CZTS 薄膜太阳能电池 chapter 6

Chapter6

Conclusions and Recommendations

for Further Studies

The main aim of this project was to demonstrate the formation of viable Cu2SnSnS4(CZTS)?lms from the sulfurisation of electrodeposited stacked?lms of Cu,Sn and Zn.The development of an electrodeposition route for‘stacked elemental layer’(SEL)precursor was described in Chap.2.The route allows relatively good control of precursor composition,and compositional uniformity was achieved by the use of a rotating disc electrode system.Mo|Cu|Sn|Cu|Zn stacked?lms were produced as CZTS precursors,and were converted to CZTS ?lms by sulfurisation in a rapid thermal processing system(RTP),which was described in Chap.3.The use of rapid thermal processing has enabled some time-resolved studies of?lm formation to be carried out,and in Chap.3a model was proposed for?lm formation when fast heating rates are employed.

The rest of this investigation concerned the effects of sulfurisation conditions and precursor composition upon the observable properties of the?lm.Chapter4 was concerned with the structural properties of the?lms:morphology(particularly grain size),the likely secondary phases present,and the changes in composition induced by element losses during sulfurisation and KCN etching.Chapter5was concerned with the opto-electronic properties of the same?lms.

The vast majority of reports concerning production of CZTS?lms have used two-stage processes:a precursor,which contains the metallic elements(and in some cases also the chalcogen),is heated in an atmosphere of S vapour or H2S to induce crystallisation of CZTS.In this respect,the method used herein is relevant to much of the work carried out on CZTS.Part of the motivation for the current study comes from two as-yet unexplained observations common to the CZTS literature.These are (a)the apparent need for long sulfurisation times and(b)the preference for Cu-poor/ Zn-rich compositions.As has been emphasised,long sulfurisation times(up to8h) are routinely used,but until now there has been no dedicated study of the effect of changing the sulfurisation time on the properties of the CZTS?lm.In terms of composition,the best devices in the literature are usually described as‘Cu-poor’and ‘Zn-rich’,although under the de?nition of composition labels used in this project, they are more often simply Zn-rich.There have been a few attempts to study the J.J.Scragg,Copper Zinc Tin Sulfide Thin Films for Photovoltaics,

197 Springer Theses,DOI:10.1007/978-3-642-22919-0_6,

óSpringer-Verlag Berlin Heidelberg2011

1986Conclusions and Recommendations for Further Studies in?uences of composition on?lm properties,but much more must be done to understand the relationship between composition and device ef?ciency.

Part of the dif?culty in understanding the effect of sulfurisation conditions and sample composition is that the two are causally linked:the choice of sulfurisation conditions affects the composition by element loss processes,and therefore the composition changes as a function of sulfurisation time or pressure.In addition, the composition of the precursor also affects the formation processes leading to CZTS,for example the rate of grain growth is enhanced with a higher Cu-content, and so the required sulfurisation conditions may change.

To conclude this report,we will discuss the conditions that gave rise to the better material in the present case,compare these to the CZTS device literature, and?nally make some recommendations for further studies.

6.1The Role of Sulfurisation Conditions

In this study,the effects of changing sulfurisation conditions were investigated using Cu-poor samples(Cu/Zn?Sn*0.8,Zn/Sn*1).This was because Cu-poor samples have been repeatedly found to give better devices.

The?rst point to make is that this study found no evidence that long sulfuri-sation times are inherently important for CZTS.Chapter3showed that CZTS emergence was fast,in agreement with previous kinetic studies.Chapter4showed that there were no changes in the phase structure,as measured by XRD and Raman spectroscopy,after the?rst few minutes of sulfurisation.The only visible effects of longer sulfurisation times were a continual increase in grain size over a period of several hours,and the evaporation of a Sn-containing secondary phase aver a period of about30min(at560°C,700mbar).It was also found in that chapter that S vapour was resident in the hot zone of the furnace for at most5min. In terms of the opto-electronic properties,the external quantum ef?ciency(EQE) spectra continued to improve up to until30–50min of sulfurisation,as seen in Chap.5.It was shown there that this rise was independent of the presence of S vapour:samples heated in the absence of S(after an initial short sulfurisation)also showed the same improvement in EQE.The changes in EQE were mainly due to changes in acceptor concentration,and occurred over the same timescale as the changes in composition.This is a key result,because it suggests that if the acceptor density can be controlled,possibly by compositional control,then the sulfurisation time can be reduced such that true rapid thermal processing is a possibility.

