非晶硅薄膜太阳能电池基础知识
非晶硅薄膜太阳能电池应用分析
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。
非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池，也被称为非晶硅薄膜太阳电池，是一种利用非晶硅材料制成的光伏电池。
非晶硅太阳电池具有柔性、轻薄和低造价等优点，适用于一些特殊场合和应用领域。
本文将从非晶硅材料的特性、非晶硅太阳电池的结构和工作原理、非晶硅太阳电池的优缺点以及应用领域等方面进行详细介绍。
非晶硅是一种非晶态的硅材料，其原子结构杂乱无序，与晶体硅相比，非晶硅具有更高的能量转换效率和更低的制造成本。
非晶硅太阳电池通常由玻璃或塑料基底、透明导电薄膜、非晶硅光伏层、背电极和接线等部分组成。
非晶硅太阳电池使用非晶硅材料作为光伏层，其中掺杂了少量的杂质元素，使得材料具有较高的光电转换效率。
非晶硅太阳电池的工作原理主要基于光伏效应，即光子入射到非晶硅光伏层上后被吸收，释放出电子和空穴，并在电场的作用下分别流向背电极和透明导电薄膜，从而形成电流。
非晶硅太阳电池的光伏转换效率与光伏层的材料性能、光伏层的厚度、非晶硅材料的电学性质等因素密切相关。
非晶硅太阳电池具有以下优点：首先，非晶硅太阳电池可以制备成柔性和轻薄的结构，适应各种复杂的曲面和形状，具有更广阔的应用空间；其次，非晶硅太阳电池的制造成本较低，生产工艺简单，可以实现大规模生产和应用；此外，非晶硅太阳电池在低光强和低温环境下具有较高的光电转换效率，适用于一些特殊应用领域。
然而，非晶硅太阳电池也存在一些缺点：首先，非晶硅太阳电池的光电转换效率相比于其他材料的太阳电池要低一些；其次，非晶硅太阳电池对光强和温度的变化较为敏感，在高温和强光环境下效果较差；另外，非晶硅太阳电池的使用寿命较短，一般在10年左右。
非晶硅太阳电池在一些特殊领域有广泛应用。
例如，在电子设备领域，非晶硅太阳电池可以用于制备柔性和可折叠的光伏电池组件，为电子设备提供可持续的电力；在建筑领域，非晶硅太阳电池可以嵌入到建筑材料中，如玻璃幕墙、屋顶瓦片等，实现建筑一体化太阳能利用；此外，非晶硅太阳电池还可以应用于一些便携式充电设备、户外太阳能供电系统等领域。
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6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
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非晶硅太阳电池的原理
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。
非晶硅薄膜太阳能电池特点及简介 李炜解析
中文摘要中文摘要非晶硅太阳能电池作为一种新型太阳能电池,其原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产,因而具有广阔的市场前景。
它具有较高的光吸收系数,在0.4~0.75um的可见光波，其吸收系数比单晶硅要高出一个数量级,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)就能吸收约80%有用的太阳能,且暗电导很低,在实际使用中对低光强光有较好的适应,特别适用于制作室内用的微低功耗电源,这些都是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价太阳能电池的重要因素。
非晶硅薄膜电池由于没有晶体硅所需要的周期性原子排列要求,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,在较低的温度(200摄氏度左右)下可直接沉积在玻璃、不锈钢、塑料膜和陶瓷等廉价衬底材料上,工艺简单,单片电池面积大,便于工业化大规模生产,同时亦能减少能量回收时间,降低生产成本。
另外,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,同时,还适合在柔性的衬底上制作轻型的太阳能电池,可做成半透明的电池组件,直接用做幕墙和天窗玻璃,从而实现光伏发电和建筑房屋一体化。
总之,非晶硅薄膜电池具有生产成本低、能量回收时间短、适于大批量生产、弱光响应好以及易实现与建筑相结合、适用范围广等优点。
