(整理)文献综述 硅基异质结太阳电池的研究
华南理工大学
本科毕业设计文献综述硅基异质结太阳电池的研究
班级_______09级信息工程2班__ 姓名___________胡思凯_________ 学号_________200931281039_____ 指导教师________耿魁伟____________
作为一种取之不尽的清洁能源,太阳能的开发利用引起人类的极大关注[13]。目前,大规模商业化太阳能电池仍以硅太阳能电池为主,正开发的有GaAs[4]、GaN[5]、CdS[6]、铜铟硒[7]和ZnO[810]等新型材料太阳能电池。其中,GaAs和GaN太阳能电池虽在空间应用中比硅太阳能电池更有优势,但属于!族化合物,挥发性强、工艺复杂,制备成本高;CdS和铜铟硒对人类具有一定的毒副作用,不符合绿色环保能源发展的要求。氧化锌（ZnO）由于其优越的物理特性，如具有较大的禁带宽度（室温，~3.37 eV）和激子束缚能（~60 mV），而且热稳定性好、抗氧化性能优越，已经成为一种极具发展前景的II–VI族半导体材料，其在光电子应用领域也已经引起了广泛关注。
关于硅基ZnO薄膜的生长及发光性质已有广泛的研究,但对于P型硅纳米线（SiNWs）为衬底上制备ZnO异质结太阳能电池的研究尚不成熟。硅纳米线是新型的一维纳米材料(SiNWs),由于其自身所特有的光学、电学性质和半导体所具有的特殊性质已越来越引起纳米科技界的广泛关注。通过最近几年的研究表明, SiNWs料具有很强的广谱光吸收特性和室温下的可见光发光特性。因此，对一维纳米材料形貌的控制、生长机理的探索以及各种性能的测量与改进,是人们研究的重点。
一.目前，化学腐蚀法和化学气象沉积（cvd）已经成为制备SiNWs主要的2种技术。此次毕业设计打算以这两种不同的方法制备SiNWs，比较两种方法的优劣。
1.化学腐蚀法,HF溶液4.6mol／L,AgNO3溶液0.02mol/L,腐蚀温度50℃,腐蚀
时间30min时制备出的大面积阵列一维SiNWs。
2.
3.用SiH4做反应气体，H2作载气，在氢的辉光放电中淀积SiNWs，反应室预真
空约1.33Pa,沉积温度为380度。
利用sem电镜观察生长结构，X射线衍射仪（XRD）观察X射线衍射谱，生长取
向，紫外—红外分光光度仪测量pl特性。
二.分别以两种方法制成的SiNWs为衬底，利用金属锌的真空蒸镀制备ZnO/SiNWs，控制沉积厚度分别为30,40,50,60nm.然后放在氧化条件下进行退火处理，在气氛炉中氧化2小时,控制退火温度分别为600，700，800，900度观察发光特性。
利用sem电镜观察生长结构，X射线衍射仪（XRD）观察X射线衍射谱，生长取向。在其测试环境为室温,测试光源为模拟太阳光AM1.5(100mW/cm2)的标准辐照的条件下，测量I/V特性。
华东师范大学博士学位论文双旋转靶共溅法制备和研究掺铝氧化锌薄膜及其在硅薄膜太阳能电池中的应用姓名：朱红兵申请学位级别：博士专业：纳米物理学指导教师：黄素梅Jürgen Hüpkes 20100501 摘要本论文对应用于硅基薄膜太阳能电池中的掺铝氧化锌薄膜（ＺｎＯ：ＡＩ）进行了系统地研究。在本论文中ＺｎＯ：ＡＩ薄膜主要采用非反应磁控溅射方法和双旋转陶瓷靶（ＺｎＯ：Ａ１２０３－－９９．５：０．５ｗｔ％）以及采用反应磁控溅射方法和双旋转金属靶（Ｚｎ：Ａ１－－－９９．５：０．５ｗｔ％）Ｎ备而得。用于掺铝氧化锌薄膜制备的玻璃衬底尺寸可以达到３０ｅｍｘ３０ｇｉｎ。由于在溅射过程中管状陶瓷靶以及金属靶始终保持旋转，因此这两种溅射沉积方法极大地提高溅射靶材的利用率从而有效地降低生产成本。此外，高速溅射沉积薄膜也是本论文研究的一个重要的目标和方向。作为一种重要的并具有极大发展潜力的透明导电材料，ＺｎＯ：Ａ１薄膜的光学电学属性是本论文的研究重点。在本论文中，制备的ＺｎＯ：ＡＩ薄膜主要目标是应用于硅基薄膜太阳能电池中，作电池的前电极，因此对其初始和刻蚀后的薄膜表面形貌也进行了深入地考虑和研究。对于采用中频电源激发从旋转陶瓷靶材中磁控溅射制备ＺｎＯ：Ａ１薄膜，本论文系统地研究了衬底温度、工作气压、电功率、氩气流量和氧气流量以及磁场方向等各种不同的实验参数对其各种属性的影响。此外，本文也系统深入地研究了ＺｎＯ：Ａ１薄膜在０．５％的稀盐酸中的刻蚀行为以及其均匀性特性。在对低速沉积（２ｋＷ）ＺｎＯ：ＡＩ薄膜研究中，成功地获得了电阻率低至３．６×１０４Ｑ．ｅｍ，载流子迁移率高达５０ｃｍ２／Ｖｓ以及刻蚀后具有最佳表面形貌的高质量导电透明薄膜。在对高速沉积（１
４ｋＷ）ＺｎＯ：Ａ１研究中，薄膜沉积速率可以高达１１０ｎｍ／ｍｉｎ且保持优良的光学和电学特性。在对硅薄膜太阳能电池应用研究中，优化的旋转陶瓷靶溅射制备的ＺｎＯ：Ａ１薄膜作为前电极被应用于微晶硅（¨ｃ—Ｓｉ：Ｈ）及无定形硅／微晶硅叠加（俚．Ｓｉ：Ｈ／肛ｃ—Ｓｉ：ｍ薄膜太阳能电池中，分别取得了８．５％和１１．３％高的能量转换效率。另外，对于采用更加高效低廉的反应磁控溅射技术和双旋转金属靶材制各Ｚｎ０：Ａ１薄膜，本文通过利用等离子体发射监控系统，研究了在不同的沉积条件下的反应溅射沉积过程，并高速反应溅射制备出了Ｚｎ０：ｈｌ薄膜，获得了高达１１０ｎｍ／ｍｉｎ的沉积速率，且所获薄膜具有优良的光电特性。其中电阻率低于３．３Ｘ１０‘４Ｑ．Ｅｒａ，迁移率可以高达４７ｇｉｌｌ２／Ｖｓ，同时具有很高的光透射率。此外，还系统研究了不同沉积条件下制备的Ｚｎ０：Ａ１薄膜呈现出的初始表面形貌和刻蚀后的表面形貌特征。本论文应用一种独特的两步刻蚀方法，即先采用稀ＨＦ刻蚀，然后采用ＨＣｌ刻蚀，对高速沉积的ＺｎＯ：ＡＩ薄膜进行刻蚀和表面研究。此高速沉积的ＺｎＯ：Ａ１薄膜包括通过非反应溅射沉积的薄膜和反应溅射沉积的薄膜。通过这种独特的刻蚀方法，刻蚀后的高速沉积的ＺｎＯ：Ａ１薄膜呈现出适合于硅基薄膜太阳能电池的表面结构。利用此种刻蚀方法处理优化制备的ＺｎＯ：ＡＩ薄膜，然后应用于ｕｃ．Ｓｉ：Ｈ薄膜电池以及ｃｔ－Ｓｉ：ｔ－Ｉ／ｇｃ．Ｓｉ：Ｈ双节叠加薄膜太阳能电池，分别取得了高达８．２％和１１．４％的能量转换效率。本论文工作成果表明高速沉积的ＺｎＯ：Ａ１薄膜制备技术结合此双刻蚀方法在硅薄膜太阳能电池的应用方面具有相当大的发展潜力。关键词：氧化锌，透明导电氧化物，磁控溅射，硅薄膜太阳能电池ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｅｄＺｎＯ：Ａ１ｔｈｉｎｆｉｌｍｓｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｓｉｌｉｃｄｎｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｈａｖｅｂｅｅｎｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＺｎＯ：Ａ１ｔｈｉｎｆｉｌｍｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈｎｏｎ—ｒｅａｃｔｉｖｅｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｆｒｏｍｄｕａｌｒｏｔａｔａｂｌｅｃｅｒａｍｉｃｔａｒｇｅｔｓ（ＺｎＯ：Ａ１２０３２９９．５：０．５叭％）ｏｒｗｉｔｈｒｅａｃｔｉｖｅｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｆｒｏｍｄｕａｌｒｏｔａｔａｂｌｅｍｅｔａｌｌｉｃｔａｒｇｅｔｓ（Ｚｎ：ＡＩ＝９９．５：０．５眦％）．Ｔｈｅｓｉｚｅｏｆｇｌａｓｓｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｃａｎｂｅｕｐｔｏ３０ｃｍ×３０ｃｍ．Ｂｏｔｈｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｃａｎｇｒｅａｔｌｙｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔａｒｇｅｔｍａｔｅｒｉａｌｓｄｕｅｔ
ｏｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｏｆｔａｒｇｅｔｓｄｕｒｉｎｇｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ．Ａｓａｐｒｏｍｉｓｉｎｇｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｏｘｉｄｅ（ＴＣＯ）ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅｏｐｔｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＺｎＯ：ＡＩｆｉｌｍｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ，ｅｘａｍｉｎｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎａｉｍｓｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｓｔｏｄｅｖｅｌｏｐａＴＣＯｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｉｔｈａｈｉｇｈｇｒｏｗｔｈｒａｔｅ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｆｏｒｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｓｉｌｉｃｏｎｔｈｉｎｆｉｌｌｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ，ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆａｓ—ｇｒｏｗｎａｎｄａｆｔｅｒ－ｅｔｃｈｅｄＺｎＯ：Ａ１石ｌｍｓｗｅｒｅａ】ｓｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄａｎｄｅｘａｍｉｎｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓ．ＭａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｏｆＺｎＯ：Ａｌｔｈｉｎｆｉｌｍｓｆｒｏｍｄｕａｌｒｏｔａｔａｂｌｅｃｅｒａｍｉｃｔａｒｇｅｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｕｎｄｅｒｍｉｄ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＭＦ）ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓｓｕｂｓｔｒａｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｏｗｅｒ，ａｒｇｏｎｇａｓｆｌｏｗ，ｏｘｙｇｅｎｇａｓｆｌｏｗａｎｄｍａｇｎｅｔｒｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｎｖａｒｉｏｕｓｏｐｔｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＺｎＯ：Ａｌｆｉｌｍｓｗｅｒｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｅｔｃｈｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｓａｎｄｒｅｓｕｌｔｅｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｗｅｒｅａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｄ．ＬｏｗｇｒｏｗｔｈｒａｔｅＺｎＯ：Ａｌｆｉｌｍｓ（ａｔ２ｋＷ）ｗｉｔｈ１０ｗｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆ３．６×１０４Ｑ．ｃｍａｎｄｈｉ曲ｃａｒｒｉｅｒｍｏｂｉｌｉｔｙｕｐｔｏ５０ｃｍＺ／Ｖｓａｓｗｅｌｌａｓｏｐｔｉｍｕｍｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｆｔｅｒｅｔｃｈｉｎｇ，ｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｈｉ曲ｇｒｏｗｔｈｒａｔｅＺｎＯ：Ａ１ｆｉｌｌｓ（ａｔ１４ｋＷ）ｗｉｔｈａｈｉｇｈｒａｔｅｃｌｏｓｅｔｏ１１０ｎｍ／ｍｉｎａｎｄｎｉｃｅｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．ＯｐｔｉｍｉｚｅｄＺｎＯ：Ａ１ｆｉｌｌｓｄ
ｅｐｏｓｉｔｅｄｆｒｏｍｃｅｒａｍｉｃｔａｒｇｅｔｓｗｅｒｅａｐｐｌｉｅｄｉｎＰＣ－Ｓｉ：Ｈａｎｄａ—Ｓｉ：Ｈ／ＰＣ－Ｓｉ：Ｈｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｓｆｒｏｎｔｃｏｎｔａｃｔｓ．Ｈｉｇｈｅ妇ｃｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆ８．５％ａｎｄ１１．３％ｆｏｒｂｏｔｈｋｉｎｄｓｏｆｃｅｌｌｓｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＺｎＯ：ＡｌｆｄｍｓｗｅｒｅｄｅｐｏｓｉｔｅｄｆｒｏｍｄｕａｌｒｏｔａｔａｂｌｅｍｅｔａｌｌｉｃＺｎ：Ａｌｔａｒｇｅｔｓｂｙｒｅａｃｔｉｖｅｌｙｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｃｏｎｔｒｏｌｂｙａｐｌａｓｍａｅｍｉｓｓｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ（ＰＥＭ）ｓｙｓｔｅｍａｎｄｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ＲｅａｃｔｉｖｅｌｙｓｐｕｔｔｅｒｅｄｈｉｇｈｒａｔｅＺｎＯ：Ａｌｆｉｌｍｓ（ｃｌｏｓｅｔｏｌ１０ｎｍ／ｍｉｎ）ｗｉｔｈｌｏｗｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｃｌｏｓｅｔｏ３．３×１０１Ｑ·ｃｍａｎｄｈｉｇｌｌｍｏｂｉｌｉｔｙｕｐｔｏ４７ｃｍＺ／Ｖｓａｓｗｅｌｌａｓｈｉｇｈｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔａｓ．ｇｒｏｗｎａｎｄａＲｅｒ－ｅｔｃｈｅｄＺｎＯ：Ａｌｆｉｌｍｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｔｄｉｆｉｅｒｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｄｉｓｐｌａｙｅｄｖａｒｉｏｕｓｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ．Ａｎｏｖｅｌｃｈｅｍｉｃａｌｗｅｔｅｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉ．ｅ．ｔｈｅｅｔｃｈｉｎｇｉｓｆｉｒｓｔｉｎｄｉｌｕｔｅｄＩ－ＩＦｓｏｌｕｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｎｉｎｄｉｌｕｔｅｄＨＣｌｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｗａｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙａｐｐｌｉｅｄｔｏｅｔｃｈｈｉ吐ｒａｔｅＺｎＯ：Ａｌｆｉｌｍｓ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｄｅｐｏｓｉｔｅｄｕｓｉｎｇｅｉｔｈｅｒｔｌｉ曲ｒａｔｅｎｏｎ－ｒｅａｃｔｉｖｅｏｒｒｅａｃｔｉｖｅｓｐｕｔｔｅｒｅｄｔｅｃｌｍｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｉｒｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．ＧｏｏｄｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｎｂｏｔｈｔｙｐｅｓｏｆｈｉｇｈｒａｔｅＺｎＯ：Ａｌｆｉｌｍｓｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｈｉ曲ｒａｔｅＺｎＯ：Ａｌｆｉｌｍｓｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｎｏｖｅｌｅｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅａｐｐｌｉｅｄｉｎ雌一Ｓｉ：Ｈａｎｄ旺－Ｓｉ：Ｈ／ＰＣ—Ｓｉ：Ｈｔａｎｄｅｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｎｄｈｉ曲ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆｕｐｔｏ８．２％ａ
ｎｄ１１．４％ｗｅｒｅａｃｈｉｅｙｅｄ。ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ。ｉｔｉｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｏｕｒｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｈｉ曲ｒａｔｅＺｎＯ：Ａ１ｆｉｌｍｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓｂｙｄｕａｌｒｏｔａｔａｂｌｅｃｅｒａｍｉｃｏｒｍｅｔａｌｌｉｃｔａｒｇｅｔｓｔｏｇｅｔｈｅｒｗｉｔｈｔｈｅａｐｐｌｉｅｄｄｏｕｂｌｅｅｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｈａｓａｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒ１ｌｉ曲一ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｓｉｌｉｃｏｎｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＺｎＯ，ＴＣＯ，Ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ，Ｓｉｌｉｃｏｎｔｈｉｎ丘ｈｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ朱红兵博士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称单位备注第１章引言透明导电氧化物（ＴＣＯ）薄膜由于具有高的光透射性（主要由于大部分半导体ＴＣＯ薄膜的能隙大于３．０ｅｖ）和接近于金属电导性的特性，因此它们被广泛应用于薄膜晶体管显示（ＴＦＴ－ｄｉｓｐｌａｙ）、液晶显示（ＬＣＤ）、发光二极管（ＬＥＤ）及太阳能电池等各种光电器件中。目前的ＴＣＯ薄膜主要有氧化铟锡薄膜（Ｉｎ２０ａ：Ｓｎ，ＩＴＯ）【１—３】，氟掺杂氧化锡薄膜（Ｓｎ０２：Ｆ，ＦＴＯ）【４－８】，不同元素掺杂的氧化锌薄膜例如掺镓氧化锌（ＺｎＯ：Ｇａ）【９—１１】、掺铝氧化锌（ＺｎＯ：Ａ１）【１２．１５］、掺硼氧化锌（ＺｎＯ：Ｂ）［１１，１６．１８］、掺铟氧化锌（ＺｎＯ：Ｉｎ）［１１】、掺硅氧化锌（ＺｎＯ：Ｓｉ）【１９，２０］等。一般而言，ＩＴＯ具有高达３．７．３．８ｅＶ的宽的能隙以及高的载流子迁移率。这些优点使得ＩＴＯ薄膜成为非常优异的窗体电极材料。然而由于铟是稀有金属元素，因此ＩＴＯ的制备成本相对较高。Ｓｎ０２：Ｆ薄膜可以通过常压化学气相沉淀法（（ＡＰＣⅧ）进行制各，这种制各技术极大地降低了制备成本，因此可以广泛应用于商业用的各种光电子器件中。尽管如此，ＦＴＯ薄膜材料在氢气气氛或者在氢等离子气氛中，表面的氧原子容易与游离的氢原子或者离子发生氧化还原反应，同时金属元素依然滞留在表面，从而形成耗氧或者缺氧的表面层，这将使氧化物膜材料的透明度降低并将导致薄膜颜色发生变化［２１］。此外，ＩＴＯ也会发生同样的现象。不同的是，掺杂的氧化锌薄膜并不会出现此种情况，这是因为锌的还原反应过程和蒸发过程基本上是同时进行的［２１］。如上所述，在氢原子或者离子存在的情况下，沉积的ＳｎＯ：Ｆ薄膜和ＩＴＯ薄膜的透射率会降低并且发生颜色变化。当ＩＴＯ或者ＳｎＯ：Ｆ薄膜应用于无定形硅太阳能电池（Ⅸ一Ｓｉ：Ｈ）或者微晶硅太阳能电池（ｐｃ．Ｓｉ：Ｈ）以及无定形硅／微晶硅叠层太阳能电池（ａ．Ｓｉ：Ｈ／“ｃ．Ｓｉ：Ｈ）制备时，薄膜的透射率会降低，