The effect of sulfurisation background pressure was also examined,but was closely tied to the geometry of the sulfurisation system used herein.Lower pres-sures resulted in lower partial pressures of S vapour,which reduced the rate and extent of sulfurisation.The defect density of?lms sulfurised with low background pressures was high,giving them poor opto-electronic properties.

The key themes that emerged from the study of sulfurisation conditions were variations in(a)composition,(b)grain size and(c)band gap.The composition

6.1The Role of Sulfurisation Conditions199 changed as a result of evaporation of elemental Zn from the precursor and,it is thought,SnS from decomposition of other sul?de phases.The former happens in the initial stages of heating before reaction with S.The latter manifests itself in two ways:(1)bulk decomposition of CZTS at pressures lower than10mbar, causing an accelerating loss,and(2)decomposition of Sn-containing secondary phases,which could be SnS2or Cu2ZnSn3S8,even near atmospheric pressure. In the latter case loss of Sn is?nite.

The grain size was correlated to the above-mentioned changes in Sn content,i.e. grains were larger at lower pressure and at longer times,when the Sn excess was the least.

The variations in band gap were considerable,but the trends were clear:higher band gaps were found after long sulfurisation times and at lower pressures.The reasons for this are not obvious,but two hypotheses were presented that can to a greater or lesser extent account for observations.The?rst hypothesis was a fun-damental structural rearrangement of the CZTS phase between stannite and ke-sterite,which have been shown theoretically to have different band gaps.The second hypothesis concerned the possibility that a Sn-containing secondary phase was responsible for affecting the optical properties of the?lm.The recently reported Cu2ZnSn3S8phase is one candidate for this,and is analogous to some ‘ordered vacancy compounds’seen in CuInS2and CuInSe2.

The results in this report do not explain the apparent requirement for long sulfurisation times in two-stage processes for CZTS?lms.Possible reasons for the differences include:

1.The differences in sulfurisation conditions used here compared to those elsewhere:

commonly slow heating and cooling rates are employed,and a continuous source of S is supplied from a H2S atmosphere.Here,we used rapid heating,and the S source left the hot zone after around5min.It would be interesting to compare the effects of the different sulfurisation processes upon identical precursors.

2.The differences in methodology for measuring sample properties.In the vast

majority of cases,CZTS?lms are made into complete devices,by addition of CdS and ZnO n-type layers,before their opto-electronic properties are measured.

The device performance depends strongly on the interface between CZTS and CdS.This investigation found considerable variations in the CZTS band gap, which may affect this junction.The photoelectrochemical measurement does not rely on a convenient band alignment,so would not be affected in the same way.

Measurements of the band gap and photoelectrochemical performance of?lms should be compared to the performance of the same?lms in devices.

6.2The Role of Precursor Composition

The ternary phase diagram of Olekseyuk et al.was used throughout this report,and provides a good reference point from which to understand the effects of sample composition in terms of the likely secondary phases present.The secondary phase

2006Conclusions and Recommendations for Further Studies Cu2ZnSn3S8was?rst suggested in the same study,and although it has not been experimentally con?rmed in CZTS?lms,there are equivalent phases in other systems.The phase diagram is reproduced a?nal time below,along with the de?nitions of the composition labels in use here.It was found in this investigation that all samples adopted compositions on the dotted line in the diagram after sulfurisation and etching were complete,and this was taken to indicate that the CZTS-ZnS two-phase region was in fact larger at the temperatures used here (550–580°C)than at those used to derive the phase diagram(400°C).The compositions of the best devices in the literature are also shown.It is apparent that the best device compositions from the literature are within the Zn-rich region of the diagram,and not in the Cu-poor region,as commonly stated.That the Cu-content appears low is a consequence of the formation of a non-stoichiometric CZTS phase.The positions of the data points on the diagram indicate the for-mation of ZnS in the best devices.

