非晶硅太阳能电池

☼ 光的转换效率不高的原因
氢化非晶硅光吸收系数相对较大，有很强的光敏性。但是 非晶硅的带隙为1.7eV左右，因此导致光电子能量低于1．7eV 的光子直接透过非晶硅层，这一带隙材料只能吸收可见光范围 内的太阳光，长波段的太阳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。 ☼ 光的吸收率不高、稳定性差的原因

☼ P77图4-1常用太阳能电池的光吸收系数
☼ 纵坐标为光吸收系数α， α越大光敏性越好。 ☼ 横坐标为太阳光谱辐 射的能量。 ☼ 图中吸收峰分布与太 阳光谱峰分布相近，有
利于太阳光的吸收，故
适合制作薄膜太阳电池。

1.单结非晶硅太阳电池
☼ 有两种结构：P-I-N 结构和N-I-P 结构
☼ P-I-N：通常沉积在透明性较好 的玻璃或耐高温塑料衬底上。 ☼ N-I-P：通常沉积在不透明或透 光性较差的聚酯或不锈钢衬底上。
☼ I:太阳能电池的本征层，光生 载流子主要在这一层。

现以P-I-N为例：第一层为普通玻璃，是电池载体。第二层为绒面的TCO。
光从它穿过被电池吸收，所以要求它的透过率高；作为电池的一个电极，所 以要求它导电。TCO制成绒面起到减少反射光的作用。太阳能电池就是以这
两层为衬底成长的。第三层为太阳能电池的P层，即窗口层。第四层为I层，
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 。

（1）非晶硅/非晶硅双结结构
☼ 这种结构在制备过程中，通
过调节顶电池与底电池中本征 层的沉积参数（主要为温度和 氢稀释度），使禁带宽度有所 不同。由于非晶硅的禁带宽度 调整范围较小，为了使底电池 有足够的电流，底电池的本征 层要比顶电池厚得多，顶电池 与底电池的厚度分别为100nm与 300nm左右，带隙分别为1.8eV、
玻璃
透明导电膜（SnO2） P1 I1(a-Si:H)
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
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N1
P2 I2(a-SiGe:H) N2 AZO
应的禁带宽度为1.6eV左右。
Al

谢谢大家！
1.7eV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。

(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，
（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。
☼ 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
成原子周期性的长程有序性。如图非晶硅的网络模型图： 问题：目前广泛使用的太阳能电池材料都是晶态硅， 非晶硅使用在什么方面？
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
不能被充分地吸收，稳定性较差。

☼ 非晶硅太阳能电池发展趋势
作为低成本太阳能电池，未来发展重点是开发新的结构，
解决光至衰减问题，提高效率的同时，解决稳定性问题是非晶
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 民用及独立电源系统中将被大量使用。

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 ,
第四章
非晶硅太阳能电池结构
4.2.2 非晶硅太阳电池结构
☼ 三种晶硅太阳电池的区别 ☼ 三种晶硅太阳电池的应用
1.单结非晶硅太阳电池
2.多结叠层电池
（1）非晶硅/非晶硅双结结构 （2）非晶硅/非晶硅锗双结结构 汤宇 1101030121

2.多结叠层电池
（1）非晶硅/非晶硅双结结构 （2）非晶硅/非晶硅锗双结结构
欢迎大家多提宝贵意见！
2014.12.2

即太阳能电池的本征层，光生载流子主要在这一层产生。第五层为N层，起 到连接I层和背电极的作用。第六层为背电极和Al/Ag电极。目前制备背电极
通常采用掺铝ZnO(Al),或简称AZO。

☼ 非晶态与晶态太阳电池的优缺点 优点： 1、具有成本低，回收快，易产生；
2、对弱光响应好；
3、适用范围广，应用前景好； 缺点： 1、光的转换效率不高； 2、光的吸收性不高、稳定性差；