从而太阳能电池对光的吸收能力随之减弱。这是因为在热丝化学气相沉积法（ＨＷＣＶＤ）或者等离子体增强化学气相沉积法（ＰＥＣＶＤ）制备无定形或者微晶硅薄膜层的过程中，氢气与硅烷一齐通入到反应腔中。当进行加热作用或者氢等离子处理时，腔体中的氢很容易与ＩＴＯ或者ＳｎＯ：Ｆ氧化锡薄膜表面的氧发生反应，从而２第１章引言大大降低了电池性能。因此为了克服这一弊病，抗氢的掺杂氧化锌薄膜材料常被广泛用于硅太阳能电池中作为前电极窗体材料。德国Ｊｉｉｌｉｃｈ研究中心光伏研究所将ＺｎＯ：ＡＩ薄膜作为硅薄膜太阳能电池的前电极［２２，２３］。而瑞士的Ｎｅｕｃｌ谊ｔｅｌ大学微技术研究所（Ⅱ订Ｔ）则采用ＺｎＯ：Ｂ薄膜［１６—１８，２４］。在硅太阳能电池中，粗糙的透明导电氧化物作为前电极能够使光发生散射，延长光程从而起到了光陷作用，从而提高电池的短路电流Ｊｓｃ及其能量转换效率。因此就光陷作用和硅薄膜太阳能电池应用而言，前电极的表面结构与光电性能需要一同考虑。低压化学气相沉积（ＬＰＣＶＤ）方法制备的ＺｎＯ：Ｂ薄膜具有金字塔状的粗糙表面结构，其特征尺寸取决于薄膜的生长条件和膜厚［１６，１８］。ＡＰＣＶＤ沉积的ＳｎＯ：Ｆ薄膜也能形成金子塔状的表面结构，尽管这一氧化物膜具有如上所述的氢敏感的这一缺点［２５］。磁控溅射沉积的初始ＡＺＯ薄膜的表面相当平滑。当其用稀盐酸溶液进行湿法刻蚀后，其表面具有大且深的陨石坑状结构【２２，２６．２８］。磁控溅射制备的ＡＺＯ薄膜经过刻蚀后，良好的表面结构与特定的沉积条件密切相关。然而产生良好结构的沉积条件只存在一定的狭窄的参数窗口。Ｋｌｕｔｈ等［２９］曾报道过基于修正的Ｔｈｏｒｎｔｏｎ模型的三种刻蚀的表面结构类型。这些表面结构类型主要取决于衬底温度和工作气压。此外，Ｂｅｒｇｉｎｓｋｉ等人［３０，３１］也研究了硅薄膜太阳能电池中靶材中铝的掺杂浓度（ＴＡＣ）对ＺｎＯ：Ａ１薄膜表面织构的影响。他们发现低掺杂浓度且具有优异的刻蚀后表面结构的ＺｎＯ：Ａ１薄膜（类型ＩＩ）必须具有高的衬底温度。鉴于Ｋｌｕｔｈ和Ｂｅｒｇｉｎｓｋｉ等人的研究，可以得出优良的刻蚀后表面结构不仅取决于衬底温度和工作气压也取决于靶材中铝的掺杂浓度。事实上，其他沉积条件诸如电功率和电压也会对刻蚀行为及薄膜的表面形貌有十分重要的影响，这些将在本论文中进行相关的讨论。降低载流子对近红外光谱区（ＮＩＲ）的光吸收从而可以有效地提高短路电流【１２，３０．３２］。降低载流子浓度的途径之一是降低靶材中铝的掺杂浓度。靶材中铝的掺杂浓度能够在Ｏ．２ｗｔ％－２ｗｔ％范围内进行变化。考虑到靶材中铝的掺杂浓度与衬底温度的关系，选择０．５ｗｔ％一１ｗｔ％之间铝的掺杂浓度及相应的合适的衬底温度等沉积条件能更好地维护溅射系统，同时也能很好地降低由于加热和第２章物理和实验背景冷却以及设备本身所引起的制备成本。一般而言，磁控溅射陶瓷靶材制备Ｚｎ
Ｏ：Ａ１薄膜这－－￥ｗｊ备工艺比较稳定。在大多数情况下，陶瓷靶材是长方形或者圆形的。由于阴极及其背面的磁体是静止的，因此靶材的利用率只能达到４０％。而靶材的其余部分将被浪费。Ｓｚｙｓｚｋａ等人［１５，３３］利用反应磁控溅射技术（采用Ｌｅｙｂｏｌｄ公司的ＴｗｉｎＭａｇ磁控溅射系统）制备了质量优良的ＺｎＯ：Ａ１薄膜。沉积过程是使用九传感器测量的氧气分压通过一个密闭的控制圈系统来调节溅射功率以促使溅射稳定地进行。因为只在反应气体流量控制阀下和过渡模式反应区进行的反应溅射沉积将不稳定。这一现象已经被Ｂｅｒｇ等报道［３４，３５］。Ｈｔｉｐｋｅｓ等人［１３，３６，３７】也系统地研究了采用中频（４０ｋＨｚ）电源激发平板金属靶并通过反应磁控溅射方法制各ＺｎＯ：Ａ１薄膜。同样，他们在过渡模式反应区获得了具有良好电学和光学特性及良好表面结构的ＺｎＯ：Ａ１薄膜。不同的是，反应磁控溅射过程是通过等离子体发射监测（ＰＥＭ）系统进行控制的，这样就能根据设定的等离子发射强度来变化氧气流量，从而确保在过渡模式反应区不同工作点的沉积稳定地进行。同样，靶材和磁体位置静止等结构特点导致低的靶材利用率。基于此，Ｓｚｙｓｚｋａｅｔａ１．［３８】改进了反应磁控溅射沉积技术（ＣｌｅａｎＭａｇｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｃｏｍｐａｎｙＬｅｙｂｏｌｄ），通过用偏心凸轮带动马达移动靶后面的磁铁位置从而改变溅射过程中的磁场，这样就大大增加了靶材的利用率。本论文系统地研究应用于硅薄膜太阳能电池中的ＺｎＯ：Ａ１薄膜。这些ＺｎＯ：Ａ１薄膜是利用旋转陶瓷靶（ＺｎＯ：Ａ１２０３＝９９．５：０．５叭％）进行非反应溅射或者利用双旋转金属靶（Ｚｎ：Ａｌ＝９９．５：０．５嘶％）进行反应磁控溅射制备而得。由于在溅射的过程中靶的旋转，这两种溅射技术都极大地提高了靶材的利用率。作为一种重要的透明导电氧化物，我们研究了ＺｎＯ：Ａ１薄膜的光学和电学性质。与此同时，因为本论文研究的ＺｎＯ：ＡＩ薄膜将应用于硅薄膜太阳能电池，所以我们对初始的和经过化学湿法刻蚀后的ＺｎＯ：Ａ１薄膜的表面结构也进行了系统的研究。４第１章引言本论文的结构如下：１．第一章对本论文背景做了一个简单的介绍。２．第二章介绍ＺｎＯ：Ａ１薄膜的性质、制备以及应用等方面相关的物理背景和理论。３．第三章重点介绍ＺｎＯ：Ａ１薄膜的制备方法、实验设备和表征手段。４．第四章采用中频磁控溅射方法从双旋转陶瓷靶中制备ＺｎＯ：Ａ１薄膜。研究了衬底温度和工作气压两个主要参数对ＺｎＯ：Ａ１薄膜的影响，同时研究了其它溅射条件如氩气流量和氧气流量对ＺｎＯ：Ａ１薄膜各属性的影响。采用化学湿法刻蚀方法（将薄膜放入稀ＨＣｌ（０．５％））刻蚀ＺｎＯ：Ａ１薄膜并研究其表面结构属性。此外，研究了大面积ＺｎＯ：Ａ１薄膜在厚度、电学特性以及刻蚀行为方面的均匀性特性。通过在
不同的磁场状态下静态沉积ＺｎＯ：Ａ１薄膜来研究磁场对薄膜各种属性的影响。最后，刻蚀的不同ＺｎＯ：Ａ１薄膜应用于硅薄膜太阳能电池作前电极以检验其最终的功效。５．第五章研究反应磁控溅射方法从双旋转金属靶中制备ＺｎＯ：Ａ１薄膜。所有的ＺｎＯ：Ａ１薄膜都是在过渡模式反应区的不同工作点以及不同的溅射电功率下（４。１０ｋｗ）进行制备的，这一沉积过程是通过等离子发射监测（ＰＥＭ）系统进行控制的。此外，我们也研究了工作气压和衬底温度对反应溅射的ＺｎＯ：Ａ１薄膜的影响。６．第六章应用一种新的化学湿法刻蚀方法对高速沉积的ＺｎＯ：Ａ１薄膜进行刻蚀研究，其薄膜包括在１４ｋＷ下采用非反应磁控溅射从双旋转陶瓷靶中沉积的ＺｎＯ：Ａ１薄膜和在１０ｋＷ条件下通过反应磁控溅射从双旋转金属靶中沉积的ＺｎＯ：Ａ１薄膜。通过新刻蚀方法优化后得到的ＺｎＯ：Ａ１薄膜同样被应用于斗ｃ．Ｓｉ：Ｈ和仪．Ｓｉ：Ｈ／ｇｃ．Ｓｉ：Ｈ叠层太阳能电池以检验反应溅射沉积的ＺｎＯ：Ａ１薄膜特别是高速沉积的ＺｎＯ：Ａ１薄膜在硅薄膜太阳能电池中的应用潜力。７．第七章对全文做了一个总结并就未来的研究做了展望。第２章物理和技术背景这一章将简单介绍ＺｎＯ：Ａ１薄膜这一透明导电氧化物薄膜（ＴＣＯ）的物理和相关技术背景以及它们在硅薄膜太阳能电池中的特殊应用。第一部分简单介绍氧化锌薄膜的一些基本属性如晶粒结构、光学性能和电学性能等的一些信息。第二部分主要是关于ＺｎＯ：Ａ１薄膜的制备，将重点介绍采用磁控溅射方法从陶瓷靶材和金属靶材中制备ＺｎＯ：Ａ１薄膜。随后，我们将介绍与ＺｎＯ：Ａ１薄膜的表面结构相关的刻蚀方法和刻蚀行为。由于在本论文中研究的ＺｎＯ：Ａ１薄膜应用于硅太阳能电池，因而最后一节介绍了硅薄膜太阳能电池的制各、器件结构及其相关的表征手段。２．１ＺｎＯ：ＡＩ薄膜的各种属性ＺｎＯ：Ａ１薄膜常用作各种光电子器件如发光二极管的透明电极（ＬＥＤ），平板显示器（ＦＰＤ），铜铟镓锡太阳能电池（ＣＩＧＳ）和硅薄膜太阳能电池等光电器件的透明电极。由于ＺｎＯ：Ａ１薄膜具有优异的光电性能、良好的稳定性及其特殊用途，因此它可以替代Ｉｎ２０３：Ｓｎ（ＩＴＯ）和ＳｎＯ：Ｆ（ｖｒｏ）等ＴＣＯ薄膜，从而受到广泛的关注。许多研究人员一直致力于ＺｎＯ：Ａ１薄膜的光电学性能、结构、应用及其制备方法等各方面的研究［１５，３０，３２，３７，３９．４４】。在接下来的部分，我们将逐次介绍ＺｎＯ：Ａ１薄膜的不同属性如晶粒结构、电学特性和光学特性等。２．１．１晶粒结构图２．１为ＺｎＯ六角纤锌矿晶体结构，它是最稳定、最常见的一种大气氛围下的晶体结构。这种结构的ＺｎＯ由锌原子和氧原子两组六角排列的双原子层堆积组成。Ｃ轴是一个各向异性的、六角晶格对称轴并垂直于（００１）晶面。晶格常数分别为Ｃ／０＝３．２５Ａ和ＣＯ＝５．２１Ａ。每个锌原子与四个氧原子在相互成键并
