硅太阳能电池研究

新余学院

毕业设计（论文）

（2011届）

题目：硅太阳能电池研究

学院：新余学院

专业：光伏材料加工与应用技术班级: 08光伏(7)班

姓名：彭隆昌

学号：0810027023

指导教师：王昌中

完成日期: 2011年5月14日

太阳能光伏技术是把太阳的光能转换成电能的主要方式。目前主要的太阳能光伏转换器件有硅太阳电池，砷化镓太阳电池，染料敏化太阳电池和薄膜太阳电池．其中，硅太阳电池是主要技术。硅太阳电池中又可以分为单晶硅太阳电池，多晶硅太阳电池和无定形硅太阳电池，其中，多晶硅太阳电池应用最广．这是因为单晶硅材料昂贵，发电成本高；无定形硅材料虽然便宜，但是光电转换效率太低．多晶硅太阳电池是成本和效率之间的折中。本文首先给出了各种硅太阳电池的发电核心：p-n结的半导体物理学。这样可以从总体上认识硅太阳电池的光电转换原理。从降低成本和提高效率两个方面考虑，本文分别研究了硅片的定边喂膜(EFG)制造方法，硅片的快速加热处理技术㈣，硅片的表面钝化方法和多晶硅太阳电池的酸腐蚀绒面处理技术。其中，硅片的EFG制造方法和RTP处理技术直接与成本有关；硅片的表面钝化技术和多晶硅太阳电池的酸腐蚀绒面处理技术直接影响到电池的效率。这些研究是对硅太阳电池技术发展的总结，在硅太阳电池的研究中具有科学上的和工程技术上的参考价值。最后，基于一定的物理模型和假设条件，对硅太阳电池的光电流与硅片参数之间的关系以及单层减反射膜时的硅太阳电池的平均反射系数进行了计算机仿真，这对于验证和发现硅太阳电池的基本性质是有益的。

【关键词】光伏技术．硅太阳能电池．光电转换效率．p-n结，定边喂膜法．快速热处理．钝化．绒面。计算机仿真

第1章引言

第2章硅基类薄膜太阳能电池

2.1 非晶硅薄膜太阳能电池……………………………… ……

2.2多晶硅薄膜太阳能电池……………………………… ……

2.3微晶硅薄膜太阳能电池……………………………… ……………

第3章提高薄膜硅太阳能电池效率的措施

3.1提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收………………………

3.1.1前透明导电氧化物薄膜（TCO）的研究………………………

3.1.2减反层的研究………………………

3.1.3窗口层的研究………………………

3.2薄膜硅电池叠层技术……………………………

3.3微晶硅电池开路电压的研究…………………………

3.4中间层技术的研究…………………………

第4章总结

参考文献………………………………………………………………………致谢………………………………………………………………………

第一章引言

在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源短缺并造成环境污染的形势下，可持续发展战略普遍被世界各国接受。光伏能源以其具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿命以及免维护性等其它常规能源所不具备的优点，被认为是二十一世纪最重要的新能源。当前基于单晶硅或者多晶硅硅片的晶体硅电池组件市场占有率高达90%，但是，晶体硅电池本身生产成本较高，组件价格居高不下，这为薄膜硅太阳能电池的发展创造了机遇。薄膜硅太阳能电池的厚度一般在几个微米，相对于厚度为200微米左右的晶体硅电池来说大大节省了原材料，而且薄膜硅太阳能电池的制程相对简单，成本较为低廉，因此在过去的几年里薄膜硅太阳能电池产业发展迅猛。但是当前大规模产业化的薄膜硅太阳能电池转换效率只有5%-7%，是晶体硅太阳能电池组件的一半左右，这在一定程度上限制了它的应用范围，也增加了光伏系统的成本。为了最终实现光伏发电的平价上网，必须进一步降低薄膜硅太阳能电池的生产成本，因此必须对薄膜硅太阳能电池开展持续的研究，利用新的技术与工艺降低薄膜硅太阳能电池的成本。本文着重从提高薄膜硅太阳能电池的转换效率方面介绍当前薄膜硅太阳能电池的研究现状。

第2章硅基类薄膜太阳能电池

2.1 非晶硅薄膜太阳能电池

非晶硅薄膜太阳能电池是用非晶硅半导体材料在玻璃、特种塑料、陶瓷、不锈钢等为衬底制备出来的一种目前公认环保性能最好的太阳能电池。1976年美国RCA实验室的Carlf；on等[21对非晶硅进行研制并首次报道了非晶硅薄膜太阳能电池，引起了全世界的关注。非晶硅薄膜太阳能电池之所以受到人们广泛关注，是因为它有如下优点∞]：质量轻且光吸收系数高，开路电压高，抗辐射性能好，耐高温，制备工艺和设备简单，能耗少，可以淀积在任何衬底上且淀积温度低、时间短，适于大批量生产。非晶硅虽然是一种很好的电池材料，但是还存在一些不足：(1)光学禁带宽度为1．7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区

域不敏感，从而限制了其光电转换效率。(2)光电转换效率会随着光照时间的延长而衰减，即所谓的光致衰退(S-W)效应，使得电池性能很不稳定。近年来国内外对其的研究主要在于提高光电转换效率和光致稳定性，并得到了一些改进的方法：采用有不同带隙的多结迭层；降低表面光反射；使用更薄的i层。经过这些努力，使得非晶硅薄膜太阳能电池的光致衰减率从30％下降到了15％，同时光电转换效率也得到了一定程度的提高。非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有反溅射法、低压化、学气相沉积法(LPcvD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)和热丝化学气相沉积法(HWCVD)。西班牙巴塞罗那大学的Villar．F等[43在温度低于150℃的条件下利用HWCVD方法制备出转换效率为4．6％的非晶硅薄膜光电池。日本三菱重工(MHI)制成了1．4m×1．1m世界上面积最大的高效非晶硅薄膜太阳能电池，其转换效率达到8％[5]。目前，稳定的单结非晶硅薄膜太阳能电池的光电转换效率最高达到9．5％[6]。我国对非晶硅薄膜太阳能电池的研究在20世纪80年代中期达到高潮，并取得了一些成果：研制出面积为lcm×lcm 和30crux30cm的单结非晶硅薄膜太阳能电池的实验室转换效率分别达到11．4％和6．2％。2000年以双结非晶硅薄膜太阳能电池为重点的硅基薄膜太阳能电池研究被列为国家重点基础研究发展计划“973”项目。鉴于非晶硅薄膜太阳能电池良好的发展前景，我国将在四川崇州市建全国最大的非晶硅太阳能薄膜生产基地，建成后预计年生产量达30MW[¨。如果能解决非晶硅薄膜太阳能电池的稳定性差和转换效率低等问题，则其将在未来的光伏产业中占有越来越重要的地位。

2．2多晶硅薄膜太阳能电池

多晶硅薄膜太阳能电池既具有晶体硅太阳能电池的高效、稳定、无毒(或毒性很小)及材料资源丰富的优势，又具有薄膜太阳能电池省材料、低成本且光照稳定性强等优点，是目前公认的高效率、低能耗的理想太阳能电池。

晶体硅太阳能电池通常由厚度为350～450"m的高质量硅片制得，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成，因此实际消耗的硅材料很多。为了节省材料，人们从20世纪70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但是由于生长的硅晶粒较小，未能制成有价值的多晶硅薄膜太阳能电池。为了获得大尺寸的多