In this investigation,the effects of Cu-content were studied.It was the intention to prepare samples which spanned the Cu-poor and Cu-rich regions of the phase diagram;however,Zn losses during sulfurisation pushed samples into the Zn-poor region,where Cu–Sn–S(Cu2SnS3and Cu4SnS4)and Cu2S phases are expected. The secondary phases could be visualised with SEM imaging,and in the most Cu-rich samples Cu2S could be seen by XRD.The effects of increased Cu content during sulfurisation were clear—signi?cantly larger grains were observed.In the CuInS2literature,larger grains are also associated with excess Cu due to a role of Cu2S during?lm growth.The difference in the case of CZTS is that we can have not only Cu2S but also Cu–Sn–S phases.It is not yet clear whether Cu–Sn–S phases have a similar effect on grain size as Cu2S,but the largest grains in this investigation were seen where the concentration of Cu2S itself would have been highest.In the case of CuInS2,Cu2S phases segregate to the very surface of the ?lm,and are removed by KCN etching.In this investigation,the secondary phases did not segregate neatly but remained partially buried in the?lm.KCN etching removed them,but the post-etching morphology was particularly poor as a result, and this dominated the?lm properties despite the favourable grain size:the EQE data were consistent with a high acceptor concentration or the presence of recombination centres(e.g.embedded Cu–Sn–S grains).Since surface segregation of Cu2S is complete in CuInS2,and since there appear to be many other analogies with this material,it is possible that the Cu–Sn–S phases were responsible for the failure of surface segregation in this instance.A supporting example was found in the literature,where complete surface segregation of Cu-rich secondary phases in CZTS was seen,in addition to large(*2l m)grains[1],although the study was not concerned with device fabrication.The reported composition of the sample places it within the Sn-poor region of the phase diagram,where Cu–S should be formed alongside ZnS.Therefore we suggest that the surface segregation of sec-ondary phases is only ef?cient for Cu–S/ZnS,not for Cu–Sn–S phases.Cu–Sn–S phases may be too similar to the bulk CZTS phase to segregate from it.The Zn-poor region of the phase diagram should therefore be avoided.

We can now,at least in part,rationalise the positions of the best devices on the phase diagram by looking at each of the compositional regions in turn:

1.Stoichiometric.The best devices are not in the single phase region of the phase diagram.This is interesting in itself,and could be either due to the preferential crystallisation of a non-stoichiometric phase,or to a stringent requirement to avoid certain secondary phases—presumably the Sn-bearing phases.

2.Zn-rich .Samples in this region should form ZnS alongside CZTS.This phase would be relatively benign in terms of the electronic properties of the ?lm since it is effectively insulating,having a band gap of around

3.6eV.The model of Chap.3placed excess ZnS at the top of the ?lm,and so it should not have too much in?uence on ?lm growth.

3.Cu-poor,Sn-rich.Precursors with compositions in these regions should form Cu 2ZnSn 3S 8,which seems to decompose during sulfurisation to yield a ?nal composition that is in the Zn-rich region.This could certainly happen over the timescale of all the sulfurisation procedures mentioned in the literature.The loss of SnS from Cu 2ZnSn 3S 8leaves only CZTS,and therefore this region would be ‘second best’,after the ‘best’Zn-rich region,because samples can migrate into the Zn-rich region by loss of Sn.However,the growth model of Chap.3predicts that Sn-rich phases should form at the back of the ?lm,and therefore before evaporating must pass through the ?lm.As suggested by the correlation of grain size and excess Sn-content in Chap.4,this secondary phase may inhibit grain growth.Functioning devices are found in the Cu-poor region,as seen in Fig.6.1,but their ef?ciencies were low.

4.Zn-poor,Cu-rich .Zn-poor samples should form Cu–S and Cu–Sn–S secondary phases.In this investigation these phases appeared to be harmful to the ?lm properties despite the increased grain size,because of their failure to surface-segregate.The pure Cu-rich region may yield good morphology without

the Fig.6.1The CZTS ternary phase diagram showing de?nitions of compositional labels used in this report (left )and the compositions of reported devices (right ).Reproduced from Fig.5.36.2The Role of Precursor Composition 201

harmful effects of Cu–Sn–S secondary phases,but this region is rather narrow,and no samples fell into it in this investigation due to evaporative losses of Zn.In general therefore,compositions in or near the Zn-poor region are undesir-able.There are no reported functional devices with compositions in these regions,to the best of our knowledge.If good compositional control was available,then this region of the phase diagram provides the best opportunity to obtain single-phase CZTS,by etching away Cu–S after sulfurisation.

