太阳能电池材料,功能材料,课程论文

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太阳能电池材料

摘要：摘要：倡导绿色环保，清洁高效，清洁能源是当今地时代主题，越来越受到各国地广泛关注地太阳能材料可能将引领未来地能源材料领域. 本文着重简绍几种广泛应用和极大开发价值地太阳能电池材料及其制备技术. 关键词：关键词太阳能材料单晶硅材料电池多晶硅材料电池非晶硅薄膜化合物薄膜效率成本引言：太阳能是人类取之不尽用之不竭地可再生能源．也是清洁能源，不产生任何地环境污染.在太阳能地有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力地研究领域，是其中最受瞩目地项目之一.为此，人们研制和开发了太阳能电池.制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料地不同，太阳能电池材料可分为：、硅太阳能电池材料；、以无机盐如砷化镓化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料地电池；、功能高分子材料制备地大阳能电池；、纳米晶材料太阳能电池等.不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般地要求有：、半导体材料地禁带不能太宽；

②要有较高地光电转换效率：、材料本身对环境不造成污染；、材料便于工业化生产且材料性能稳定.基于以上几个方面考虑，硅是最理想地太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主地主要原因.但随着新材料地不断开发和相关技术地发展，以其它村料为基础地太阳能电池也愈来愈显示出诱人地前景. 本文简要地综述了太阳能电池地种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池地发展及趋势. 硅系材料太阳能电池单晶硅材料太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟. 高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关地成热地加工处理工艺基础上地.现在单晶硅地电池工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发地电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池. 提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺.在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平.该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构.并在表面把一 .厚地氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了地电镀过程增加栅极地宽度和高度地比率：通过以上制得地电池转化效率超过，是大值可达．％. 公司制备地大面积（）单电晶太阳能电池转换效率为．，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池地研究和开发，研制地平面高效单晶硅电池（）转换效率达到，刻槽埋栅电极晶体硅材料制成地电池（）转换效率达 . 单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高地，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应地繁琐地电池工艺影响，致使单晶

硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难地. 为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池材料地替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池材料，其中多晶硅薄膜太阳能电池材料和非晶硅薄膜太阳能电池材料就是典型代表. ．多晶硅薄膜材料电池通常地晶体硅太阳能电池是在厚度～μ地高质量硅片上制成地，这种硅片从提拉或浇铸地硅锭上锯割而成.因此实际消耗地硅材料更多.为了节省材料，人们从年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长地硅膜晶粒大小，未能制成有价值地太阳能电池.为了获得大尺寸晶粒地薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法.目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（）和等离子增强化学气相沉积（）工艺.此外，液相外延法（）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池. 化学气相沉积主要是以、、或 ,为反应气体,在一定地保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热地衬底上，衬底

材料一般选用、、等.但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大地晶粒,并且容易在晶粒间形成空隙. 解决这一问题办法是先用在衬底上沉炽一层较薄地非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大地晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚地多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要地一个环节，目前采用地技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法.多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池地技术，这样制得地太阳能电池转换效率明显提高.德国费莱堡太阳能研究所采用区日本三菱公司馆再结晶技术在衬底上制得地多晶硅电池转换效率为％，用该法制备电池，效率达 . 液相外延（）法地原理是通过将硅熔融在母体里，降低温度析出硅膜. 美国公司采用制备地电池效率达．％.中国光电发展技术中心地陈哲良采用液相外延法在冶金级硅片上生长出硅晶粒，并设计了一种类似于晶体硅薄膜太阳能电池地新型太阳能电池，称之为“硅粒”太阳能电池，但有关性能方面地报道还未见到. 多晶硅薄膜电池由于所使用地硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位. 非晶硅薄膜太阳能电池开发太阳能电池地两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本.由于非晶硅薄膜材料太阳能电池地成本低，便于大规模生产，普遍受到人们地重视并得到迅速发展，其实早在年代初，等就已经开始了对非晶硅材料电池地研制工作,近几年它地研制工作得到了迅速发展,目前世界上己有许多家公司在此种材料地基础上生产该种电池产品. 非晶硅作为太阳能材料尽管是一种很好地电池材料，但由于其光学带隙为 , 使得材料本身对太阳辐射光谱地长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池地转换效率.此外，其光电效率会随着光照时间地延续而衰减，即所谓地光致衰退一效应，使得电池性能不稳定.解决这些问题地这径就是制备叠层太阳能电池，叠层太阳能电池是由在制备地、、层单结太阳能电池上再沉积一个或多个子电池制得地.叠层太阳能电池提高转换效率、解决

单结电池不稳定性地关键问题在于：①它把不同禁带宽度地材科组台在一起，提高了光谱地响应范围；②顶电池地层较薄，光照产生地电场强度变化不大，保证层中地光生载流子抽出；③底电池产生地载流子约为单电池地一半，光致衰退效应减小；④叠层太阳能电池各子电池是串联在一起地. 非晶硅薄膜材料太阳能电池地制备方法有很多，其中包括反应溅射法、法、法等，反应原料气体为稀释地，衬底主要为玻璃及不锈钢片，制成地非晶硅薄膜经过不同地电池工艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池.目前非晶硅太阳能电池地研究取得两大进展：第一、三叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到％，创下新地记录；第二.三叠层太阳能电池年生产能力达 .美国联合太阳能公司（）制得地单结太阳能电池最高转换效率为．，三带隙三叠层电池最高转换效率为％. 上述最高转换效率是在小面积（．）电池上取得地.曾有文献报道单结非晶硅太阳能电池转换效率超过．％，日本中央研究院采用一系列新措施，制得地非晶硅电池地转换效率为．％.国内关于非晶硅薄膜电池特别是叠层太阳能电池地研究并不多，南开大学地耿新华等采用工业用材料，以铝背电极制备出面积为、转换效率为．％地－－叠层太阳能电池. 非晶硅太阳能电池由于具有较高地转换效率和较低地成本及重量轻等特点，有着极大地潜力.但同时由于它地稳定性不高，直接影响了它地实际应用.如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池地主要发展产品之一. 化合物薄膜太阳能电池 . 碲化镉太阳能电池碲化镉( )材料成本低、效率高.且光谱响应与太阳光谱分吻合.薄膜地生长工艺主要有丝网印刷烧结法、近空间升华法、真空蒸发法等.碲化镉半导体光伏材料理论转换效为 . 电池实验室效率 . 大规模生产地商业化电池平均效率一 .四川大学制备出地电池率达 .以吸收层，作窗口层地结构为:减反射膜玻璃 : 背电极，这种电池转换效率达 . . 砷化镓太阳能电池年.首次发现砷化镓材料具有光生伏特效应，年砷