可折叠等优点 ,同时制造成本较低,适合大规 模生产。
工作原理
01பைடு நூலகம்
02
03
光吸收
非晶硅薄膜能够吸收太阳 光并将其转换为电能。
电极
通过电极将产生的电流导 出,实现电能的有效利用 。
染料敏化太阳能电池
非晶硅薄膜太阳能电池与染料敏化太 阳能电池相比,具有更高的光电转换 效率和更长的使用寿命,但制造成本 较高。
03
非晶硅薄膜太阳能 电池的制造工艺
硅烷气体选择
硅烷气体是制造非晶硅薄膜太阳能电池的关键原料之一,其纯度对电池的性能和稳 定性有着至关重要的影响。
选择高纯度的硅烷气体可以减少杂质和缺陷,提高非晶硅薄膜的质量和光电性能。
非晶硅薄膜太阳能电 池概要课件
目录
CONTENTS
• 非晶硅薄膜太阳能电池简介 • 非晶硅薄膜太阳能电池的优势与
局限 • 非晶硅薄膜太阳能电池的制造工
艺 • 非晶硅薄膜太阳能电池的应用与
前景
目录
CONTENTS
• 非晶硅薄膜太阳能电池的挑战与 解决方案
• 非晶硅薄膜太阳能电池的实际案 例分析
01
反应温度与压强控制
制造非晶硅薄膜太阳能电池需要在一定 的温度和压强条件下进行。
温度和压强对非晶硅薄膜的结构、性能 和光电性能有着直接的影响。通过精确 控制温度和压强,可以优化非晶硅薄膜 的结构,提高其光电转换效率和稳定性
。
通常需要在较低的温度和压强条件下进 行非晶硅薄膜的合成,以减少缺陷和杂
质,提高其质量。
非晶硅太阳能电池
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1、电池结构
下图是两种非晶硅内部结构示意图:
2、制作步骤
清洗 裁块 PECVD 刻铝 镀铝 刻a-Si膜 测试
⑴ 清洗 将标准透明导电玻璃板和玻璃背板放入 专用清洗机进行清洗,清洗液用电阻率 10MΩ以上的去离子纯水
⑵ 裁块
根据实际需要,用专用激光刻线机对透 明导电玻璃板进行激光刻线(用1064nm的 红外激光)
⑸ 镀铝 做电池的背电极,以增大太阳能电池对 光的吸收
制作方法:掩膜蒸发镀铝
⑹ 刻铝 根据预定的线宽以及与SnO2切割线的线 间距,用波长为532nm绿激光将a-Si刻穿, 目的是让背电极通过,并与前电极相连接, 从而使最初切割而成的若干电池串联
⑺ 测试 在经过上面六道主要工序过后,非晶硅 电池板已形成,需要进行测试,以获得电 池板各性能参数,通过对参数的分析,来 判定工序的质量,以便提高电池质量
主要用于光伏发电站;
3、封装
由于不同的太阳能电池对于封装要求不 同,根据适用范围,大致可以分为以下4个 方面: ⅰ:电池/PVC膜(封装结构) 适用于一般太阳能应用产品,如应 急灯、要求不高的小型用电户电源;
ⅱ:电池/EVA/PET(TPT) 适用于一般户用发电; ⅲ:电池/EVA/普通玻璃 可用于发电系统; ⅳ:钢化玻璃/EVA/电池/EVA/普通玻 璃二、非晶硅太阳能电池
基本原理
一、太阳能电池的基本原理
什么叫太阳能电池?