关键字：非晶硅薄膜;光致衰退效应;界面态;太阳能电池I目录目录中文摘要 (I)第一章非晶硅薄膜太阳电池 (1)第一节非晶硅薄膜太阳电池基础知识简介 (1)第二节非晶硅薄膜太阳电池生产线及制造流程简介 (4)第二章非晶硅薄膜太阳电池应用分析 (7)第一节非晶硅电池特点 (7)第二节非晶硅电池光致衰退效应 (8)第三节非晶硅电池性能影响因素及发展前景 (9)第三章总结 (11)致谢 (12)参考文献 (13)II第一章 简易文本编辑器内容和功能第 1 页第一章 非晶硅薄膜太阳电池第一节 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。
非晶硅薄膜太阳能电池概要课件
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
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
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46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
非晶硅薄膜太阳能电池基础知识
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、ห้องสมุดไป่ตู้大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
非晶硅薄膜太阳电池材料特性及PN结
05
性能优化与改进
提高光电转换效率
优化材料结构
通过调整非晶硅薄膜的化学成分 和结构，提高光吸收能力和载流 子收集效率，从而提高光电转换 效率。
表面绒面结构
采用特殊的表面处理技术，形成 绒面结构，增加光在表面的散射 和反射，延长光程，提高光吸收。
叠层结构
将多个非晶硅薄膜层叠在一起， 形成多结太阳能电池，利用不同 波段的光谱吸收，提高整体的光 电转换效率。
激光诱导化学气相沉积
激光诱导化学气相沉积是一种制备非 晶硅薄膜的方法，其基本原理是通过 激光诱导反应气体在衬底上形成非晶 硅薄膜。该技术具有较高的沉积质量 和较广的工艺窗口，适用于大规模生 产。
VS
激光诱导化学气相沉积可分为脉冲激 光和连续激光诱导化学气相沉积等几 种方式。其中，脉冲激光诱导化学气 相沉积具有较高的沉积速率和较低的 成本，是制备非晶硅薄膜的常用方法 之一。
物理气相沉积
物理气相沉积是一种制备非晶硅薄膜的方法，其基本原理 是将硅烷等反应气体在低温条件下进行物理蒸发，然后在 衬底上沉积形成非晶硅薄膜。该技术具有较高的沉积质量 和较广的工艺窗口，适用于大规模生产。
物理气相沉积可分为真空蒸发、溅射和离子镀等几种方式 。其中，真空蒸发具有较高的沉积速率和较低的成本，是 制备非晶硅薄膜的常用方法之一。
特点
非晶硅薄膜太阳电池具有较高的 光电转换效率、稳定性、可靠性 和长寿命等优点，同时其制造成 本相对较低，适合大规模生产。
工作原理
光吸收
非晶硅薄膜太阳电池利用光生伏 特效应，当太阳光照射到非晶硅 材料上时，光子被吸收并转化为
电能。
电极收集电流
顶层透明导电膜和底面电极分别作 为电池的正负极，收集由非晶硅基 底产生的电流。
第1章-非晶硅薄膜及非晶硅薄膜太阳电池
艾斌 博士 副教授
中山大学太阳能系统研究所
Institute for Solar Energy System
第一章 非晶硅薄膜以及非晶硅薄膜太阳电池 §1-1 非晶态半导体物理基础 §1-2 非晶硅薄膜太阳电池基础知识 §1-3 非晶硅薄膜太阳电池生产线及制造工艺
Institute for Solar Energy System
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理论上： 1957年，Anderson 定域化理论。 60年代，Mott-CFO 能带模型（Cohen, Fritzsche, Ovshinsky）。 1977年，Mott，Anderson 获诺贝尔奖。
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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。
3. 非晶硅薄膜的制备
非晶硅薄膜的制备技术有很多，包括辉光放电等离子 体增强化学气相沉积（PECVD），热丝化学气相沉 积（HWCVD）和电子回旋共振等离子体化学气相淀 积（ECRCVD）技术等。其中最常用的是PECVD方 法。典型的PECVD装置由高频电源，反应腔体系
5. 结构分析方法
5.1 a-Si:H 红外吸收谱
振动模式分两类: 成键原子之间有相对位移。 键长有变化——伸缩模 （stretch）; 键角有变化——弯折模 （bend）. 成键原子之间无相对位移。 摆动（wag）; 滚动（rock）; 扭动（twist）.
