薄膜太阳电池的研究现状与发展趋势

薄膜太阳电池的研究现状与发展趋势．txｔ曾经拥有的不要忘记；不能得到的更要珍惜;属于自己的不要放弃;已经失去的留作回忆。本文由gui27606贡献

pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。

Reviｅw Ａrｔicle

do ｉ： 10. 39６９/ j. issn 0２53 9608. 2010．03. ０06

Chｉnesｅ J ｏ ur nal of N atｕr e

Vｏ l. 3２Ｎo ． 3

薄膜太阳电池的研究现状与发展趋势

赵颖戴松元孙云! 冯良桓?

教授, 中国科学院等离子体物理研究所, 合肥 230031; ! 教授, 南开大学光电子薄膜器件与技术研究所, 天津 3０0071; ？教授, 四川大学材料科学与工程学院, 成都 610０６4

关键词硅基薄膜太阳电池

碲化镉薄膜太阳电池

铜铟镓硒薄膜太阳电池

染料敏化太阳电池

笔者主要对目前薄膜电池研究和产业化的主流技术进行论述, 包括硅基薄膜太阳电池、碲化镉与铜铟镓硒等化合物薄膜太阳电池、以及染料敏化电池等, 对每种技术分别从国内外研究现状以及产业化状况进行介绍。光照时存在ＳＷ效应，使得非晶硅电池呈现光致衰退现

1 前

言

象。此外, 非晶硅材料带隙较宽，难以吸收 700 ｎm 波长以上的光, 限制了其对太阳光的利用率。相较于非晶硅, 其它两种材料带隙较窄，可更充分吸收长波长的光。特别是微晶硅材料, 被认为是一种非晶与微晶硅颗粒组成的混合相材料, 其带隙调变可以通过制备过程中的氢稀释比调整实现, 最低可接近单晶硅的１. 1 eＶ, 因此, 微晶硅材料制备不会带来额外的工艺复杂性, 与现有的非晶硅技术兼容性更好。而且微晶硅材料稳定性高, 微晶硅电池基本无衰退；所以，微晶硅材料更加具有应用潜力。为充分利用太阳光谱, 将不同带隙的硅基薄膜组合, 形成多结叠层结构。如图 1 所示，采用非晶硅/ 微晶硅叠层电池相对于非晶硅电池而言, 具有两方面优点: 一是拓宽电池长波光谱响应, 提高太阳光的利用率; 二是降低了较不稳定的非晶硅顶电池厚度, 有利于提高整体稳定性。因此, 国际公认非晶硅/ 微晶硅叠层太阳电池是硅薄膜电池的下一代技术, 是实现高效、低成本薄膜太阳电池的重要技术途径，是薄膜电池新的产业化发展方向。

目前市场上应用的太阳电池仍以单晶硅/ 多晶硅电池为主，但薄膜太阳电池被公认为未来太阳电池发展的主要方向，并已成为国际上研究最多的太阳电池技术之一。这是因为薄膜太阳电池具有生产制造成本低、能量回收期短、便于大面积连续生产等突出优势。它另外一个特点是可被制成柔性可卷曲形状, 这使得其应用环境更加广泛, 例如在建筑光伏一体化、荒漠电站等领域均具有广阔的应用前景。近些年来, 薄膜电池技术发展迅速, 部分技术已经实现大规模生产。中国在薄膜电池基础研究方面已经取得了较大进展, 部分成果已经达到国际先进水平, 为大规模产业化打下了良好的基础。目前, 中国的研究机构与产业界正密切合作, 积极进行薄膜太阳电池的中试或产业化技术与设备的攻关。目前, 主流的薄膜太阳电池技术包括硅基薄膜电池、化合物电池、染料敏化电池等。本文针对上述薄膜电池的研究现状以及产业化情况进行介绍。

2 薄膜太阳电池进展

2. 1 硅基薄膜太阳电池

2. 1． 1 研究进展按照硅基薄膜太阳电池本征层采用的材料, 可以将其分为三种类型, 即非晶硅电池、微晶硅电池以及硅锗合金电池等[1] 。其中非晶硅电池技术发展最早, 目前已经比较成熟, 已实现大规模生产技术。但是非晶硅材料在

# 156 #

图 1 非晶硅和微晶硅材料光谱响应曲线

目前，底电池技术主要分为硅锗合金电池或微晶硅电池两个方向, 前者的代表研究机构为美国联合太阳能公司

自然杂志

第 3２卷第 3 期

专题综述

究机构则采用微晶硅底电池技术。表 1 中所列为上述研究机构的代表性成果，这些成果代表了其所在领域的最高水平。

( UＳSC) ; 而以瑞士微技术研究所( IＭ T) 、德国余利希光伏研究所 ( Ｊ lich IPV 5 ) 、及日本先进技术研究中心以 ( NAIST)

[2， 3］

、荷兰乌特勒支大学( Utreｃｈt）为代表的众多研

表１时间 2０10 2０09 2009 ２009 20０９ 2008 2009 初始效率（稳定效率) （ 12. ５2% ) １2． 83% ８. ３% 6. ３% 6. 4% 8. 2% ８. 8% １0% （ 9. 47% ）１1．7% 11. 5% 10％ 9. 5％ ~ 8. ２％ 1０. 7％（ 9. 3% ) 13. 5% 国际硅基薄膜电池主要研究单位及成果沉积速率 1~ 1．５ n m/ s 10~ 25A/ s 6. 75 ｎｍ／ min 3． 3 n m／min ３. ２ nm / s 研究单位美国联合太阳能公司 (U nited So laｒ Oｖon ｉc LLC ) 日本三菱重工 (M ＨＩ）德国德雷斯顿大学( Ｄresden) 荷兰乌特勒支大学（Utｒech ｔ) 美国Ｔ Solar 瑞士洛桑理工学院( IM Ｔ ) 瑞士欧瑞康( Oeｒ lｉkｏn ) 1. ５ A/ s + 5 A/ s* 1. 5 A/ s + １0 A/ s ５Ａ／s + 25 A／s １3～ 45 nm ／ min

[ ５] [ 4]

［ 6]

［ 7］

200９

德国余利西研究所( J lich ）

20０9 200９ 2０07

日本爱发科( Ulvaｃ) 美国Ｓunfilｍ( AM AT 设备) 日本三洋( Sanyｏ)

注: * 顶电池沉积速率+ 底电池沉积速率

随着国际上对硅薄膜电池的研究热潮，中国众多单位紧密合作、联合攻关, 取得了不俗的成果, 有些成果已跨入国际先进行列。其中，南开大学光电子薄膜器件与技术研究所研制的小面积非晶硅/ 微晶硅叠层电池效率达11. ８% , 1０？ 10 cｍ组件效率１0. ５%。最近利用甚高频

2

建钧石能源公司合作, 2008 年建成中国首条非晶／微晶硅叠层电池中试线, 并试制出效率超过8% 的０．７9 m ２的非晶／微晶硅叠层电池组件［9] ，为中国建立兆瓦级的非晶/ 微晶硅叠层电池组件生产线奠定了很好的基础。

与高压耗尽技术，在微晶硅薄膜的沉积速率 1. ０ nm/ s 以上时, 单结微晶硅电池效率达到了９. 36% [ 8］。另外，中国科学院半导体研究所在硅基薄膜材料稳定性及