太阳能电池是光能转换为电能的器件。 太阳光照在半导体p-n结上,产生新的 电子-空穴对,在p-n结电场的作用下,空 穴由p区流向n区,电子由n区流向p区的过 程
基本原理
为了将整板分为若干块,作为若干个单 体电池的电极
非晶硅太阳电池的光致衰减效应
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非晶硅太阳电池的光致衰减效应非晶硅太阳电池是一种新型的太阳能电池,它具有高效率、低成本、易制备等优点,因此备受关注。
然而,非晶硅太阳电池在使用过程中会出现光致衰减效应,这对其性能和寿命产生了一定的影响。
本文将从光致衰减效应的原理、影响因素和解决方法三个方面进行探讨。
一、光致衰减效应的原理光致衰减效应是指在太阳电池中,光照射会使得电池的电流输出下降,这种现象被称为光致衰减效应。
其原理是在光照射下,非晶硅太阳电池中的电子会被激发,从而跃迁到导带中,形成电流输出。
然而,随着时间的推移,电子会逐渐被捕获,形成缺陷态,从而导致电流输出下降,这就是光致衰减效应的原理。
二、影响因素光致衰减效应的发生受到多种因素的影响,主要包括以下几个方面:1.光照强度:光照强度越大,光致衰减效应越明显。
2.温度:温度越高,光致衰减效应越明显。
3.电压:电压越高,光致衰减效应越明显。
4.时间:时间越长,光致衰减效应越明显。
5.材料:不同的材料对光致衰减效应的影响不同。
三、解决方法为了减轻光致衰减效应对非晶硅太阳电池性能和寿命的影响,可以采取以下措施:1.降低光照强度:通过降低光照强度来减轻光致衰减效应的影响。
2.降低温度:通过降低温度来减轻光致衰减效应的影响。
3.降低电压:通过降低电压来减轻光致衰减效应的影响。
4.优化材料:通过优化材料的制备工艺和材料组成来减轻光致衰减效应的影响。
5.采用多层结构:通过采用多层结构来减轻光致衰减效应的影响。
光致衰减效应是非晶硅太阳电池中不可避免的现象,但可以通过降低光照强度、降低温度、降低电压、优化材料和采用多层结构等措施来减轻其影响,从而提高非晶硅太阳电池的性能和寿命。
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。
非晶硅太阳能电池转换效率
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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。
非晶硅薄膜太阳能电池的优点
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非晶硅薄膜太阳能电池的优点:2009-01-13 20:29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:中国电子报:薄膜技术日趋成熟非晶硅电池主导市场来源:中国电子报发稿时间: 2009-02-10 15:52薄膜电池技术具有提供最低的每瓦组件成本的优势,将有望成为第一个达到电网等价点的太阳能技术。
由于原材料短缺,在单晶硅和多晶硅太阳能电池的发展速度受到限制的情况下,新型薄膜太阳能电池发展尤为迅速。
有资料显示,美国薄膜电池的产量已经超过了多晶硅和单晶硅电池的产量。
薄膜技术会越来越成熟,在未来的市场份额中将大比例提升。
据行业分析公司NanoMarkets预测,薄膜太阳能电池2015年的发电量将达到26GW,销售额将超过200亿美元,太阳能电池发电量的一半以上将来自薄膜太阳能电池。
预计在未来薄膜电池市场中非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)三种电池将分别占到薄膜光伏市场的60%、20%和20%。
非晶硅薄膜太阳能电池的优点
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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:。
非晶硅太阳能电池
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+E
+E
RW
IB
D
IB
(a)
(b)
图2.4.11 用可变电阻RW、二极管D产生所需的附加电压
2) 作电压源使用
硅光电池的开路(负载电阻RL趋于无限大时) 电压与照度的关系是非线性的,因此,作为测量 元件使用时,一般不宜当作电压源使用。而且硅 光电池的开路电压最大也只有0.6V左右,因此如 果希望得到大的电压输出,不如采用光电二极管 和光电三极管,因为它们在外加反向电压下工作, 可得到几伏甚至十几伏的电压输出。但如果照 度跳跃式变化,如从零跳变至某值,对电压的线 性关系无要求,光电池可有0.5V左右(开路电压) 的电压变化,亦可适合于开关电路或继电器工作 状态。
表2.4.1 几种硅光电池的性能参数
3.电路分析和计算
1) 作电流源使用
光电池短路电流与照度有较好的线性关系,作为测量 元件使用时,常当作电流源使用。光电池的受光面积,一般 要比光电二极管和光电三极管大得多,因此它的光电流比 后两者大,受光面积越大光电流也越大,适于需要输出大电 流的场合。
