浅谈太阳能光电池的效率问题

光电子器件论文

—浅谈太阳能光电池的效率问题

浅谈太阳能光电池的效率问题

摘要：太阳能作为一种新能源和可再生能源，受到了世界各国的青睐。但从如今的发展状况来看，还存在着不少的问题和强大的发展空间。本文简单的分析了当今比较热门的太阳能光电池低效率的问题，并就提高其效率的方法、原理以及发展的现状、价格和产业化问题做了简单介绍。

关键字：太阳能光电池、低效率、解决方案、产业化。

在常规化石燃料能源过度消耗的今天，太阳能的开发与利用达到了前所未有的程度。太阳能取之不尽用之不还随处可得，避免了长距离输电线路的损失，其发电不产生任何废物，无污染无公害，是一种理想的清洁能源。

一、近年来的发展现状：

下表是全球2006-2007年太阳电池的产量和2010年末全球光伏工业产量。

国家/地区2006年2007年

产量(MW) 比例(%) 产量(MW) 比例(%) 中国大陆438 17.1 1088 27.2 日本926.8 36.19 920 23

德国508 19.83 810 20.25

美国179.6 7.01 266.1 6.65

表1：全球2006-2007年太阳电池的产量

硅材料 8-10

硅片10-12

电池11-14

晶体硅组件14-16

薄膜电池 4

表2:2010年末全球光伏工业产量

从表1可以看出，太阳电池的生产能力有了很大的提高，从表2可以看出近年来光伏技术的材料仍旧是以硅为主，并且正在向薄膜电池发展。

虽然近年来太阳能电池的发展速度很快，但是其造价之高和效率之低仍旧是其不能普及的重要障碍。下面让我们看一组数据，便能够了解到提高效率的重要性。

电池种类转换效率（%）

单晶硅电池24.7

GaAs多结电池40.7

多晶硅电池20.3

非晶硅电池12.8

多晶薄膜电池16.6

纳米硅电池10.1

染料敏化电池11.0

HIT电池21.5

表3：目前各类太阳电池的实验室转换效率

电池组件成本

16%的单晶硅260美元/ m2

10%的CdTe 90美元/ m2 12%的CIGS 170美元/ m2

8%非晶硅90美元/ m2

25%聚光太阳电池50美元/ m2

表4：几种太阳能电池组的成本报价

通过这组数据，我们可知现今太阳能电池的转换效率非常低，造价非常的高，其发展还有很大的提升空间。而想要尽快的提高转换效率、降低造价，便需要不断的改进加工工艺，发展低造价高效率的太阳能电池材料

那么如何提高太阳能电池的效率呢？首先我们应该找到影响效率的原因，我的总结如下:

(1)太阳是能量的来源，虽然它辐射的能量非常巨大，但是太阳能电池的吸

收利用的效率非常低。所以我们应该创新加工工艺改善太阳能电池结构

来提高对光照的吸收。

(2)外界的温度等条件也会影响太阳能电池的输出功率，如何使之处于最大

功率输出点也是比较关键的问题。

(3)如今使用较为广泛的太阳能电池材料仍旧是硅，但提纯硅的工艺却是非

常繁琐，其造价之高严重影响了太阳能电池的普及和发展。所以如何节

省材料发展材料也成了提高效率的关键。

(4)单节电池的效率较低，无论是输出电流和输出电压都不足以满足生产生

活需要。如何设计太阳电池方阵完善光伏系统也是比较关键的一步。

针对以上问题，我了解到了现今比较常用的提高方法，由下叙述：

二、解决方法:

1、对于较为常见的非晶硅电池和单晶硅电池来说：

（1）发展薄膜电池，由于薄膜电池用硅量比较少，价格便宜还可以做成柔性衬底甚至不规则形状，可以具有不同颜色和透明程度，容易实现与建筑

的一体化。

（2）采用绒面上电极和多层背反射电极来增加光在I层的吸收。采用绒面可实现入射光的多次反射，使反射损失变小，起到增透减反的作用，同时

如果再加上减反射膜，反射率可以进一步的降低，设置可以达到3%以下。

制绒前后的反射率对比如图所示：

图1：制绒前后的反射率对比图

入射光在绒面表面多次折射，改变了入射光在硅中的前进方向，不仅延长了光程，增加了对红外光子的吸收率，而且有效多的光子在P-N结附近产生光生载流子，从而增加了光生载流子的收集概率。在同样尺寸的集片上，绒面电池的P-N结面积比光面电池大得多，因而可以提高短路电流和转换效率。

绒面的制作方法：

对于单晶硅来说，绒面的制作通常是利用某些化学腐蚀剂对硅片表面进行腐蚀而形成，常用的有有机腐蚀剂例如EPW（乙二胺邻苯二酸和水）和联胺等，另一类是无机腐蚀剂包括碱性腐蚀液等，两者对不同镜面都具有不同的腐蚀速度。腐蚀剂对晶面的腐蚀速度也不相同，对（100）腐蚀最快，对（111)腐蚀较慢，这种现象也成为各向异性腐蚀。一般的太阳能电池对单晶硅（100）晶面作为表面，经过腐蚀会出现表面为（111）晶面的四面方椎体的金字塔结构。

对于多晶硅在实际生产中经常使用比较廉价的浓度为1%的NaOH稀溶液作为腐蚀剂，添加醇类作为络合剂。但由于多晶表面晶向的随意分布，碱性腐蚀的效果并不理想。近年来发展的酸腐蚀法、活性离子刻蚀法等应用到了大规模的生产中。酸性腐蚀法常用一定比例的HF+HNO3的酸混合溶液，此方法为各向同性腐蚀法。控制温度在5到10度，使其能在切片造成的表面损伤方向上保持较高的腐蚀速度，从而将表面的损伤加深加宽形成绒面，由于多晶硅表面晶向的随意分布，表面产生出不规则的凹坑形状，与单晶硅形成的有所不同。

图2：单晶硅绒面形貌图3：多晶硅的绒面形貌（3）采用叠型非晶硅太阳能电池来提高太阳光的利用率。