5.Sn-poor .No functioning devices have been produced in this region,to the best of our knowledge.However,there are some good reasons for attempting to do so.Firstly,compositions in this region should have only Cu–S and ZnS sec-ondary phases,and avoid Sn-containing secondary phases.The growth-enhancing qualities of Cu–S (demonstrated here and elsewhere,and analogous to CuInS 2)should still operate,without the potentially harmful effects of Cu–Sn–S phases.The literature example cited above suggests that surface segre-gation of Cu–S should be achieved.After etching,which would be essential in these samples,the composition would be similar to that of the best devices,but the grain size may be enhanced.

In the current study,the importance of the phase diagram for predicting sample properties was not realised until after the ?nal samples had been prepared—we point out that so far there is almost no discussion of phases other than CZTS in the literature,despite the highly non-stoichiometric compositions used.For this rea-son,a complete study of the different regions of the phase diagram was not carried out.The loss of Zn from the precursors also meant that in this investigation,most samples that were originally in the Sn-poor region moved into the Zn-poor region instead.Only one precursor fell into the Sn-poor region,due in fact to an error in the electrodeposition of the Zn layer.Limited characterisation of this sample was made at the time,but it was found later that the EQE spectrum,shown in Fig.6.2,was far better than any seen elsewhere in the investigation:the band edge

was Fig.6.2EQE spectra

recorded for a sample that

had a composition in the Sn-

poor region of the ternary

phase diagram:Cu/

(Zn ?Sn)=1,Zn/

Sn =1.4.Recorded in 0.2M

Eu(III)solution at a potential

of -1.0V vs.Ag|AgCl.Two

sections of the same

precursor were sulfurised.

One section was alloyed

beforehand,the other was

sulfurised directly 202

6Conclusions and Recommendations for Further Studies

6.2The Role of Precursor Composition203 sharper and the spectrum was?at over a large range.This provides some evidence that compositions in the Sn-poor region are indeed favourable.As a?nal result, this diagram also bears out a prediction of the growth model in Chap.3:that alloying a stacked precursor will not make a signi?cant difference to?lm for-mation.Therefore there is no need to intentionally alloy the precursor,and perhaps no bene?t to manufacturing a mixed precursor.

Early work showing the apparent favourability of Cu-poor compositions may be part of the reason that there are no examples of devices in the Sn-poor region in the CZTS literature.Another possible reason for this is that the use of etching in the CZTS literature seems to be limited to only a few cases.The presence of the Cu–S phases which will inevitably occur in the Sn-poor region would be disastrous for device performance unless they were etched away before device completion. 6.3Recommendations for Further Investigation

Based on the above conclusions,we can make some practical suggestions for future CZTS research:

1.Growth studies should be performed for samples within each region of the

ternary phase diagram,with attention to the presence and distribution of sec-ondary phases in the?lm.

2.The effect of sulfurisation time must be reinvestigated,both for?lms and

complete devices,particularly with respect to the changes in acceptor concentration.

3.The acceptor concentration should be further investigated for different pro-

cessing methods,and there is a clear need for more fundamental studies on the nature of defects in CZTS.

4.The observed band gap variations are interesting;and should be studied further,

especially with regard to the band alignment with potential buffer layer materials.

5.The structural and optical properties of the secondary thiospinel phase

Cu2ZnSn3S8should be studied,particularly with respect to its similarity to the ordered vacancy compounds found in the Cu–In–Se and Cu–In–S systems. 6.A hugely important contribution would be the elucidation of the ternary phase

diagram in the Cu2S–ZnS–SnS2system at temperatures closer to the typical CZTS synthesis conditions,i.e.around550°C.

In general,developments in the CZTS?eld are promising;device ef?ciencies are steadily improving and we can expect this to continue as the research effort expands.There are some useful analogies to made with the related CIS and CIGS materials,in terms of their chemistry as well as opto-electronic properties,which should be fully utilised in order to accelerate the development of CZTS.However, it is equally important to pay attention to the unique properties of CZTS,which include for example the additional secondary phases it can form,and the unique

2046Conclusions and Recommendations for Further Studies defects that it must possess.There is much further work to be done to optimise?lm performance,which requires both fundamental studies of the material as well as exploration of the behaviour of CZTS within device structures.The main role of this investigation has perhaps been to elaborate some fruitful areas for further study.

