薄膜太阳能电池20页PPT
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《薄膜太阳电池》课件
在光照下，光子被吸收 并传递给电子，电子和 空穴分别向导带和价带 跃迁，形成光生电流。 随后，电子和空穴分别 被传输到金属电极并收 集起来，形成输出电流 。
薄膜太阳电池的结构和 工作流程决定了其能量 转换效率、开路电压和 短路电流等性能参数。
03 薄膜太阳电池的 材料
硅基薄膜太阳电池
总结词
高效稳定，技术成熟
THANKS
感谢观看
随着移动设备的普及和能源需求的增长，移动能源系 统的发展前景广阔。
未来发展前景与挑战
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，薄膜太阳电池的发展前景广阔。
未来，薄膜太阳电池将更加注重提高光电转换效率、降低成本、优化组件制造工艺等方面的 发展。
同时，薄膜太阳电池也面临着市场竞争力、政策支持、并网技术等方面的挑战，需要不断加 强技术创新和市场推广。
在薄膜太阳电池中，光子首先被 吸收并传递给电子，电子从价带
跃迁到导带，形成光生电流。
光电效应是薄膜太阳电池的基本 工作原理之一，它决定了电池的
能量转换效率。
光伏效应
光伏效应是指光生电压或电流的现象 ，即当光照射在半导体材料上时，半 导体的导电性能发生变化，产生电压 或电流。
光伏效应是薄膜太阳电池的基本工作 原理之一，它决定了电池的开路电压 。
真空沉积技术包括真空蒸镀、 电子束蒸镀和离子束溅射等。
真空沉积技术具有较高的沉积 速率和较好的大面积成膜质量 ，适用于制备高性能的薄膜太 阳电池。
化学气相沉积技术
化学气相沉积技术是通过化学反应将气态物质转化为固态薄膜的一种技术。
化学气相沉积技术包括常压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和金属有机 化学气相沉积等。
《薄膜太阳电池》PPT课件
非晶硅薄膜太阳能电池PPT课件
• 有机薄膜太阳能电池
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• 其他
第2页/共23页
薄膜太阳能电池用导电银胶银浆（一）
• 太阳能电池导电银胶导电银浆型号及用途
• UNINWELL国际作为世界高端光电胶粘剂的领导品牌，公司以“您身边的 高端光电粘结防护专家”为服务宗旨。公司开发的导电银胶、导电银浆、 红胶、底部填充胶、TUFFY胶、LCM密封胶、UV胶、各向异性导电胶、 太阳能电池导电浆料等九大系列光电胶粘剂具有最高的产品性价比，公司 在全球拥有近百家世界五百强客户。最近，UNINWELL国际与上海常祥实 业强强联合，共同开发中国高端光电胶粘剂市场。 UNINWELL国际是全 球贴片胶产品线最齐全的生产企业，其产品性能优异,剪切力强,流变性也很 好,并且吸潮性低，适用于LED、大功率LED、LED数码管、LCD、TR、IC、 COB、PCBA、EL冷光片、显示屏、晶振、石英谐振器、晶体管、太阳能 电池、光伏电池、蜂鸣器、陶瓷电容等各种电子元件和组件的封装以及粘 结等。电子元器件、集成电路、电子组件、电路板组装、液晶模组、触摸 屏、显示器件、照明、通讯、汽车电子、智能卡、射频识别、电子标签、 太阳能电池等领域。
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• 低成本
• 单结晶硅太阳电池的厚度。
• 主要原材料是生产高纯多晶硅过程中使用的硅烷，这种气体，化学 工业可大量供应，且十分便宜，制造一瓦非晶硅太阳能电池的原材 料本约（效率高于6%）
• 且晶体硅太阳电池的基本厚度为240-270um，相差200多倍，大规模
生产需极大量的半导体级，仅硅片的成本就占整个太阳电池成本的
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非晶硅太阳能电池存在的问题
薄膜太阳能电池知识培训课件(PPT38页)
P层采用Si C异质结 ，Si C异质结的禁带 宽度很大，通过窗口作用提高透光率，使 到达I层的可用光子增多，同时提高了开路 电压 。
太阳能电池参数
I = Is[exp(qV/kT)-1]-IL • 开路情况：I=0 得 （与内建电场对应）
Voc