形成四面体晶格。与之相反，每个氧原子与四个锌原子也相互成键形成四面体晶格。此外，沿Ｃ轴方向的同一平面具有相同类型的原子。例如，所有的锌原子６第２章物理和实验背景都位于相互平行的平面上。纤锌矿晶体结构的ＺｎＯ通常有两个不同的朝向空气的面即锌终极面和氧终极面。ＺｎＯ图２－１氧化锌（ＺｎＯ）的纤锌矿结构（来自ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｚｉｎｃｏｘｉｄｅ）。Ｆｉｇ．２－１Ｗｕｒｔｚｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｚｉｎｃｏｘｉｄｅ（ｆｒｏｍｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｚｉｎｃｏｘｉｄｅ）．２．１．２电学特性我们经常用Ｄｒｕｄｅ的自由电子气模型［４５］来解释透明导电氧化物相关的电学性能。尽管这个模型很简单同时也忽略了电子与离子之间的和电子与电子间等相互作用，但这个模型对半导体透明导电氧化物薄膜的部分属性却很适用。ＴＣＯ的电阻率通常可以用如下公式进行表达：１Ｐ＝—二（２—１）ｅｎｐ其中ｅ为所带电荷，刀为载流子浓度，Ⅳ为载流子迁移率。我们将在下文对载流子浓度和载流子迁移率进行详细介绍。载流子浓度符合化学计量比的ＺｎＯ是～种带隙在３．２－３．４ｅＶ之间的半导体，它的费米第２章物理和实验背景７能级基本上位于带隙的中部。因此为了产生导电性，电子在光照和热辐射激发下不得不穿越半个禁带区域。另外～种使导电更容易的方法就是对符合化学计量比的ＺｎＯ进行掺杂。经过掺杂后，费米能级将向价带或者导带移动，电子或空穴很容易发生跃迁。然而，由于ＺｎＯ的特殊晶粒结构，它一般为ｎ型半导体材料，主要由于ｐ．型杂质不容易替换晶体结构中的相关原子，同时它们也可能会被周围的１３型杂质所补偿，因此很难形成Ｐ型ＺｎＯ。对于ｎ型的ＺｎＯ薄膜而言，可以通过两种途径对其进行掺杂，一种是本征掺杂，另外一种是外部掺杂。（ａ）本征掺杂：对于ＺｎＯ薄膜，其内掺杂剂主要是间隙锌原子和氧空位，而这些内掺杂剂主要来源于特殊的沉积过程或者后处理的过程并且与沉积方法密切相关。特别当采用磁控溅射方法从未掺杂的陶瓷靶材制备本征ＺｎＯ薄膜时，低的衬底温度和高的工作气压有利于间隙锌原子的形成。因为低的衬底温度和高的工作气压可以阻止和减少锌原子的解吸附作用从而使锌原子／氧原子比率变高。反之，高的衬底温度和低的工作气压导致高的锌原子的解吸附效应及分子泵大的抽气作用［４３，４６］使得锌原子相对减少而氧空位增多。此外，电功率或者电功率密度以及其他其它因素也一起影响着载流子的浓度。对于反应溅射，情况会更复杂些。作为主要的溅射沉积条件如Ａｒ／０２的比率、工作气压、衬底温度及电功率密度必须同时考虑。不同的沉积条件导致不同的Ｚｎ／Ｏ原子比，从而导致了包括载流子浓度［３９］在内的各电学特性的变化。对于一般的生长方法而言，本征掺杂是不可避免的。对于用金属有机化学气相沉积法（ＭＯＣ
Ⅷ）制备的外延生长的氧化锌，它们可以被严格控制其计量比，因此极大程度地减少本征掺杂。后处理对本征ＺｎＯ薄膜的影响则决定于后处理过程中的环境及处理条件等因素［４６］。无论如何，本征ＺｎＯ薄膜的载流子浓度都很低（＜１０１。７ｃｍ。），导致电阻率很高，因此本征ＺｎＯ薄膜并不适合做透明半导体电极材料。佃）外部掺杂：为了得到良好电学性能的ＺｎＯ薄膜，高的载流子浓度是必要的。因此对ＺｎＯ进行掺杂是提高载流子浓度最有效的方法之一。氧化锌一般用铝、镓、铟、镁等对其进行掺杂。这些原子取代晶格中的锌原子作为施主杂质，形成的掺杂ＺｎＯ膜则是１１型半导体。正如上面提到的，ＺｎＯ很难进行Ｐ型掺杂。为了达到良好的掺杂效应，掺杂原子必须具备一定的要求。杂质原子半径必须与被取８第２章物理和实验背景代原子的半径差不多，否则晶格将严重破坏，无序和移位等作用将会导致薄膜出现更多缺陷。此外还需注意杂质浓度和掺杂程度。因为杂质太多会导致过度掺杂，它将导致有一部分的掺杂原子并不能替代锌原子反而成为缺陷。如果杂质太少，将起不到有效掺杂的作用。因此合适的掺杂浓度将有效地提高薄膜的电学特性。许多研究者们在这方面做了大量的工作并取得了许多有意义的结果。此外，掺入的杂质原子一定不能与被掺杂材料中的原子或者离子发生反应。如果掺杂原子与被替代原子或者非取代的原子（或离子）发生反应，它们可能会形成其它的材料。结果它们将不会对载流子浓度有贡献【４３】，相反，可能成为晶粒中的缺陷阻碍载流子的移动。当掺杂金属氧化物例如本研究中的ＺｎＯ的浓度合适，载流子浓度可以高达６ｘ１０２０ｃｍ。３［４７】。与非掺杂的ＺｎＯ相比，掺杂ＺｎＯ薄膜的费米能级将向导带移动。因此很小的能量就能把电子从施主态激发到导带。这种掺杂的高电导性的氧化锌薄膜可以视为金属。ＺｎＯ从难激发到容易激发的转换发生在理论上模型的Ｍｏｒｔ临界点：‰１／３·ａＢ≈０．２’ （２．２）其中，ｚ篡为临界载流子密度，而％为波尔半径，其表达式如下：ａＢ：竺粤－－－－Ｏ２瓦丽（２．３）【，２－３）其中ｓ为静介电常数，其值为８．６５６，毛为真空介电常数，ｈ为普朗克常量，ｅ和绣分别为电荷数及电子的有效质量。此外，绣＝ｏ．２４ｍ，【４１］，ｍｅ茭－Ｊ静态电子质量。氧化锌的波尔半径为ａｏ≈１．７ｎｍ，从Ｊ］百ｎ＞ｌ＇ｌｃｒｉｔ≈５ｘ１０１８ｃｍ－３。因此掺杂的具有高的载流子浓度ＺｎＯ薄膜（大于５ｘ１０１８ｔｉｎ‘３）可视为金属。基于自由电子气模型理论，最高能量耳被称之为费米能级：
异质结太阳能电池综述
异质结太阳能电池研究现状 一、引言： 进入21世纪，传统的化石能源正面临枯竭，人们越来越认识到寻求可再生能源的迫切性。据《中国新能源与可再生能源发展规划1999白皮书统计，传统化石能源随着人们的不断开发已经趋于枯竭的边缘，各种能源都只能用很短的时间，石油：42年，天然气：67年，煤：200年。而且，由于大量过度使用这些能源所造成的环境污染问题也日益严重，每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，二氧化碳的过度排放是造成全球气候变暖的罪魁祸首；空气中大量二氧化碳、粉尘含量已严重影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。正是因为这些问题的存在，人们需要一种储量丰富的洁净能源来代替石油等传统化石能源。而太阳能作为一种可再生能源正符合这一要求。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，若把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量就可达5.6×1012千瓦小
时。而我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年1700亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的前景非常广阔。在太阳能的有效利用中,太阳能光电利用是近些年来发展最快,最具活力的研究领域,是其中最受瞩目的项目之一。太阳能电池的研制和开发日益得到重视。本文简要地综述了各种异质结太阳能电池的种类及其国内外的研究现状。 二、国外异质结太阳能电池 1、TCO/TiO2/P3HT/Au三明治式结构的p-n异质结的太阳能电池 2005年5月份，Kohshin Takahashi等发表了TCO/TiO2/P3HT/Au三明治式结构的p-n异质结的太阳能电池，电池结构如图1。 图1 ITO/PEDOT:PSS/CuPc/PTCBI/Al结构太阳能电池 简图 图2 TCO/TiO2/P3HT/Au电池结构示意图 同时采用了卟啉作为敏化剂吸收光子，产生的电子注入
异质结电池项目可行性研究报告
异质结电池项目可行性研究报告 xxx实业发展公司
摘要 光伏行业的发展具备两大推动力：政策波动以及技术进步。从全 球来看，光伏行业发展的周期性波动主要受政策驱动。从中国来看， 中国光伏产业的崛起离不开技术进步的推动。 异质结是光伏行业的第五次技术革命。后PERC时代：1）在PERC 的基础上进行持续的工艺改进，称之为“PERC+”技术；2）对PERC工 艺进行了颠覆的异质结电池，这类技术的优势是光电转换效率高，代 表行业下一代技术的发展方向。 相较于传统电池，异质结电池生产工艺步骤大幅减少，主要工艺 仅4步，分别为制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO制备、电极制备，对应设备为制绒机、HWCVD/PECVD、PVD/RPD、丝网印刷+烧结炉。 非晶硅薄膜沉积为异质结生产核心工艺，设备为等离子化学气相 沉积（PECVD）、热丝化学气相沉积（Cat-CVD/HWCVD）等。非晶硅沉 积设备主流供应商包括1）海外供应商：美国应用材料、瑞士梅耶博格、韩国周星、日本真空等；2）国内供应商：国内理想能源在该领域具备 较强竞争力，钧石实现设备自供，捷佳伟创、迈为股份等也正积极布 局该领域。
2018年以来宣布的异质结重要新建项目，包括爱康集团5GW高效 异质结电池项目，预计总投资为106亿元；钧石5GW异质结太阳能电 池制造基地，其中一期规划2GW；山煤国际与钧石签订合作协议，双方共建10GW异质结太阳能电池生产基地等。此外，近期动工的项目包括 晋锐5GW，规划投资125亿元；东方日升2.5GW项目，投资额33亿元等。 海外异质结电池产能规划约4.56GW，其中，已投产项目约1.76GW。海外方面，产能主要集中于日本Panasonic、美国SolarCity等。近日，全球光伏设备龙头梅耶博格宣布，已与北美一家太阳能电池制造企业 签订异质结核心设备重要合同，合同金额约7亿元人民币，彰显海外 扩张节奏也有所提速。 基于以下假设对HJT设备市场空间进行测算：1）考虑到下游装机 需求，假设2019-2022年全球光伏电池片产能年均增速为15%；2）基 于2019年HJT预计扩产计划1.5GW；参考PERC产能在2016-2018年新增10GW、20GW、30GW，假设2020Q3异质结设备降本及银浆国产化进度如预期，即到2020Q3年异质结将迎来第一波扩产高潮，假设2020-2022年HJT新增产能为10GW、20GW、30GW。3）长期来看，预计2025 年异质结扩产高点将达到100GW。一方面，2019年PERC扩产达到45GW，
太阳能电池发展现状综述