Reference

1.Weber A et al(2009)In situ XRD on formation reactions of Cu2ZnSnS4thin?lms.physica

status solidi(c)6(5):1245–1248

非晶硅太阳能电池研究毕业论文

非晶硅太阳能电池 赵准 （吉首大学物理与机电工程学院，湖南吉首 416000） 摘要：随着煤炭、石油等现有能源的频频告急和生态环境的恶化．使得人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。其中包括水能、风能和太阳能，而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为21世纪的最主要能源之一。太阳是一个巨大的能源，其辐射出来的功率约为其中有被地球截取，这部分能量约有的能量闯过大气层到达地面，在正对太阳的每一平方米地球表面上能接受到1kw左右的能量。 目前分为光热发电和光伏发电两种形式。太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将一定的工质加热到较高的温度（通常为几百摄氏度到上千摄氏度），然后通过常规的热机动发电机发电或通过其他发电技术将其转换成电能。光伏发电是利用界面的而将光能直接转变为电能的一种技术。目前光—电转换器有两种：一种是光—伽伐尼电池，另一种是光伏效应。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件，将光伏组件串联起来再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。因为光伏发电规模大小随意、能独立发电、建设时间短、维护起来也简单．所以从70年代开始光伏发电技术得到迅速发展，日本、德国、美国都大力发展光伏产业，他们走在了世界的前列，我国在光伏研究和产业方面也奋起直追，现在以每年20％的速度迅速发展。 关键词：光伏发电；太阳能电池；硅基太阳能电池；非晶硅太阳能电池

1.引言 1976年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电他的诞生。当时、面积样品的光电转换效率为2．4％。时隔20多年，a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一个大规模的产业，世界上总组件生产能力每年在50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军，对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的，全面总结其中的经验教训对于进一步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。况且，由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例，其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程，简要评述其中的关键之点，指出进一步发展的方向。 2.太阳能电池概述 .太阳能电池原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置。太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。 为了理解太阳能电池的运做，我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属性。太阳能电池包括两种类型材料，通常意义上的P型硅和N型硅。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、铟等杂质元素，那么就构成P型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、砷、锑等杂质元素，那么就构成了N型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交接面处便会形成PN结，并在结的两边形成内建电场。太阳光照在半导体 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n 区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应，也是太阳能电池的工作原理。 太阳能电池种类 太阳能电池的种类有很多，按材料来分，有硅基太阳能电池（单晶，多晶，非晶），化合物半导体太阳能电池（砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），碲化镉（CdTe）, 铜铟镓硒（CIGS）），有机聚合物太阳能电池(酞青，聚乙炔)，染料敏化太阳能电池，纳米晶太阳能电池；按结构来分，有体结晶型太阳能电池和薄膜太阳能电池。

三种主要的薄膜太阳能电池详解

三种主要的薄膜太阳能电池详解 摘要：上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。 关键字：薄膜太阳能电池, 砷化镓, 单晶硅电池 单晶硅是制造太阳能电池的理想材料，但是由于其制取工艺相对复杂，耗能大，仍然需要其他更加廉价的材料来取代。为了寻找单晶硅电池的替代品，人们除开发了多晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物，硫化镉，碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。来源:大比特半导体器件网 上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。来源:大比特半导体器件网 砷化镓太阳能电池 GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为 1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30%，特别适合做高温聚光太阳电池。砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸，比硅晶圆的12英寸要小得多。磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品IC成本比较高。磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一种是物理的MBE。GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LP E技术，其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错，反应压力，III-V比率，总流量等诸多参数的影响。GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5%(一般在19.5%左右) ，产品耐高温和辐射，但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。以硅片作衬底，MOCVD技术