kT q
ln( IL Is
1)
• 短路情况：短路电流等于光生电流 ISC=IL
原子能带
原子能级
允带
禁带 允带
禁带
晶体能带的形成
允带
费米能级
• 假设把体系内所有电子按能量由低到高逐个占据能 带中各个能级，则最后一个电子占据的那个能级即 为费米能级。
• 物理意义：电子占据的概率为1/2的能级称为费米能 级。只要知道了它的数值，在一定温度下，电子在 各量子态上的统计分布就完全确定了。
• 绝缘体材料的导带是空的，没有自由 电子，而且禁带的宽度很宽，价带的 电子不可能穿过禁带跃迁到导带上， 导带中始终没有自由电子，条件下，价带的电子可以跃迁 到导带上，在价带中留下空穴，电子 和空穴同时导电。
• 因此，半导体材料的禁带宽度是一个 决定电学和光学性能的重要参数。
薄膜太阳能电池分类
砷化镓薄膜太阳电池
在化合物半导体中，研究最多的是III-V族 的GaAs太阳能电池。由于其带隙比Si大 ，具有与太阳光光谱相当一致的光谱特 性，因而从光谱响应角度来说，更适合 做太阳能电池，目前，在所有太阳能电 池中，GaAs太阳能电池的转换效率最高 。
砷化镓薄膜太阳电池
在制备GaAs太阳电池时，一 般在N型GaAs衬底上首先生长 0.5um左右的N型GaAs缓冲层 ，再生长N型AlGaAs作为背电 场，在此基础上生长N型GaAs 作为基底层，然后生长0.5um 左右的P型GaAs作为发射层， 再利用一层P型AlGaAs薄膜作 为窗口层，便组成了单结 GaAs薄膜太阳电池。
太阳能电池参数
I = Is[exp(qV/kT)-1]-IL • 开路情况：I=0 得 （与内建电场对应）
Voc
kT q
ln( IL Is
1)
• 短路情况：短路电流等于光生电流 ISC=IL
原子能带
原子能级
允带
禁带 允带
禁带
晶体能带的形成
允带
费米能级
• 假设把体系内所有电子按能量由低到高逐个占据能 带中各个能级，则最后一个电子占据的那个能级即 为费米能级。
• 物理意义：电子占据的概率为1/2的能级称为费米能 级。只要知道了它的数值，在一定温度下，电子在 各量子态上的统计分布就完全确定了。
• 绝缘体材料的导带是空的，没有自由 电子，而且禁带的宽度很宽，价带的 电子不可能穿过禁带跃迁到导带上， 导带中始终没有自由电子，条件下，价带的电子可以跃迁 到导带上，在价带中留下空穴，电子 和空穴同时导电。
• 因此，半导体材料的禁带宽度是一个 决定电学和光学性能的重要参数。
薄膜太阳能电池分类
砷化镓薄膜太阳电池
在化合物半导体中，研究最多的是III-V族 的GaAs太阳能电池。由于其带隙比Si大 ，具有与太阳光光谱相当一致的光谱特 性，因而从光谱响应角度来说，更适合 做太阳能电池，目前，在所有太阳能电 池中，GaAs太阳能电池的转换效率最高 。
砷化镓薄膜太阳电池
在制备GaAs太阳电池时，一 般在N型GaAs衬底上首先生长 0.5um左右的N型GaAs缓冲层 ，再生长N型AlGaAs作为背电 场，在此基础上生长N型GaAs 作为基底层，然后生长0.5um 左右的P型GaAs作为发射层， 再利用一层P型AlGaAs薄膜作 为窗口层，便组成了单结 GaAs薄膜太阳电池。
《薄膜太阳能电池》幻灯片
地熱
CdTe Film Deposition
CdTe Film Deposition
CdTe Film Deposition
Rooftop CdTe薄膜太陽電池“Cadmium TellurideThin-film Solar Cell”
SAGFirst Solar ----CdTe Rooftop
• CIGS非真空製程技術雖具有降低成本以及提高材料使用率的 優點，但各方式都具有難以克服的關鍵問題皆仍待解決。如 CIGS晶粒成長…等。結
瓶頸
CIGS薄膜太陽能電池雖具有高效率、低本钱、大面積與可撓性等 潛力優勢，但還有許多需要抑制的問題接踵而來： 製程複雜、技術選擇百家爭鳴，且供應練相當分歧，各站並無制 式化設備放大製程之均質性不佳，良率變化大
Need of raw material
Thin-film solar cells
非晶矽薄膜太陽電池製造流程
非晶矽薄膜太陽電池製造流程( 玻璃基材)
非晶矽薄膜太陽電池製造流程 (玻璃基材)
Thin film Si:H challenges