前面图2.4.8已给出了硅光电池的输出伏安特性曲线。 由图可见,对于0.5kΩ的负载线,照度每变化100lx时,相应 的负载线上的线段基本上相等,输出电流和电压随照度变 化有较好的线性。而对于3kΩ的负载线,照度每变化100lx 时,相应的负载线上的线段不等,输出电流和电压与照度的 关系就会出现非线性。
4) 温度特性
光电池的温度特性是指开路电压Uoc 和 短 路 电 流 Isc 随 温 度 变 化 的 关 系 。 图 2.4.7为硅光电池在照度为1000lx下的温 度特性曲线。由图可知,开路电压随温度 上升下降很快,但短路电流随温度的变化 较慢。
温度特性影响应用光电池的仪器设备 的温度漂移,以及测量精度或控制精度等 重要指标。当其用作测量器件时,最好能 保持温度恒定或采取温度补偿措施。
单晶硅、多晶硅以及非晶硅太阳能电池的特点
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单晶硅、多晶硅以及非晶硅太阳能电池的特点一、单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是一种高效能的太阳能电池,它可以将太阳能转化为电能。
单晶硅太阳能电池的核心是由一块纯净的单晶硅制成的,晶体结构是一个完整的结构,其中晶体的基础本质是一枝结构,由多个小的晶粒构成一个大的晶体,这种晶体的结构是一个完整的结构,它具有许多不同的特点,下面来详细介绍一下单晶硅太阳能电池的特点。
1、优点(1)单晶硅太阳能电池具有高转换效率。
由于其结构的完整性,使其能够在太阳能的照射下效率更高,这样可以提高太阳能电池的转换效率。
(2)单晶硅太阳能电池具有很高的耐久性。
单晶硅太阳能电池具有比较高的耐久性,且比较稳定,可以长期的使用,具有良好的使用效果。
2、缺点(1)单晶硅太阳能电池价格比较昂贵,且生产工艺复杂,一般价格比较昂贵。
(2)单晶硅太阳能电池偶尔会出现断路,由于它的晶体结构比较完整,在正常状态下,断路是很少发生的,但是由于其它原因仍然有可能出现断路状况。
二、多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池是一种比较常见的太阳能电池,其主要结构是由多个小的晶体组成,这些晶体结构都是由多个小的晶体组成的,这些晶体之间可以按照一定的方式组合在一起,从而形成一个大的晶体结构,因此,多晶硅太阳能电池的特点也就不难理解了,下面详细介绍一下多晶硅太阳能电池的特点。
1、优点(1)多晶硅太阳能电池的可靠性比较高,它的结构与单晶硅相比,更加的安全可靠。
(2)多晶硅太阳能电池可以很好的满足客户的需求,因为它可以根据客户的需求,进行不同尺寸的定制。
2、缺点(1)多晶硅太阳能电池的价格比较贵,多晶硅电池的价格因为它的质量较高而比较昂贵,一般比单晶硅电池价格要高一些。
(2)多晶硅太阳能电池的转换效率也比较低,一般比单晶硅太阳能电池的转换效率要低一些。
三、非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池是一种新型的太阳能电池,它具有一定的优势,并且在太阳能发电领域具有重要的应用价值。
下面详细介绍一下非晶硅太阳能电池的特点。
非晶硅薄膜太阳能电池
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一、引言太阳能光电转换电池主要分为两类,一类是晶体硅电池,包括单晶硅(sc—si)电池、多晶硅(mc—si)电池两种,它们占据约93%的市场份额;另一类是薄膜电池,主要包括非晶体硅(a—Si,使用的是硅,但以不同的形态表现)太阳能电池、铜铟镓硒(cICS)太阳能电池和碲化镉(cdTe)太阳能电池,这类电池占据7%的市场份额。
晶体硅太阳能电池一直是主流产品,其中多晶硅太阳能电池自l998年开始成为世界光伏市场的主角。
但是由于晶体硅太阳能电池所需的高纯多晶硅价格飙升,使得晶体硅电池价格上涨,为非晶硅太阳能电池带来了行业机会。
制造晶体硅类太阳能电池成本高、能耗大、有污染,要解决这些问题,使太阳能行业真正变成最环保的产业,只能大力发展非晶硅太阳能电池。
二、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1.5-2.0eV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.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三、原理非晶硅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。
非晶硅太阳能电池板特性
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1、更低的成本目前,主流的光伏组件产品仍以硅为主要原材料,仅以硅原材料的的消耗计算,生产1兆瓦晶体硅太阳电池,需要10-12吨高纯硅,但是如果消耗同样的硅材料用以生产薄膜非晶硅太阳电池可以产出超过200兆瓦。
从能源消耗的角度看,非晶硅太阳电池仅1-1.5年的能源回收期,更体现了其在制造过程中对节约能源的贡献。