太阳能电池发展现状综述 摘要：随着社会的发展，传统能源消耗殆尽,能源越来越收到重视。其中发展前景最为广阔的莫过于太阳能。太阳能绿色环保，因此逐渐受到了人们的普遍重视。太阳能已成为新能源领域最具活力的部分，世界各国都致力于发展太阳能。本文主要阐述了太阳能电池的发展历程，太阳能电池的种类，太阳能电池的现状以及发展前景. 关键词：太阳能电池；太阳能电池种类；发展现状； Narration on the Current Situation of Solar Battery Abstract:With the development of society, traditional energy will be used up in a short time.Eneygy are being payed more and more attention.And the solar energy is the most promising.Because of its’environmental protection,it gets widespread attention. Solar energy has become the most vibrant part among the new energy field,and all countrise tried their best to develop solar energy.This article mainly explains the development of solar battery,the types of solar battery,curent situation of solar battery and its’ prospect. Key Words:solar battery; types of solar battery; curent situation of solar battery 1引言 随着经济的发展，能源的重要性日趋凸显。但是石油、煤等不可生起源消耗殆尽，人们开始探索新的能源。太阳能取之不尽用之不竭，因此受到了人们的亲睐。在太阳能电池领域中，太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域[1]．太阳能电池的研制和开发日益得到重视．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的光电子转化反应。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：①硅太阳能电池；②以无机盐如砷化镓Ⅲ一V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；③纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：①半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率；③材料本身对环境不造成污染；④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，硅是最理想的太阳能电池材料[2]．这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因. 本文简要地综述了太阳能电池发展进程，太阳能电池的种类，以及发展现状，并讨论了太阳能电池的发展趋势。 2太阳能电池现状及其前景
高效异质结太阳能电池产业化观察
高效异质结太阳能电池产业化观察 1异质结电池的技术前景及产业政策 1.1技术前景 从最新的市占率预测来看，异质结（简称HIT，SHJ，SJT等）电池在10年内都将是小众市场，预计5年内市占率在5%-7%之间。按照2016年72GW（中国53GW）的全球出货量和15%的平均增长率，5年后的2022年将达到144GW（中国106GW）的年全球出货量，其中HIT技术产品占7-10GW（中国5-7GW）。 图1.晶硅电池技术市占率预测 目前国际和国内布局HIT电池技术的厂商及其产能情况如下： 生产商电池效率产能产业规划 松下22.50% 1GW 因日本产业链不完善，成本居高不下。 上澎21.80% 40MW 国内运营最长的1条量产线，计划扩产至120MW。 新日光22.00% 50MW 2017年底扩张到50MW，目标23%效率。 新奥21.60% 80MW 产能陆续扩张中，计划到400MW 赛昂21.50% 30MW 被Solarcity收购，在美国有1GW电池规划。 国电21.50% 80MW 被中环收购，有1GW扩产计划。 钧石22.50% 100MW 总产能规划600MW，目前一期调试中。 中智22.00% 200MW 规划1.2GW产能，目前2条线轮调中。 晋能--- 100MW 规划2GW产能，设备采购中。 汉能--- 60MW 规划600MW产能。 表1.HIT电池主要厂商及其产能情况统计
按照上表给出的产能计算，未来5年内全球HIT电池产能将达到8GW左右，其中大陆产能占绝对多数，约为7GW。另外，国电投、亿晶光电、合金盛等公司也在计划上马HIT电池技术，实际产能可能会更大。 从以上分析来看，业内业已进入的HIT厂家几乎将全球HIT产品的市场瓜分殆尽。新入者必须在着力产品研发的同时，努力挖掘HIT的应用市场。鉴于HIT技术的成本较高，高昂的产品售价必将令市场开拓存在巨大的困难，其可能的市场领域包括：美日欧等发达市场需求、中国超级领跑者项目、新能源汽车领域、其他高效产品应用领域。 1.2 技术路线图 图2.2017年最新的晶硅电池效率路线图 从最新的电池效率路线图来看，HIT电池技术处于排名第二的高效晶硅技术，仅次于IBC技术。但HIT电池的效率与P型PERC、N型PERT的效率差异没能显著拉开（高1%），鉴于P 型PERC技术的规模化应用正在急速扩张之中，而HIT电池技术的产业配套尚有很多需要完善。
异质结发展现状和原理
异质结发展现状及原理 pn结是组成集成电路的主要细胞。50年代pn结晶体管的发明和其后的发展奠定了这一划时代的技术革命的基础。pn结是在一块半导体单晶中用掺杂的办法做成两个导电类型不同的部分。一般pn结的两边是用同一种材料做成的(例如锗、硅及砷化镓等)，所以称之为“同质结”。如果把两种不同的半导体材料做成一块单晶，就称之为“异质结“。结两边的导电类型由掺杂来控制，掺杂类型相同的为“同型异质结”。掺杂类型不同的称为“异型异质结”。另外,异质结又可分为突变型异质结和缓变型异质结,当前人们研究较多的是突变型异质结。 1 异质结器件的发展过程 pn结是组成集成电路的主要细胞,50年代pn结晶体管的发明及其后的发展奠定了现代电子技术和信息革命的基础。 1947年12月,肖克莱、巴丁和布拉顿三人发明点接触晶体管。1956年三人因为发明晶体管对科学所做的杰出贡献,共同获得了科学技术界的最高荣誉——诺贝尔物理学奖。 1949年肖克莱提出pn结理论,以此研究pn结的物理性质和晶体管的放大作用,这就是著名的晶体管放大效应。由于技术条件的限制,当时未能制成pn结型晶体管,直到1950年才试制出第一个pn结型晶体管。这种晶体管成功地克服了点接触型晶体管不稳定、噪声大、信号放大倍数小的缺点。 1957年,克罗默指出有导电类型相反的两种半导体材料制成异质结,比同质结具有更高的注入效率。 1962年,Anderson提出了异质结的理论模型,他理想的假定两种半导体材料具有相同的晶体结构,晶格常数和热膨胀系数,基本说明了电流输运过程。
1968年美国的贝尔实验室和苏联的约飞研究所都宣布做成了双异质结激光器。 1968年美国的贝尔实验室和RCA公司以及苏联的约飞研究所都宣布做成了GaAs—AlxGal—。As双异质结激光器l；人5)．他们选择了晶格失配很小的多元合金区溶体做异质结对． 在70年代里，异质结的生长工艺技术取得了十分巨大的进展．液相夕随(LPE)、气相外延(VPE)、金属有机化学气相沉积(MO—CVD)和分子束外延(MBE)等先进的材料生长方法相继出现，因而使异质结的生长日趋完善。分子束外延不仅能生长出很完整的异质结界面，而且对异质结的组分、掺杂、各层厚度都能在原子量级的范围内精确控制。 2 异质结的结构、原理、 异型异质结 两块导电类型不同相同的半导体材料组成异质结称为异型异质结，有pN和Pn 两种情况，在这里只分析pN异质结。两种材料没有接触时各自的能带如图所示。接触以后由于费米能级不同而产生电荷转移，直到将费米能级拉平。这样就形成了势垒，但由于能带在界面上断续，势垒上将出现一个尖峰．如图3．2m。我们称这一模型为Anderson模型。
c-Si异质结结构太阳能电池设计分析(精)
a -S i /c -S i 异质结结构太阳能电池设计分析 * 林鸿生马雷 (中国科学技术大学物理系 , 合肥 , 230026 2001-09-10收稿 , 2002-01-14收改稿 摘要 :通过应用 S c h a r f e t t e r -G u m m e l 解法数值求解 P o i s s o n 方程 , 对热平衡态 a -S i /c -S i 异质结太阳能电池进行计算机数值模拟分析 , 着重阐述在 a -S i /c -S i 异质结太阳能电池中嵌入 i (a -S i :H 缓冲薄层的作用 , 指出采用嵌入 i (a -S i :H 缓冲薄层设计能有效增强光生载流子的传输与收集 , 从而提高 a -S i /c -S i 异质结太阳能电池的性能 , 同时还讨论 p + (a -S i :H 薄膜厚度和 p 型掺杂浓度对光生载流子传输与收集的影响 , 而高强度光照射下模拟计算表明 , a -S i /c -S i 异质结结构太阳能电池具有较高光稳定性。关键词 :异质结太阳能电池 ; 牛顿-拉普森解法 ; 氢化非晶硅隙态密度 ; 载流子收集中图分类号 :T M 9 14. 42文献标识码 :A 文章编号 :1000-3819(2003 04-470-06 A n a l y s i s o f t h e D e s i g nf o r a -S i /c -S i H e t e r o j u n c t i o n S t r u c t u r e S o l a r C e l l s L I N H o n g s h e n g MA L e i
(完整版)钙钛矿太阳能电池研究综述