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统，样品传输系统，真空抽气系统和反应气体流量控 制系统等几部分组成 。
【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。
非晶硅薄膜太阳能电池
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。
非晶硅薄膜太阳能电池讲解
2004-2010太阳能电池发展预测（GW）
太阳能光伏市场发展趋势
• 非晶硅薄膜太阳 能电池转换效率 为6%-8% • 薄膜硅原料需 求低且发电效率 高 • 国际大厂积极扩 大非晶硅薄膜电 池产量
公司名称 产品类型 国别/地 区 日本 2008产能（MW） 2008产量（MW） 600 427.5
非晶硅薄膜太阳能电池
——吉磊
非晶硅太阳能电池板
组成 结构
非晶硅太阳能电池制作工艺流程
TCO玻璃编号
激光引线
清洗
预热
PECVD
清理
激光切割
PVD
清理
激光切割
测试
老化2001
封装及成品测试
非晶硅薄膜太阳能电池独特的优势
成本低 能量返 回期短
充电 效率高
高温 性能 好
适于 批量 生产
弱光型非晶硅太阳能电池片
转换效率 16%-20%
多晶硅太阳能电 池
非晶硅薄膜太阳 能电池
转化效率较高
成本低，可大规模生 产
多晶硅生产工艺复杂，供 应受限制
转换效率不高，光致衰退 效率
14%-16%
9%-13%
太阳能发电宗旨：降低成本和提高效率
太阳能电池未来发展趋势
• 非晶硅太阳能电池面临的主要问题： 转换效率较低，有光致衰退效应（S-W）
• 自主大规模生产技术 • 自主核心设备技术
*PECVD/溅射设备/专用激光/APCVD
高效率大面积低成本生产实现每瓦USD1的目标
天威英利为美国某地区承建的地面光伏电站（2009年05月）
国内非晶硅太阳能电池发展
• 深圳市创益科技发展有限公司
太阳能电池未来发展趋势
• 非晶硅薄膜电池最终将取代单晶硅电池
非晶硅薄膜电池
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。
非晶硅薄膜太阳能电池基础知识大全
⾮晶硅薄膜太阳能电池基础知识⼤全⾮晶硅太阳电池的原理⾮晶硅太阳电池是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，⾮晶硅电池具有以下突出特点：1).制作⼯艺简单，在制备⾮晶硅薄膜的同时就能制作pin结构。
2).可连续、⼤⾯积、⾃动化批量⽣产。
3).⾮晶硅太阳电池的衬底材料可以是玻璃、不锈钢等，因⽽成本⼩。
4).可以设计成各种形式，利⽤集成型结构，可获得更⾼的输出电压和光电转换效率。
5).薄膜材料是⽤硅烷SiH4等的辉光放电分解得到的，原材料价格低。
1.⾮晶硅太阳电池的结构、原理及制备⽅法⾮晶硅太阳电池是以玻璃、不锈钢及特种塑料为衬底的薄膜太阳电池，结构如图1所⽰。
为减少串联电阻，通常⽤激光器将TCO膜、⾮晶硅(A-si)膜和铝(Al)电极膜分别切割成条状，如图2所⽰。
国际上采⽤的标准条宽约1cm,称为⼀个⼦电池，⽤内部连接的⽅式将各⼦电池串连起来，因此集成型电池的输出电流为每个⼦电池的电流，总输出电压为各个⼦电池的串联电压。
在实际应⽤中，可根据电流、电压的需要选择电池的结构和⾯积，制成⾮晶硅太阳电池。
⼯作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⾮晶硅太阳电池的转换效率定义为:Pi是光⼊射到电池上的总功率密度，Isc是短路电流密度，FF为电池的填充因⼦，Voc为开路电压，Im 和 Vm 分别是电池在最⼤输出功率密度下⼯作的电流密度和电压。
非晶硅太阳能电池基础知识
由太阳电池的输出特性曲线可以看出：虽然在同样的光照下同一块太 阳电池负载不同，太阳电池的输出功率也不同，
A点：负载电阻RA,RA.VA/Id(1/RA的斜率)此时太阳电池的输出功率为： PA=Id*VA
B点：“负载电阻为RB的输出功率为PB=IdVB,显然PB＞PA P点：输出功率最大，Vm=Im-Vm称作
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1、晶体硅太阳电池 2、非晶硅太阳电池
1、短路电流Isc ----- 在一定的光照下通常取AM1.5=100mw/cm²输 出端短路时，太阳电池的输出电流。
2、开路电压Voc---在一定的光照(AM1.5)输出端开路时，太阳电池 的两端的电压。