➢Increasing deposition rate (from 0.1 nm/s to 10 nm/s!), including compatible doped layers ➢Enhance the Isc (absorption, light trapping) ➢Improving stabilized device performance ➢Understanding fundamental physics: low Voc, shunt behavior, light-induced defect creation
GaAs Multijuction(多接面砷化 鎵)
CdTe薄膜太阳能电池(课堂PPT)
2 、TiO2 buffer layer helps to solve the short-circuiting problems caused by thin CdS. The addition of a compact TiO2 layer was also found to significantly i
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1、TiO2 in solar cells helps in improving efficiency by stopping holes from going to TCO front contact . 2、TiO2 window layer helps in the separation of charge carriers and reduces the recombination rate.
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CdTe太阳能电池发展前景
◆ CdTe薄膜太阳能电池具有成本低，工艺制备简单，其吸收层与光谱最一致的优点， 是未来太阳能电池发展的方向
◆ First Solar公司是全球最大的CdTe太阳能电池生产商，该致力于CdTe太阳能电池 研究十余年，至2016年，该公司总装机量达6GW,预计2016年年装机量达2GW， 占到全球太阳能电池装机量的3%。一个中型的水电站的年发电量是100MW， 该公司一年的装机量等于建20个中型水电站。
一般在不超过500nm
12
CdTe吸收层
1、CdTe能隙值为1.45eV,位于理想的太阳能电池的能隙之 间，且具有很高的吸光系数，是非常理想的光伏材料
2、CdTe层的厚度一般在2-8μm.
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背接触层和背电极
降低CdTe和金属电极的接触势垒，引出电流，是金属电 极与CdTe形成欧姆接触
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1、TiO2 in solar cells helps in improving efficiency by stopping holes from going to TCO front contact . 2、TiO2 window layer helps in the separation of charge carriers and reduces the recombination rate.
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CdTe太阳能电池发展前景
◆ CdTe薄膜太阳能电池具有成本低，工艺制备简单，其吸收层与光谱最一致的优点， 是未来太阳能电池发展的方向
◆ First Solar公司是全球最大的CdTe太阳能电池生产商，该致力于CdTe太阳能电池 研究十余年，至2016年，该公司总装机量达6GW,预计2016年年装机量达2GW， 占到全球太阳能电池装机量的3%。一个中型的水电站的年发电量是100MW， 该公司一年的装机量等于建20个中型水电站。
一般在不超过500nm
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CdTe吸收层
1、CdTe能隙值为1.45eV,位于理想的太阳能电池的能隙之 间，且具有很高的吸光系数，是非常理想的光伏材料
2、CdTe层的厚度一般在2-8μm.