钙钛矿太阳能电池 引言 21世纪以来，人口急剧增长，能源和环境问题日益明显。目前，人们主要消耗的是不可再生能源，例如煤、天然气、石油等化石燃料。而未来人类还需大量的能源，故人类正在积极开发新能源。 而太阳能具有清洁、无污染、分布广并且能量充分，是目前广大科研人员的研究重点。而光伏为开发太阳能的主要对象，主要其具有安全、清洁、成本低廉等优点。目前，市场上主要为第一代硅基太阳能电池，大约占了90%，其余的约10%被CdTe和GIGS为代表的第二代薄膜太阳能电池所占据。然而，硅基太阳能电池在原材料和制造上，其成本都比较高，工艺较复杂。因此，人们正在努力开发高效率、低成本的新型太阳能电池。如钙钛矿太阳能电池[1]。 近年来，钙钛矿太阳能电池由于光电效率高，工艺简单等一些优异性能而受到人们的广泛关注。现如今广大研究人员正在大力研究，开发钙钛矿太阳能电池，其光电转化效率正在不断突破、提高，有可能达到甚至超过单晶硅太阳电池（25.6%）的水平。其中钙钛矿太阳能电池的光电转化效率被证实已达到了20. 1%[2]，这项重大的成就于2013 年度，成功被Science 评选为十大科学突破之一[3]。 一钙钛矿太阳能电池的发展历程 人们从十年以前就开始研究钙钛矿型结构化合物，刚开始由于其具有优异的光子传导性以及半导体特性，而被应用于薄膜晶体管和有机发光二极管中。[4] 2009 年，Miyasaka 等[5]首先制得钙钛矿结构的太阳能电池，它主要是以 CH3NH3PbBr 3和CH 3 NH 3 PbI 3 为光敏化剂。这成功地跨出了钙钛矿太阳能电池发展的 第一步，也为钙钛矿太阳能电池发展奠定了重要的基础。 2011年，Park 等[6]以CH 3NH 3 PbI 3 为光敏化剂，通过改善工艺及优化原料组 分比，成功制备了光电转化效率为6. 54%的钙钛矿太阳能电池，其结构和性能得到了一定的提升。
硅基太阳能电池的发展及应用
.. 硅基太阳能电池的发展及应用 摘要：太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条新的出路，本文介绍了硅基太阳能电池的原理，综述了硅基太阳电池的优点与不足，以及硅基太阳能电池和其他太阳能电池的横向比较，硅基太阳能电池在光伏产业中的地位，并展望了发展趋势及应用前景等。 关键词：硅基太阳能电池转换效率 1引言 二十一世纪以来，全球经济增长所引发的能源消耗达到了空前的程度。传统的化石能源是人类赖以生存的保障，可是如今化石能源不仅在满足人类日常生活需要方面捉襟见肘，而且其燃烧所排放的温室气体更是全球变暖的罪魁祸首。随着如今全球人口突破70亿，能源的需求也在过去30年间增加了一倍。特别是电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增长迅速。中国政府己宣布了其在哥本哈根协议下得承诺，至2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40% --45%，非化石能源占一次能源消费的比重提高至少15%左右【6】。 目前太阳能电池主要有以下几种：硅太阳能电池，聚光太阳能电池，无机化合物薄膜太阳能电池，有机化合物薄膜太阳能电池，纳米晶薄膜太阳能电池，叠层薄膜太阳能电池等，其材料主要包括产生光伏效应的半导体材料，薄膜衬底材料，减反射膜材料等【5】。
（图1：太阳能电池的种类） 太阳电池的基本工作原理是：在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子左穴对，也称光生载流子。这样形成的光生载流子由于热运动，向各个方向迁移。光生载流子在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。因此，在p-n结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分要抵消内建电场以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏特效应(简称光伏)。
太阳能电池的工作原理、工作效率、制造太阳能的材料及大致构造
引言太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。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，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染；4、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，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。 1 硅系太阳能电池 1.1 单晶硅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的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，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，开发的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*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。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，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的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm X 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm X 5cm）转换效率达8.6%。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，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的繁琐的电池工艺影响，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的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 1．2 多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，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更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，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（LPCV D）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和
有机体异质结太阳能电池的数值分析
有机体异质结太阳能电池的数值分析 邢宏伟 彭应全 杨青森 马朝柱 汪润生 李训栓 (兰州大学物理科学与技术学院,兰州 730000)(2008年1月20日收到;2008年4月15日收到修改稿) 介绍了一种有机体异质结太阳能电池的数值模拟方法,模型使用Onsager 提出的成对复合理论,并结合了完善的无机半导体理论而提出来的,其结果与实验结果符合较好,证明了模型的正确性.在此基础上分析了器件的内建电场与工作温度对器件性能的影响,以及影响器件光电流的主要因素. 关键词:有机太阳能电池,体异质结,数值分析 PACC :8630J ,7115Q ,7125 通讯联系人.E 2mail :yqpeng @https://www.wendangku.net/doc/6f7188349.html, 11引言 有机太阳能电池利用有机半导体薄膜作为光电活性介质,由于具有容易加工、价格低廉并能制作大面积柔性器件等优点而备受关注.自从人们发现处于基态非简并态的共轭聚合物与富勒烯之间有光诱导电子转移发生以来, [1,2] 这些材料已经被考虑应用 于制作大面积的可折叠的太阳能电池.体异质结(BH J )结构太阳能电池与传统双层异质结太阳能电池相比,克服了几何界面的影响,即只有在pn 结附近吸收的光子才对光电流有贡献 [3,4] ,而是将电子受体材料和给体材料混合形成可传输电荷的渗透网格,从而大幅度提高了短路电流值 [5,6] .太阳能电池 的转换效率接近5%,使其比双层结构有更大的开发前途,因此被认为是光伏器件的主要发展趋势[7] . 体异质结太阳能电池吸收光子产生光电流的主要机理是给体材料和受体材料接触面处吸收光子产生激子,在接近给体2受体接触面的区域的激子扩散同时以极快的速度分离为成对出现的给体里的空穴和受体里的电子 [8,9] .但是由于有机材料的介电常量 (εr =2— 4)与无机材料相比较低,使得激子没有像无机半导体中马上分离成电子和空穴,而是牢牢的被库仑力约束在一起.为了产生光电流,激子必须分离成能够自由移动的载流子,并在完全复合成为基态激子之前,移动至电极,被电极俘获,这样才能形 成光电流. 本文以Onsager [10] 的成对复合理论和较完善的 无机半导体相关理论为基础,研究有机体异质结太 阳能电池的数值模型.该模型包含了载流子的产生、复合、漂移和扩散等重要物理机理.模型的数值计算与实验结果符合较好. 21理论与模型 有机体异质结太阳能电池器件通过金属2有机 半导体2金属的图像来描述,其能级分布及电子与空穴传输如图1所示.半导体材料的导带底和价带顶分别是受体物质最低未占据分子轨道(LUMO )和给体物质的最高占据分子轨道(H OMO ).受体的LUMO 与给体的H OMO 的能量之差为其带隙(E gap ).电子与空穴的复合用Langevin 提出的双分子复合理论来 表述[11] .由于器件有机层非常薄(100nm 左右),我们假定器件中吸收光子产生激子的产生速率(G max )是相同的. 自由电荷载流子的产生可分为两个阶段,如图2所示:首先,给体内有机层吸收光子产生束缚电子空穴对(激发态激子).激子的结合能大约为012—110eV ,高于相应的无机半导体激发产生的激子的结合能,所以不会像无机半导体激子可以自动离解形成自由移动的电子和空穴,而是需要电场驱动激子才能离解.在给体2受体的界面处电场较大,激子比较容易离解.可以看出,在有机体异质结太阳能电 第57卷第11期2008年11月100023290Π2008Π57(11)Π7374206 物 理 学 报 ACT A PHY SIC A SI NIC A V ol.57,N o.11,N ovember ,2008 ν2008Chin.Phys.S oc.