组件成本在光伏系统中的占有很高的比例,组件价格直接影响系统造价,进而影响到光伏发电的成本。
按目前的组件售价计算,同样的资金,购买非晶硅产品,您可以多获得接近30%的组件功率。
2、更多的电力对于同样功率的太阳电池阵列,非晶硅太阳电池比单晶硅、多晶硅电池发电要多约10%。
这已经被美国的Uni-Solar System LLC、Energy Photovoltaic Corp.、日本的Kaneka Corp.、荷兰能源研究所以及其他的光伏界组织和专家证实了。
在阳光充足的月份,也就是说在较高的环境温度下,非晶硅太阳电池组件能表现出更优异的发电性能。
3、更好的弱光响应由于非晶硅材料原子排列无序的特点,它的电子跃迁不再遵守传统的“选择定则”限制,因此,它的光吸收特性与单晶硅材料存在着较大的差别。
非晶硅和单晶硅材料的吸收曲线如图所示• 非晶硅的吸收曲线具有明显的三段(A、B、C)特征。
A区对应电子在定域态间的跃迁,如费米能及附近的隙态向带尾态的跃迁,该区的吸收系数较小,约1-10cm-1,为非本正吸收;B区的吸收系数随光子能量的增加指数上升,它对应于电子从价带边扩展态到导带定域态的跃迁,以及电子从价带尾定域态向导带边扩展态的跃迁,该区的能量范围通常只有半个电子伏特左右,但吸收系数通常跨越两三个数量级,达到104cm-1;C区对应于电子从价带内部到导带内部的跃迁,该区的吸收系数较大,通常在104cm-1以上。
后两个吸收区是非晶硅材料的本征吸收区。
• 从图中可以看到,两条曲线的交点约在1.8ev左右。
值得注意的是,在整个可见光范围内(1.7-3.0ev),非晶硅材料的吸收系数几乎都比单晶硅大一个数量级。
【完整】非晶硅太阳能电池资料PPT
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( 透1明)流导非电晶基膜硅(/本非Sn晶O上硅2)双无结结贡构 献,这限制了非晶硅太阳电池的转换效率提高。
☼ 光的转换效率不高的原因 ☼ 有两种结构:P-I-N 结构和N-I-P 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。
☼ 多晶硅:硅原子以金刚石晶格排列成 许多晶核,晶粒晶面取向不同。
☼ 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。 由于不饱和或悬挂键而出现微孔。氢原子 可以与悬挂键结合。
2、非晶硅与单晶硅、多晶硅的区别及应用 ☼ 物理性能:一般我们熟悉的单晶硅、多晶硅都是晶态半 导体材料,原子或分子具有周期性排列,这种周期性排列被 称为长程有序。而非晶硅在微观结构上完全不同,它们缺乏 构问成题原:子目周前期广性泛的使长用程的有太序阳性能。电如池图材非料晶都硅是的晶网态络硅模,型图: 非晶硅使用在什么方面?
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。
光不能被本征层所吸收,对光生电流基本上无贡献,这限制了非晶硅太阳电池的转换效率提高。 ☼ 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。
硅电池的研究重点,如果突破该技术,则非晶硅太阳能电池在 另外,受到光致衰减的限制,本征层不可能太厚,因此导致能量接近于带隙宽度的那部分光子,在有限的本征层之内并不能被充分地
非晶硅薄膜电池
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非晶硅薄膜电池
非晶硅薄膜电池,也称为非晶硅太阳能电池,是一种光伏
电池技术。
它使用非晶硅(a-Si)材料作为光电转换层,将太阳能转化为电能。
非晶硅材料是由非晶形态的硅原子组成,其晶格结构不规则,而不同于晶体硅的有序结构。
这使得非晶硅具有一些
特殊的电学和光学性质。
非晶硅薄膜电池的制作过程主要包括以下步骤:
1. 材料准备:将特定成分的硅化合物蒸发在基板上,形成
非晶硅薄膜。
2. 电极制备:在薄膜上加上透明导电氧化物电极和背电极。
3. 光学改性:可进行氢化、氟化等处理来改善非晶硅的光
学吸收性能。
4. 封装:将薄膜电池封装于透明保护层中。
非晶硅薄膜电池具有以下优点:
1. 高效率转化:非晶硅薄膜电池可以将太阳能转化为电能,其转换效率较高。
2. 薄膜结构:由于非晶硅材料的特性,非晶硅薄膜电池可
以制作成薄膜结构,更适合柔性电子设备的应用。
3. 成本低:非晶硅材料相对廉价且易于制备,在能源产业
中具有较大潜力。
尽管非晶硅薄膜电池具有一些优点,但也存在一些限制,
如稳定性较差、光电转换效率相对较低等。
在太阳能电池
技术的发展中,其他类型的电池如多晶硅电池、薄膜太阳
能电池等也在不断取得进展。
非晶硅太阳能电池
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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。
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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。