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背接触层和背电极
降低CdTe和金属电极的接触势垒，引出电流，是金属电 极与CdTe形成欧姆接触
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太阳电池中的薄膜技术与材料PPT课件
可编辑课件PPT
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3.2 碲化镉太阳电池结构
金属层
+
缓冲层
降低CdTe和金属电极的接触势垒，引出电流，使金属电极 与CdTe形成欧姆接触。
-
电池的主体吸光层，它与n型的CdS窗口层形成的p-n结是整个电
p-CdTe
池最核心的部分。多晶CdTe薄膜具有制备太阳能电池的理想的 禁带宽度(Eg=1．45 eV)和高的光吸收率(大约10^4/cm)。CdTe
的光谱响应与太阳光谱几乎相同。
n-CdS TCO
n型半导体，与P型CdTe组成p/n结。CdS的吸收边大约 是521 nm，可见几乎所有的可见光都可以透过。因此 CdS薄膜常用于薄膜太阳能电池中的窗口层。
透明导电氧化层。它主要的作用是透光和导电的作用。
玻璃基板
主要对电池起支架、防止污染和入射太阳光的作用。
非晶硅太阳电池受光持续照射，缺陷增加，使电池转换效率下降
可编辑课件PPT
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2.5 非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池概况
微晶硅材料是微晶粒、晶粒间界和非晶相共存的混合相材料,一般都存在 微空洞,其带隙随着晶相比的不同,由1.2eV到1.7eV连续可调,而且几乎没有光 致衰退效应。薄膜非晶硅/微晶硅叠层电池, 即以非晶硅为顶电池, 以微晶硅 为底电池的叠层电池, 是目前获得高效率高稳定性硅基薄膜太阳电池的最佳 途径。
2、采用PECVD或VHF-PECVD来沉积顶电池，沉积压力为50-1000Pa，衬底温度为150-250℃， 在透明导电膜上依次沉积p型非晶硅掺杂层、i本征非晶硅层和n型非晶硅掺杂层，制备 出顶电池；
3、预热已沉积的器件，温度为180℃-250℃，沉积压力为130-1000Pa，在真空室中用PECVD 或VHF-PECVD法，在中间透明反射层背面沉积微晶硅薄膜底电池；
薄膜太阳能电池课件
• 薄膜太阳能电池中硅基薄膜电池、碲化镉（CdTe）薄膜电池、砷化镓（GsAs）薄膜电池、 铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池属于第二代太阳能电池，起步较早，且技术已经达到较高的成 熟度，不仅在实验室取得丰硕的研究成果，而且已投入使用并占一定的市场份额。
PPT学习交流
5
PPT学习交流
6
铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池包括铜铟硒 （CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、铜铟镓硒硫（CIGSS） 系列。
由6层薄膜构成，从下到上依次是： 0.5-1.5μm厚的金属钼(Mo)背电极层， 1.5-2μm的CIGS吸收层， 50nm的硫化锌(ZnS)缓冲层， 50nm的本征氧化锌(ZnO)层， 0.5-1.5μm的ZnO:Al(TCO)透明电极 0.1μm的氟化镁(MgF2)薄膜减反层。
CIGS太阳能电池结构示意图
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吸收层CIGS（CuInGaSe2）是薄膜电池的 核心吸光材料，属于正方晶系黄铜矿结 构，为p型半导体，光生载流子主要在这 里生成。 通过掺杂适量Ga到CuInSe，以Ga代替部 分同族In的位置，如果调整Ga的成分比 例，即可形成梯度带隙半导体（而CIS为 直接带隙半导体），产生背表面场， 则获得更多的输出电流，从而大大提高 其性能。 ZnS为n型半导体，与CIGS形成p-n结构。
PPT学习交流
CIGS黄铜矿和ZnS闪锌矿的结构 8
CIGS薄膜太阳能电池的基本工作原理
• 以CIGS薄膜作为P型区，以ZnS、i-ZnO、TCO薄膜共同构成n型区。 • 形成的机理主要是P区和n区多子的相互扩散，最终达到动态平衡形成内建场。E是内建场，使得产生