异质结电池专题报告
异质结电池专题报告
目录 1. HIT 电池性能优异，商业化节奏提速 (3) 1.1 HIT：一种非晶硅与晶硅材料相结合的高效电池技术 (3) 1.2 商业化节奏提速，多家公司进入HIT 领域 (5) 2. 转换效率提升空间大，HIT 有望成为下一代主流技术 (7) 2.1 “补贴退出+政策引导”推动电池技术向高效化迭代 (7) 2.2 HIT 转换效率优势明显，有望替代PERC 成为下一代主流技 术 (13) 2.3 可叠加其他高效电池技术，转换效率提升空间大 (15) 3. 工艺流程大幅简化，设备国产化速度加快 (19) 3.1 HIT 制备工艺仅需四步，非晶硅/TCO 薄膜沉积设备壁垒较 高 (19) 3.2 制绒、清洗：RCA/O3，YAC 为主要设备供应商 (24) 3.3 非晶硅膜沉积：PECVD/HWCVD，HIT 电池制备的核心环节 (27) 3.4 TCO 膜沉积：PVD/RPD，短期内PVD 是主流 (30) 3.5 电极金属化：丝网印刷/电镀铜，丝网印刷国产化程度高.. 32
4. 浆料环节成本下降空间大，低温银浆、靶材技术壁垒较高 (36) 4.1 低温银浆、靶材在浆料成本中占比较高 (36) 4.2 低温银浆：国产化及电极工艺进步是降本关键 (38) 4.3 靶材：工艺技术要求高，初步实现国产化 (40) 5. 多途径提升HIT 经济性，2022 年LCOE 有望与PERC 持平43 5.1 产业化前期成本尚高，多途径降本提升HIT 电池经济性.43 5.2 经济性快速提升，量产边际条件到来 (48) 6. 投资标的推荐 (49) 6.1 通威股份（600438） (49) 6.2 山煤国际（600546） (51) 6.3 捷佳伟创（300724） (53) 6.4 迈为股份（300751） (55) 6.5 金辰股份（603396） (57)
异质结
异质结 百科名片 异质结，两种不同的半导体相接触所形成的界面区域。按照两种材料的导电类型不同，异质结可分为同型异质结（P-p结或N-n结）和异型异质(P-n 或p-N)结，多层异质结称为异质结构。通常形成异质结的条件是：两种半导体有相似的晶体结构、相近的原子间距和热膨胀系数。利用界面合金、外延生长、真空淀积等技术，都可以制造异质结。异质结常具有两种半导体各自的PN结都不能达到的优良的光电特性，使它适宜于制作超高速开关器件、太阳能电池以及半导体激光器等。 目录[隐藏] [编辑本段] 基本特性 所谓半导体异质结构，就是将不同材料的半导体薄膜，依先后 异质结 次序沉积在同一基座上。例如图2所描述的就是利用半导体异质结构所作成的雷射之基本架构。半导体异质结构的基本特性有以下几个方面。 (1) 量子效应：因中间层的能阶较低，电子很容易掉落下来被局限在中间层，而中间层可以只有几十埃（1埃＝10-10米）的厚度，因此在如此小的空间内，电子的特性会受到量子效应的影响而改变。例如：能阶量子化、基态能量增加、能态密度改变等，其中能态密度与能阶位置，是决定电子特性很重要的因素。 (2) 迁移率(Mobility)变大：半导体的自由电子主要是由于外加杂质的贡献，因此在一般的半导体材料中，自由电子会受到杂质的碰撞而减低其行动能力。然而在异质结构中，可将杂质加在两边的夹层中，该杂质所贡献的电子会掉到中间层，因其有较低的能量（如图3所示）。因此在空间上，电子与杂质是分开的，所以电子的行动就不会因杂质的碰撞而受到限制，因此其迁移率就可以大大增加，这是高速组件的基本要素。 (3)奇异的二度空间特性：因为电子被局限在中间层内，其沿夹层的方向是不能自由运动的，因此该电子只剩下二个自由度的空间，半导体异质结构因而提供了一个非常好的物理系统可用于研究低维度的物理特性。低维度的电子特性相当不同于三维者，如电子束缚能的增加、电子与电洞复合率变大，量子霍尔效应，分数霍尔效应[1]等。科学家利用低维度的特性，已经已作出各式各样的组件，其中就包含有光纤通讯中的高速光电组件，而量子与分数霍尔效应分别获得诺贝尔物理奖。
太阳能电池的研究与发展
太阳能电池的研究与发展 文献综述 摘要：能源是人类不可忽视的一个问题，因为它同我们的生活息息相关并且制约着未来经济的发展。面临非可再生能源被大规模地开采利用，其储量越来越少，总有枯竭之时这样一个现实问题，可再生能源显得尤为重要，因为可再生能源可以循环再生，不因长期使用而减少。而我国作为一个能耗大的国家，考虑到我国资源情况及国际环境和我国的环境状况，若到22世纪初不能用核能、太阳能等这些非化石能源代替化石能源，那么我们国家、我们民族的发展都会受到严重的影响。 太阳能具有环境友好、与之不尽用之不竭等特点，由此在可再生能源中的位置得以突显。而本文选择从光伏发电这个方面来说明太阳能电池的研究与发展。讲述了太阳能光伏发电的模式，输送方式及原理等。 关键词：太阳能；光伏发电；独立光伏发电；并网光伏发电；分布式光伏发电 1引言 能源是现今人类不得不考虑的一个重大问题，面临着严峻的能源形势和生态环境的恶化，人们对于绿色能源的需求显得迫切起来。改变现有能源结构、发展可持续发展的绿色能源已成为世界各国极为关注的课题。 化石燃料为不可再生能源，随着社会的进步与发展，人类对能源的需求量日益增大，所以化石燃料是无法满足的。除此之外，化石燃料煤、石油和天然气都是含碳元素的物质．其中还含硫元素等杂质。这些燃料燃烧时，会产生二氧化硫等污染空气的气体，燃料燃烧不充分，会产生一氧化碳和碳粒，加上未燃烧的碳氢化合物，如果直接排放到空气中必然对空气造成污染。因此，对于可再生能源的概念中最重要的要保证两点：第一，要求提供的可再生能源的源头是巨大的、无限制的。第二，从整体技术效率而言，要有明显的安全保障性。从这两点出发，显现了太阳能的利用在可再生能源中领域中的重要地位。 太阳能发电分光热发电和光伏发电。但不论产销量、发展速度和发展前景、光热发电都赶不上光伏发电。光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。
(整理)文献综述 硅基异质结太阳电池的研究
华南理工大学 本科毕业设计文献综述硅基异质结太阳电池的研究 班级_______09级信息工程2班__ 姓名___________胡思凯_________ 学号_________200931281039_____ 指导教师________耿魁伟____________
作为一种取之不尽的清洁能源,太阳能的开发利用引起人类的极大关注[13]。目前,大规模商业化太阳能电池仍以硅太阳能电池为主,正开发的有GaAs[4]、GaN[5]、CdS[6]、铜铟硒[7]和ZnO[810]等新型材料太阳能电池。其中,GaAs和GaN太阳能电池虽在空间应用中比硅太阳能电池更有优势,但属于!族化合物,挥发性强、工艺复杂,制备成本高;CdS和铜铟硒对人类具有一定的毒副作用,不符合绿色环保能源发展的要求。氧化锌（ZnO）由于其优越的物理特性，如具有较大的禁带宽度（室温，~3.37 eV）和激子束缚能（~60 mV），而且热稳定性好、抗氧化性能优越，已经成为一种极具发展前景的II–VI族半导体材料，其在光电子应用领域也已经引起了广泛关注。 关于硅基ZnO薄膜的生长及发光性质已有广泛的研究,但对于P型硅纳米线（SiNWs）为衬底上制备ZnO异质结太阳能电池的研究尚不成熟。硅纳米线是新型的一维纳米材料(SiNWs),由于其自身所特有的光学、电学性质和半导体所具有的特殊性质已越来越引起纳米科技界的广泛关注。通过最近几年的研究表明, SiNWs料具有很强的广谱光吸收特性和室温下的可见光发光特性。因此，对一维纳米材料形貌的控制、生长机理的探索以及各种性能的测量与改进,是人们研究的重点。 一.目前，化学腐蚀法和化学气象沉积（cvd）已经成为制备SiNWs主要的2种技术。此次毕业设计打算以这两种不同的方法制备SiNWs，比较两种方法的优劣。 1.化学腐蚀法,HF溶液4.6mol／L,AgNO3溶液0.02mol/L,腐蚀温度50℃,腐蚀 时间30min时制备出的大面积阵列一维SiNWs。 2. 3.用SiH4做反应气体，H2作载气，在氢的辉光放电中淀积SiNWs，反应室预真 空约1.33Pa,沉积温度为380度。 利用sem电镜观察生长结构，X射线衍射仪（XRD）观察X射线衍射谱，生长取
聚合物太阳能电池综述
文献综述聚合物太阳能电池 一、前言 能源问题和环境问题一直是人类关注的重点。第一次工业革命以来，随着煤、石油等化石燃料的大规模应用，环境问题也日趋严重。在不可再生的化石燃料逐渐减少的今天，寻找更清洁环保的能源已是迫在眉睫。 太阳能以其清洁环保、储量丰富的特点可以很好地解决这些问题，而太阳能电池的研发与应用是关键的一点。无机太阳能电池经过几十年的发展已经很成熟了，能量转换效率大约达到了10% ~ 20%。然而，无机半导体电池也存在着一些缺点，比如：制备成本较高、制备能耗较大、工艺复杂[1]。 近年来，有机聚合物太阳能电池（PSC）开始受到关注，它具有很多优点：提高光谱吸收能力的途径有很多，提高物质载流子的传输能力并扩展光谱的吸收范围；容易加工，成膜性好；物理改性比较容易；工艺简单。这也说明了有机聚合物太阳能电池拥有光明的应用前景和发展空间。 二、聚合物太阳能电池简介 共轭聚合物太阳能电池是一种新型有机薄膜太阳能电池，它由共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体的共混薄膜活性层夹在ITO 透明导电玻璃正极和低功函数金属负极之间所组成。下图图1-1是聚合物电池的结构示意图[2]。ITO（氧化铟锡）作为电池的透光正极，金属Al、Ca等其他金属作为电池负极，正极和负极之间有一层共混膜，厚度约100-200nm，是由给体和受体材料组成的活性层。聚合物PEDOT:PSS是一层修饰层，厚度约50nm，可以改善ITO电极的功涵和界面性质。
当光透过ITO电极照射到聚合物活性层上时，活性层中的给体材料吸收光子产生激子。激子随后迁移到聚合物受体/给体的界面上，其中的电子就转移到受体材料的LUMO能级上，空穴则在给体材料的HOMO能级上，光生电荷实现分离。 在电池势场作用下，被分离的空穴会沿着共聚物给体形成的通道传输到正极，而电子沿着受体传输至负极。空穴和电子分别传达到正极和负极后，就形 成了光电流和光电压，这就是聚合物太阳能电池所产生的光生伏打效应。大体 的光伏过程为：1．光的吸收；2．产生激子；3．激子发生迁移；4．激子的解离；5．载流子分开、迁移及收集。 三、窄带隙共轭聚合物 如何提高其光电转换率是目前研究的关键课题。制备窄带隙聚合物是解决转换效率低的一种方法。聚合物能带隙就是聚合物中HOMO能级与LUMO能级的能级差。一般来讲，窄带隙聚合物的能带隙小于 2.0eV，它可以吸收的光的波长大于等于620nm。 研究发现，D-A型窄带隙共轭聚合物能够有效提高能量转换效率，这种聚合物由给体单元（D）和受体单元（A）组成。改变其给体和受体单元，可以改变它的HOMO 和LUMO能级，以降低带隙，提高光电性能。D-A共聚物中因给体单元 和受体单元的推拉电子作用，使得聚合物的带隙变窄，从而极大地拓宽了聚合 物的吸收光谱。并且人们可以通过将不同的给体单元与不同的受体单元进行排 列组合，可以在较大的范围内精细地调控聚合物的吸收光谱[3]。 四、D-A共聚物设计要求 影响电池的能量转换效率（PCE）的因素有很多，比如光吸收区的吸收强度、电荷迁移速度、能带隙宽度和活性层的形貌特征等。 1.光吸收：在聚合物太阳能电池的激活区域，要有较强的光吸收。聚合物给体的带隙一般比较大，吸收光谱和太阳辐射光谱并不能较好匹配。我们需要聚合物在可见- 近红外区有宽的、强的吸收，这是提高PCE的重点。在设计聚合物的过程中，在支链上添加基团可以提高光子的吸收，共轭支链上添加上助色团，推、拉电子的基团，促使吸收向可见-近红外区偏移[4]。