薄膜太阳能电池分类

薄膜太阳能电池分类 21世纪初之前，太阳能电池主要以硅系太阳能电池为主，超过89%的光伏市场由硅系列太阳能电池所占领，但自2003年以来，晶体硅太阳能电池的主要原料多晶硅价格快速上涨，因此，业内人士自热而然将目光转向了成本较低的薄膜电池。薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，目前转换效率最高可达13%以上。薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其使用范围大，可和建筑物结合或是变成建筑体的一部份，使用非常广泛。 1.硅基薄膜电池 硅基薄膜电池包括非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池，而目前市场主要是非晶硅薄膜电池产品。非晶硅的禁带宽度为1.7eV，通过掺硼或磷可得到p型或n型a-Si。为了提高效率和改善稳定性，还发展了p-i-n/p-i-n双层或多层结构式的叠层电池。 2.碲化镉（CdTe）薄膜电池 碲化镉薄膜电池是最早发展的太阳电池之一，由于其工艺过程简单，制造成本低，实验室转换效率已超过16%，大规模效率超过12%，远高于非晶硅电池。不过由于镉元素可能对环境造成污染，使用受到限制。近年来美国FirstSolar公司采取了独特的蒸气输运法沉积等特殊措施，解决了污染问题，开始大规模生产，并为德国建造世界最大的光伏电站提供40MW 碲化镉太阳电池组件。 3.铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池 铜铟镓硒薄膜电池是近年来发展起来的新型太阳电池，通过磁控溅射、真空蒸发等方法，在基底上沉积铜铟镓硒薄膜，薄膜制作方法主要有多元分布蒸发法和金属预置层后硒化法等。基底一般用玻璃，也可用不锈钢作为柔性衬底。实验室最高效率已接近20%，成品组件效率已达到13%，是目前薄膜电池中效率最高的电池之一。 4.砷化镓（GaAs）薄膜电池 砷化镓薄膜电池是在单晶硅基板上以化学气相沉积法生长GaAs薄膜所制成的薄膜太阳电池，其直接带隙1.424eV，具有30%以上的高转换效率，很早就被使用于人造卫星的太阳电池板。然而砷化镓电池价格昂贵，且砷是有毒元素，所以极少在地面使用。 5.染料敏化薄膜电池 染料敏化太阳电池是太阳电池中相当新颖的技术产品，由透明导电基板、二氧化钛(TiO2)纳米微粒薄膜、染料(光敏化剂)、电解质和ITO电极所组成。目前仍停留在实验室阶段，实验室最高效率在11%左右。 非晶硅薄膜电池 简介 非晶硅（amorphous silicon α-Si）又称无定形硅。单质硅的一种形态。棕黑色或灰黑色的微晶体。硅不具有完整的金刚石晶胞，纯度不高。熔点、密度和硬度也明显低于晶体硅。非晶硅的化学性质比晶体硅活泼。可由活泼金属(如钠、钾等) 在加热下还原四卤化硅，或用碳等还原剂还原二氧化硅制得。结构特征为短程有序而长程无序的α-硅。纯α-硅因缺陷密度高而无法使用。采用辉光放电气相沉积法就得含氢的非晶硅薄膜，氢在其中补偿悬挂链，并进行掺杂和制作pn结。非晶硅在太阳辐射峰附近的光吸收系数比晶体硅大一个数量级。禁带宽度1.7～1.8eV，而迁移率和少子寿命远比晶体硅低。现已工业使用，主要用于提炼纯硅，制造太阳电池、薄膜晶体管、复印鼓、光电传感器等。 非晶硅薄膜电池的起源 非晶硅薄膜太阳能电池由Carlson和Wronski在20世纪70年代中期开发成功，80年代其生产曾达到高潮，约占全球太阳能电池总量的20％左右，但由于非晶硅太阳能电池转化效率

硅基薄膜太阳能电池基础知识

非晶硅薄膜太阳能电池及制造工艺 内容提纲 一、非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介 二、非晶硅太阳能电池制造工艺 三、非晶硅电池封装工艺 一、非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介 1、电池结构 分为：单结、双结、三结 2、制造技术 三种类型： ①单室，多片玻璃衬底制造技术 该技术主要以美国Chronar、APS、EPV公司为代表 ②多室，双片（或多片）玻璃衬底制造技 该技术主要以日本KANEKA公司为代表 ③卷绕柔性衬底制造技术（衬底：不锈钢、聚酰亚胺) 该技术主要以美国Uni-Solar公司为代表 所谓“单室，多片玻璃衬底制造技术”就是指在一个真空室内，完成P、I、N三层非晶硅的沉积方法。作为工业生产的设备，重点考虑生产效率问题，因此，工业生产用的“单室，多片玻