的空穴-电子对分离的动力。 • 内建场使得P型区的费米能级上移，n型区的费米能级下移，形成p-n结统一的准费米能级。当能量大
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铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池包括铜铟硒 （CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、铜铟镓硒硫（CIGSS） 系列。
由6层薄膜构成，从下到上依次是： 0.5-1.5μm厚的金属钼(Mo)背电极层， 1.5-2μm的CIGS吸收层， 50nm的硫化锌(ZnS)缓冲层， 50nm的本征氧化锌(ZnO)层， 0.5-1.5μm的ZnO:Al(TCO)透明电极 0.1μm的氟化镁(MgF2)薄膜减反层。
CIGS太阳能电池结构示意图
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吸收层CIGS（CuInGaSe2）是薄膜电池的 核心吸光材料，属于正方晶系黄铜矿结 构，为p型半导体，光生载流子主要在这 里生成。 通过掺杂适量Ga到CuInSe，以Ga代替部 分同族In的位置，如果调整Ga的成分比 例，即可形成梯度带隙半导体（而CIS为 直接带隙半导体），产生背表面场， 则获得更多的输出电流，从而大大提高 其性能。 ZnS为n型半导体，与CIGS形成p-n结构。
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CIGS黄铜矿和ZnS闪锌矿的结构 8
CIGS薄膜太阳能电池的基本工作原理
• 以CIGS薄膜作为P型区，以ZnS、i-ZnO、TCO薄膜共同构成n型区。 • 形成的机理主要是P区和n区多子的相互扩散，最终达到动态平衡形成内建场。E是内建场，使得产生
的空穴-电子对分离的动力。 • 内建场使得P型区的费米能级上移，n型区的费米能级下移，形成p-n结统一的准费米能级。当能量大
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宏观总体上对太阳能电池的改进意见
❖ （１）降低材料成本，选用尽可能的廉价的薄膜材料，取 代昂贵的单晶硅材料制造太阳电池。例如选用有机聚合物 薄膜 ，比如电池中的电子供体材料选用聚苯撑乙烯撑类( PPVs) 、聚噻吩类( PThs) 、聚苯胺等，电子受体材料 选用有聚合物受体材料 ( CN-PPV、芳杂环类聚合物和梯 形聚合物等) 、有机小分子受体( 富勒烯及其衍生物、酰 亚胺及其衍生物和酸脂等) 、纳米受体材料( 碳纳米管、 TiO2、GaAs、ZnO ) 等。
❖ 2.2019.1针对有机薄膜太阳能电池进行了重点研究，在分析研究其 工作原理和组成结构的基础上，提出了部分改进想法。
❖ 3.2019.2初步学习了多元化合物薄膜太阳能电池工作原理，将有机 薄膜太阳电池与多元化合物薄膜太阳电池进行分析比较。
❖ 4.2019.3-现在，对几个月以来的成果汇总，利用改进意见动手改进 有机薄膜太阳能电池。
关于多元化合物薄膜太阳电池
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、硫化镉及铜铟硒薄膜电池等。我们对其进行分析后认为有前景的研究方向 应该是合成具有电子给体和电子受体两项功能的新型导电聚合物，或对现有导电 聚合物薄膜电池进行界面修饰，或是控制聚合物光活性层材料的厚度使其接近生 激子的扩散长度，或发展多层异质结结构等，提高聚合物薄膜电池的转换效率。
薄膜太阳能电池的分类
非晶硅(Amorphus Silicon, a-Si) 微晶硅(Nanocrystalline Silicon，nc-Si，Microcrystalline Silicon，mc-Si) 化合物半导体II-IV 族（CdS、CdTe、CuInSe2） 色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell) 有机导电高分子(Organic/polymer solar cells)
触，最大限度地减少电子和空穴在传输过程中的损耗。