太阳能电池关于温度的综述
关于硅和砷化镓太阳能电池组件在热性能方面的综述 摘要： 本综述总结了近年来在结晶和非晶硅太阳能电池组件领域获得的温度性能。它给出了一个通用的结果分析和评论的应用程序构建集成光伏(PV)热系统,将光能转化成电能,热能等。空气冷却和水冷却以及“混合式”光伏热太阳能收集器也被提及到。本文还包括非晶硅太阳能模块在塑料薄膜,薄膜太阳能电池等方面的灵活应用以及对将来这方面的展望。其主要包括对光伏模块传热机制的实验结果的分析。 关键词：太阳能电池;光伏；太阳能;能量转换;混合系统 目录 1.介绍﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4０8 1．１．太阳能电池早期研究的回顾﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒408 １.2.半导体硅和砷化镓的温度上限﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41０ 2.高温太阳能电池和组件的影响：理论背景﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１1 2．1.热对硅太阳能电池的输出参数的影响﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１
１ ２.2.硅太阳能电池的温度系数﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒411 ２.2.1.短路电流﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１1 2.２.2.暗电流﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41２ 2．2.3.开路电压﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒412 2.2.４．输出功率﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒４１２ 2.3．照明光源对输出参数的影响﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4 １3 3．光伏热电混合太阳能系统﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ 4１3 ３．1．空气冷却﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒4１4 3．2.水冷却﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41４ ３.２.1.冷却组件中的输出温度﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
太阳能光伏电池论文中英文资料对照外文翻译文献综述
中英文资料对照外文翻译 光伏系统中蓄电池的充电保护IC电路设计 1.引言 太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的能源越来越受到重视。太阳能发电已经在很多国家和地区开始普及，太阳能照明也已经在我国很多城市开始投入使用。作为太阳能照明的一个关键部分，蓄电池的充电以及保护显得尤为重要。由于密封免维护铅酸蓄电池具有密封好、无泄漏、无污染、免维护、价格低廉、供电可靠，在电池的整个寿命期间电压稳定且不需要维护等优点，所以在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器仪表中有着广泛的应用。采用适当的浮充电压，在正常使用(防止过放、过充、过流)时，免维护铅酸蓄电池的浮充寿命可达12~16年，如果浮充电压偏差5%则使用寿命缩短1/2。由此可见，充电方式对这类电池的使用寿命有着重大的影响。由于在光伏发电中，蓄电池无需经常维护，因此采用正确的充电方式并采用合理的保护方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。传统的充电和保护IC是分立的，占用而积大并且外围电路复杂。目前，市场上还没有真正的将充电与保护功能集成于单一芯片。针对这个问题，设计一种集蓄电池充电和保护功能于一身的IC是十分必要的。 2.系统设计与考虑 系统主要包括两大部分:蓄电池充电模块和保护模块。这对于将蓄电池作为备用电源使用的场合具有重要意义，它既可以保证外部电源给蓄电池供电，又可以在蓄电池过充、过流以及外部电源断开蓄电池处于过放状态时提供保护，将充电和保护功能集于一身使得电路简化，并且减少宝贵的而积资源浪费。图1是此Ic在光伏发电系统中的具体应用，也是此设计的来源。 免维护铅酸蓄电池的寿命通常为循环寿命和浮充寿命，影响蓄电池寿命的因素有充电速率、放电速率和浮充电压。某些厂家称如果有过充保护电路，充电率可以达到甚至超过2C(C为蓄电池的额定容量)，但是电池厂商推荐的充电率是C/20~C/3。电池的电压与温度有关，温度每升高1℃，单格电池电压下降4 mV，
异质结建模
异质结建模 最近，有许多朋友询问我如何进行异质结建模的问题，在下不才，学习了一点这方面的知识，对于异质结，我的理解就是与树木嫁接一样，只有截面差不多大的树木才能嫁接存活，在此总结了一些异质结建模步骤分享给大家。 一.MoS2 与ZnO 首先，导入ZnO（或者也可以根据晶胞参数进行建立），建立MoS2（P63 a=b=3.17 c=12.3 S1 0.333 0.667 0.8789 S2 0.333 0.667 0.6211 Mo 0.333 0.667 0.25）如图所示： 相应的参数信息： ZnO：
MoS2： 然后你会发现它们都是六方晶系，a,b的值又很相近，这个时候我们想到可以做关于001方向的异质结，那么接下来我们来建立异质结。这个时候有人会问做多大的异质结可以晶格匹配，那么我告诉你，1×1,2×2,3×3……都可以，不信我们来看看。 二.首先，分别做与ZnO 与MoS2 的001切面 点击Build，surfaces，Cleave Surface， 这里的top指的是切面的位置，调节这个可以使裸露在表面的原子不同，Thichness 指的是厚度，根据自己的需要改变值，自己可以试着玩下。 点击Crystals，建立真空层，真空层一般选用15埃。
MoS2删除一层 接下来建立异质结，一种是将框子摆正，选择一层复制，粘贴到另外一个框子里面，然 后调节位置，，具体细节很简单，大家可以试试。另外一种是通过软件建立选项建立，Build，Build Layers，建立异质结界面，
强调下选择下面这个，然后建立真空层(Build，15埃真空层，与前面操作一样。 这里的距离可以调节，一般的范德华力作用范围在3埃左右。右边是用同样的方法做的2×2的异质结，主要是最开始需要分别做2×2的晶胞，后面操作一样。 二．MoS2与石墨烯 导入石墨烯，建立MoS2。
太阳能电池的发展与趋势
《物理演示实验》结课论文题目：太阳能电池的发展与趋势 学生姓名： 学号： 专业班级： 2013年 5月25日
摘要：现代社会应是节约型的社会，而社会生活也应是节约能耗的生活。而太阳能作为一种取之不尽的新型环保能源已成为世界各国世界上能源探究工作中的一个重要课题。是我国在经济目前状况下采取的较为简单、经济、环保、可靠的节能办法。近些年，随着我国经济的飞速发展、科技水平的快速提升，太阳能技术已逐渐普及、应用到各个行业领域乃至人们的生活中，而市面上也涌现出了大量的太阳能热水器、太阳能发电设备、太阳能照明器具等产品。其中，太阳能电池的应用，不仅充分发挥了太阳能技术环保、节能、可再生的特点，同时也有效满足了当代社会发展、科技进步的需求。本文就太阳能电池新发展的新概念及新的方向作简要的分析、探讨。 关键字：太阳能新能源太阳能电池 一、引言 太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的核反应，并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。地面上的太阳辐射能随时间、地理纬度、气候变化，实际可利用量较低，但可利用资源仍远远大于满足现在人类全部能耗及2100年后规划的能源利用量?。地球上太阳能资源一般以全年总辐射量[kJ/(m^2·年)]和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量3．3×10^3～8．4×10^6 kJ/(m^2·年)之间，相当于2．4×10^4亿t标煤，属太阳能资源丰富的国家之一。全国总面积2／3以上地区年日照时数大于2200h，日照在5×10^6kJ/(m^2·年)以上。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州资源稍差外，东部、南部及东北等其他地区为资源较富和中等区，所以在我国太阳能有很大的发展前景。 随着新型太阳能电池的涌现，以及传统硅电池的不断革新，新的概念已经开始在太阳能电池技术中显现，从某种意义上讲，预示着太阳能电池技术的发展趋势。通过对太阳能电池的发展背景、现状进行分析，可将太阳能电池发展的新概念、新方向归纳为薄膜电池、柔性电池、叠层电池、以及新概念太阳能电池。 二、太阳能电池概况 1、太阳能电池定义 太阳能电池就是把太阳光转化为电的一种器件，在一般的情况下（注意条件），太阳能电池 的效率随光强增加而增加的。再进一步说就是太阳能电池效率和安装地的综合气候条件有关系。2、太阳能电池的分类 不同的材料对光的吸收系数不同，禁带宽度也不同，量子效率自然也不同，电池效率自然也 不同了。一般来说，单晶硅/多晶硅对光的系数系数远小于非晶硅的，所以非晶硅太阳能电池厚度仅仅有单晶硅/多晶硅厚度的百分之一即可较好的吸收太阳光。另外理论上讲GaAs太阳能电池的极限效率要大于其他太阳能电池的极限效率，因为GaAs太阳电池的禁带宽度在1.4ev，和地面太阳光光谱能量的最值最为接近。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池3、功能高分子材料制备的太阳能电池4、纳米晶太阳能电池等。硅是最理想的太阳能电池材料，这是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。在以上电池中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，光电转化效率可达23.3%。随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。目前国际成本大规模生产技术的研究主要集中在多晶硅、大面积薄膜非晶硅、CdTe电池、CIS 电池的制造技术、III-V族化合物半导体高效光电池，非晶硅及结晶硅混合型薄膜光电池等方面。 三、太阳能电池发展综述 长期以来，世界各国在大力发展经济的同时，各行业领域的过度生产消耗了大量的能源，倘若继续按照此种趋势发展，在未来的五十年里，能源危机将是影响人类生活、阻碍社会进步的首要问题。目前，不同国家、地区、种类的全部能源中，能够使用的化石能源占90%以上，若是以现阶段世界各国的能源消耗状态发展到二十一世纪的中期，可供使用的能源储备、化石能源所占比例将减少近50%，之后的能源需求必将是以可再生能源、核能为主。基于此种趋势，预计到2100年，在人类所使用的能源中，可再生资源将占有30%以上。可供开发、使用的可再生能源主要有地热能、生