3、填充因子 FF 填充因数FF定义为：FF=Pm / (Isc * Voc) =(Im * Vm) /
非晶硅太阳能电池基础知识
太阳能电池是能把光能直接转换成电能的半导体器件，主要是 半导体材料制造成的。
太阳电池把光能转化成电能，包括下面三个过程； 1、太阳光或其他光照射到太阳能电池的表面。 2、太阳能电池的半导体能吸收光子，并激发出电子－空穴对，
这些电子空穴对被太阳电池的内建场分离，分离的条件： a、有内建电场； b、电子空穴有足够长的寿命和迁移率，使μt足够大， μt
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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。
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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。
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• 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。
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非晶硅薄膜太阳能电池的基本原理
3、太阳能电池发电
太阳能电池能产生电能，需具备两个条件： 1、光吸收 半导体材料对一定波长的入射 光有足够大的光吸收系数α，即要求 入射光子的能量hν大于或等于半导 体材料的带隙Eg，使该入射光子能 被半导体吸收而激发出光生非平衡 的电子空穴对。 左图为一些材料的光吸收系数。
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非晶硅薄膜太阳能电池的行业前景
三、太阳能电池分类
1、晶体硅
1、）单晶硅 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。用于宇宙空间站的还有高达50%以上的太阳能 电池板。
非晶硅薄膜太阳能电池基础知识
北京中锦阳电子科技有限公司
2009年11月03日
目录
1. 非晶硅薄膜太阳能电池的行业前景 2非晶硅电池的基本原理及特性 3. 非晶硅薄膜太阳能电池的应用
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非晶硅薄膜太阳能电池的行业前景
第一章 非晶硅薄膜太阳能电池的行业前景
一、发展背景
左图为有光照时典型的伏安特 性曲线。
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非晶硅太阳能电池的基本特性
1）开路电压Voc 在p-n结开路情况下（R=∞），此时pn结两端的电压即为开路 电压Voc。这时，I=0，即：IL=IF。将I=0代入光电池的电流电压 方程，得开路电压为： Voc＝ (kT/q)×ln(IL/Is+1) 2）短路电流Isc 如将pn结短路（V=0），因而IF=0，这时所得的电流为短路电 流Isc。显然，短路电流等于光生电流， 即：Isc = IL 3）最大功率Pｍ 在光电池的伏安特性曲线任一工作点上的输出功率等于该点所 对应的矩形面积，其中只有一点是输出最大功率，称为最佳工作 点，该点的电压和电流分别称为最佳工作电压Vｍ和最佳工作电流 Iｍ。 即：Pｍ＝Iｍ×Vｍ
PN结具有单向导电性和整流作用。
反向偏压
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2、光伏效应
• 光照半导体吸收一个能量大于Eg的光子，使产生一个电子--空穴 对，如果电子空穴对有足够的寿命，则在P区产生的电子，扩散到 势垒区边界，然后势垒区内电场的作用下，拉到过势垒区后被势 垒区内的自建电场拉过势垒区，积累在边界A，因此形成一个电压， 此电场的电压，用Vｏｃ表示，称为光生电压，这就是所谓“光伏 效应”。
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3）PN结的特性
正向导通：
向PN结施加正向偏压时，外加电压削弱 了内建电场，有利于扩散运动，不利于漂移 运动。耗尽层变小，等效电阻小。 反向关闭：
正向偏压
向PN结施加反向偏压时，外加电压加强 了内建电场，不利于扩散运动，有利于漂移 运动。耗尽层变大，等效电阻大。
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2、PN结