（3）寻找合适的电子和空穴传输材料，保证电子空穴对能够有效地分离和传导， 降低电子空穴对传输过程中的复合和耗散几率。 （4）采用光敏小分子掺杂，提高载流子的收集效率。 （5）寻找叠层结构最优的层数，继续探索修饰层的优化方式。太阳光光谱可以 分成连续的若干部分，采用能带宽度与各部分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内叠合起来，让波长短的光被宽隙材料电池利用，波 长较长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用，最大限度地将光能变成电能。 通过这样的叠层结构，一方面太阳光的各个波段的光可以被很好地吸收，另一方 面，由于器件之间的耦合效应，可以使电池的效率大大提高。 （6）在有机薄膜太阳电池结构中采用了“级联结构”，在两种不同特性的薄膜 太阳电池叠层之间加入了一层TiOx，更有利于收集及传输电子。
主要内容
1
薄膜太阳能电池介绍
2
项目进展情况
3
已经取得的成果，实物
4
目前存在问题
5ห้องสมุดไป่ตู้
下阶段研究计划及主要施
背景介绍
存储量有限不可再生能源 产物对环境造成影响 不安全
石油 煤炭 天然气 核能
可再生 清洁无污染
安全可靠
太阳能 风能 潮汐能 地热能 对流能 水能
发展现状
2019年 370MW
2019年 445MW
❖ 5.为了提高动手能力，加深对太阳能电池的了解，我们将本项目与正 在进行的光电设计大赛结合起来，即在设计的小车动力采用太阳能电 池与普通电池的混合动力装置。
3.已经取得的成果，实物展示
❖ 关于薄膜太阳电池的原理的研究
❖ 主要是利用光伏效应(photovoltaic effect)将光能直接转换成电能 的一种P-N结半导体装置。
❖ 当晶片的接触面受光后，只要光子的能量等于或大于Eg，就会把 电子从价带激发到导带，在价带中留下一个空穴，产生电子-空穴对。 如果所产生的电子-空穴对有足够长的寿命，各自扩散到p-n 结的势垒 区附近，在p-n 结的内建电场作用下被互相分离，光生的非平衡空穴 往带负电的p 型区移动，电子往带正电的n 型区移动。在p-n 结开路 情况下。n 区边界将积累非平衡电子，p 区边界将积累非平衡空穴， 产生一个与p-n 结内建电场方向相反的光生电场Voc，这就是光伏效 应。在p-n 结短路情况下光生电子和光生空穴分别产生电流Jn 和Jp ，总的光生电流密度Jsc为两者之和。此时在晶片的两边加上电极并引 入负载，只要光照不停止，就会不断地有电流流过电路，p-n 结起到 了电源的作用，这就是光电池的基本工作原理。光照在接触面产生的 电子－空穴对愈多，电流愈大。
2.项目研究进展情况说明
❖ 1.2019.11-2019.12详细查阅与学习了有关薄膜太阳能电池的资 料，了解了薄膜太阳能电池的发展现状前景与趋势，掌握了各种不同 种类薄膜太阳能电池的技术特点。对各种薄膜太阳电池近几年来的发 展情况，包括其生产成本、转换效率等在内的优劣势做了较详细的比 较。确定了研究重点为有机薄膜太阳电池。
薄膜太阳能模块结构图
薄膜太阳能模块是由基板、金属层、透明导电层 、电器功能盒、胶合材料、半导体层..等
关于有机薄膜太阳电池
通过对有机薄膜太阳电池的研究，我们绘出了它的原理图如下图并提出了改进意见。
改进意见：
（1）在有机薄膜光电池的吸收层镀上紫外光吸收薄膜可以
有效降低其光电转换效率的衰减。
.
（2）优化电极材料，对电极的表面修饰，形成良好的欧姆接
• 增长120%
2019年 988.8MW
• 增长122%
2009年 19.8%
占太阳能电池的
我国高度重视太阳能电池技术的研发和产业化，与国际先进水平差距逐步缩小， 积极有序地发展。截至2019年底，我国已建成并投产的14家薄膜太阳能电池企 业的产能约达125.9MW，年产量约为46MW。截止2009年底，已开工建设和 已开展前期工作宣布建设的薄膜太阳能电池项目将近40个，按其规划，2019年 前全部建成后的产能将高达约4000MW。
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.没有内部电路短路问题 ❖ 3.照度相同下损失的功率较晶圆太阳能电池少 ❖ 4.有较佳的功率温度系数 ❖ 5.较高的累积发电量 ❖ 6.只需少量的原料,成本低 ❖ 7.较佳的光传输 ❖ 8.厚度较传统太阳能电池薄 ❖ 9.材料供应来源广 ❖ 10.可与建材整合性运用(BIPV)