PN结的重要作用在于具有一个内建电场所对应的势垒区，可 分离了两种不同电荷的光生非平衡载流子，在p区内积累了非平衡 空穴，而在n区内积累起非平衡电子。产生了一个与平衡pn结内建 电场相反的光生电场，于是在p区和n区间建立了光生电动势（或 称光生电压）。
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非晶硅太阳能电池的基本特性
3）填充因子FF 填充因子定义为： FF =VｍIｍ/VocIsc= Pm/VocIsc 它表示了最大输出功率点所对应的矩形面积在Voc和Isc所组成 的矩形面积中所占的百分比。特性好的太阳能电池就是能获得较 大功率输出的太阳能电池，也就是Voc，Isc一定时，FF越大，输 出功率越大。
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2、非晶硅 单结 多结（双结、多结） 柔性 优点：低成本、可大面积自动化生产、高温性好、弱光响应好、可镀 在不同介质表面 缺点：转化效率相对较低，批量生产6%-10%，实验室可达13%左右， 衰 减（SW效应，si-si弱键,si-h弱键） 3、微晶硅 介于晶体和非晶之间，双结电池也有作成一结使用非晶硅另一结使 用微晶，吸收光谱不同，效率更高。 4、化合物 铜铟錫、砷化镓等
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2）、多晶硅
单晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料，而制造这些 材料工艺复杂，电耗很大，在太阳电池生产总成本中己超二分之 一，加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状，切片制作太阳电池也是圆片， 组成太阳能组件平面利用率低。因此，80年代以来，欧美一些国 家投入了多晶硅太阳电池的研制。目前太阳电池使用的多晶硅材 料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶 金级硅材料熔化浇铸而成。其工艺过程是选择电阻率为100～300 欧姆•厘米的多晶块料或单晶硅头尾料，经破碎，用1：5的氢氟酸 和硝酸混合液进行适当的腐蚀，然后用去离子水冲洗呈中性，并 烘干。用石英坩埚装好多晶硅料，加人适量硼硅，放人浇铸炉， 在真空状态中加热熔化。熔化后应保温约20分钟，然后注入石墨 铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立 方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材质利用率和方 便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多， 其光电转换效率约12％左右，稍低于单晶硅太阳电池，但是材料 制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。 随着技术得提高，目前多晶硅的转换效率也可以达到14%左右。
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非晶硅薄膜太阳能电池的基本原理
第二章 非晶硅太阳能电池的基本原理及特性
一、非晶硅太阳能工作原理
1、PN结 1）基本概念 半导体： 导电性能介于导体与绝缘体之间的一类物质。 靠电子－空穴对传导电流。大多数半导体由硅和锗组成。 本征半导体： 纯净的、不含其他杂质的半导体。 自由电子与空穴浓度相等。 P型半导体： 在半导体中掺杂低价态物质。（如＋4价硅中掺＋3价硼） 空穴浓度远大于电子浓度。 N型半导体： 在半导体中掺杂高价态物质。（如＋4价硅中掺＋5价磷） 自由电子浓度远大于空穴浓度。
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非晶基本特性
1、非晶硅电池的结构
典型非晶硅电池结构：TCO/ｐ/ｉｎ/Alfilm 采用激光刻线分割子电池 工作原理：太阳光透过TCO被非晶硅ｐ/ｉ/ｎ三层吸收，ｉ层吸收光后电 子跃迁产生大量的空穴-电子对，ｐｎ层间产生光生电动势，ｉ层的空穴电子对在ｐｎ层间的内建电池作用下迁移运动，并由正极TCO和负极Al膜 导出构成回路，此过程即非晶硅太阳能电池发电。
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2）PN结的形成