璃衬底制造技术”的非晶硅沉积，其配置可以由X个真空室组成（X为≥1的正整数），每个真空室可以放Y个沉积夹具（Y为≥1的正整数），例如： ?1986年哈尔滨哈克公司、1988年深圳宇康公司从美国Chronar公司引进的内联式非晶硅太阳能电池生产线中非晶硅沉积用6个真空室，每个真空室装1个分立夹具，每1个分立夹具装4片基片，即生产线一批次沉积6×1×4＝24片基片，每片基片面积305mm×915mm。 ?1990年美国APS公司生产线非晶硅沉积用1个真空室，该沉积室可装1个集成夹具，该集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48＝48片基片，每片基片面积 760mm×1520mm。 ?本世纪初我国天津津能公司、泰国曼谷太阳公司（BangKok Solar Corp）、泰国光伏公司（Thai Photovoltaic Ltd）、分别引进美国EPV技术生产线，非晶硅沉积也是1个真空室，真空室可装1个集成夹具，集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48＝48片基片，每片基片面积635mm×1250mm。 ?国内有许多国产化设备的生产厂家，每条生产线非晶硅沉积有只用1个真空室，真空室可装2个沉积夹具，或3个沉积夹具，或4个沉积夹具；也有每条生产线非晶硅沉积有2个真空室或3个真空室，而每个真空室可装2个沉积夹具，或3个沉积夹具。总之目前国内主要非晶硅电池生产线不管是进口还是国产均主要是用单室，多片玻璃衬底制造技术，下面就该技术的生产制造工艺作简单介绍。 二、非晶硅太阳能电池制造工艺 1、内部结构及生产制造工艺流程 下图是以美国Chronar公司技术为代表的内联式单结非晶硅电池内部结构示意图： 图1、内联式单结非晶硅电池内部结构示意图

太阳能电池论文薄膜太阳能电池论文

太阳能电池论文薄膜太阳能电池论文 论太阳能电池片(晶体硅\非晶硅)在建筑幕墙上的发展趋势摘要:目前用于建筑幕墙上的太阳能电池主要有两种:晶体硅和非晶硅,它们都有各自的优缺点,如何区别选择应用到建筑幕墙上,既能够获得在最小面积具有最大发电量,又能满足建筑幕墙的装饰效果和建筑功能的需要。 关键词:建筑幕墙:太阳能光伏组件:发电量:装饰效果:建筑功能 1 前言 建筑耗能占全部能耗领域在三分之一以上,如何降低建筑物能耗指标成为节能减排和可再生能源的重要课题,而将节能减排和可再生能源两者结合一起应用到建筑物上当数建筑幕墙是最恰当的选择。建筑幕墙是建筑物外围护体之一,是建筑物室内与室外的屏障,它的保温性能好坏,是整个建筑物的关键,做好了它的保温隔热工作,是做好了节能的重要组成部分:建筑幕墙因完全暴露阳光下,接受太阳光的直射,因此如何利用建筑采集太阳能发电,是可再生能源在建筑物外墙利用的重要课题之一,随着中国的建筑幕墙由90年代年产量500.600万m2,迅速增长到现在5000-6000万m2,目前还在以10-20%速度增长,如果我国能够在这个数量基础上推广使用10%左右光电幕墙,全国每年大约将有500-600万m2光电幕墙产生,年产电能约50-70亿KWH,相当于5-10座中型火力发电站,可以减排Co2约30万t,按此推算,如果国家按十一五计划发展太阳能产业,它将在我国的绿色、环

保、节能方面产生巨大的社会效益。还有在建筑幕墙推广太阳能发电是充分利用立体空间,建筑外壳能为光伏发电提供足够的面积,不需 要占用昂贵的土地资源,不需要专项投资电厂(如火力发电站),可在 原地发电、原地使用,减少电力输送的线路损耗及线路架设成本等。怎样让光电幕墙在建筑物上真正做到清洁、完美、使人赏心悦目,容易被专业建筑师、用户和公众接受,真正实现大面积推广光伏发电与建筑一体化工程,也就是本篇文章所要讨论的重点。 2 光伏组件在建筑物应用的现状 2.1 太阳能电池的分类和性能。太阳能电池片经过加工后的产品就是光伏组件,太阳能电池按基本材料分为:晶体硅太阳能电池,非晶硅太阳能电池,微晶硅太阳能电池。硒光电池,化合物太阳能电池,有机半导体太阳能电池等,目前在建筑物使用的主要是晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池,晶体硅电池又分为单晶硅和多晶硅电池, 非晶硅电池又分为单结、双结和多结电池。性能方面晶体硅电池电能转换率可达12-17%,但品种和颜色单一,可加工性差,弱光下不能发电,低纬度地区不适宜选择:非晶硅电池转换率较差,只有7-10%,但可加工性好,对弱光和散射光适应度高,适宜在低纬度地区和阴湿天气较 多地区选用(如湖南、湖北、江西等地区)。晶体硅太阳能电池与非晶硅太阳能电池的性能比较如表1。 非晶硅电池主要特点如下:

硅基薄膜太阳电池的研究现状及前景

硅基薄膜太阳电池的研究现状及前景 摘要：本文着重介绍了非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池原理、制备方法，从材料、工艺与转换效率等方面讨论了它们的优势和不足之处，并提出改进方法。同时介绍了国内外硅基薄膜太阳电池研究的进展，最后展望了薄膜太阳能电池的发展前景。 关键词：太阳能电池；薄膜电池；非晶硅；多晶硅；微晶硅；光伏建筑；最新进展 1、研究现状 太阳电池是目前主要的新能源技术之一，它利用半导体的光电效应将光能直接装换为电能。目前太阳电池主要有传统的（第一代）单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟硒电池以及新型的（第二代）薄膜电池。薄膜太阳电池可以使用其他材料当基板来制造，薄膜厚度仅需数μm，较传统太阳能电池大幅减少原料的用量。目前光伏发电的成本与煤电的差距还是比较大，其中主要的一项就是原材料即的价格。薄膜太阳电池消耗材料少，降低成本方面的巨大潜力。薄膜太阳能电池的种类包括：非晶硅(a-Si)、多晶硅(poly-Si)、化合物半导体II-IV 族[CdS、CdTe(碲化镉)、CuInSe2]、色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)、有机导电高分子(Organic/polymer solar cells) 、CIGS (铜铟硒化物)等。如果要将太阳电池大规模应用为生活生产提供能源，那么必须选择地球上含量丰富，能大规模生产并且性能稳定的半导体材料，硅基薄膜电池的优越性由此凸显。 太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能，不需要消耗燃料和水等物质，释放包括二氧化碳在内的任何气体，是对环境无污染的可再生能源。这对改善生态环境、缓解温室气体的有害作用具有重大意义。因此太阳能电池有望成为2l世纪的重要新能源。本文主要综述硅基薄膜太阳电池（包括多晶硅薄膜电池、非晶硅薄膜电池）的发展现状及并简要分析其发展前景。 2、非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池 非晶硅太阳电池是上世纪70年代中期发展起来的一种薄膜太阳电池，它制备温度低，用材少，便于工业化生产，价格低廉，因而受到高度重视。现阶段非晶硅太阳电池的转换效率已从1976年的1%~2%提高到稳定的12~14%，其中10cmХ10cm电池的转换效率为10.6%.小面积的单结的电池转换效率已超过13%。 2.1原理及结构 图1 非晶硅太阳电池结构图2 非晶硅太阳电池组件

非晶硅太阳能电池研究毕业论文

非晶硅太阳能电池研究毕 业论文 Final approval draft on November 22, 2020

非晶硅太阳能电池 赵准 （吉首大学物理与机电工程学院，湖南吉首 416000） 摘要：随着煤炭、石油等现有能源的频频告急和生态环境的恶化．使得人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。其中包括水能、风能和太阳能，而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为21世纪的最主要能源之一。太阳是一个巨大的能源，其辐射出来的功率约为其中有被地球截取，这部分能量约有的能量闯过大气层到达地面，在正对太阳的每一平方米地球表面上能接受到1kw左右的能量。 目前分为光热发电和光伏发电两种形式。太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将一定的工质加热到较高的温度（通常为几百摄氏度到上千摄氏度），然后通过常规的热机动发电机发电或通过其他发电技术将其转换成电能。光伏发电是利用界面的而将光能直接转变为电能的一种技术。目前光—电转换器有两种：一种是光—伽伐尼电池，另一种是光伏效应。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件，将光伏组件串联起来再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。因为光伏发电规模大小随意、能独立发电、建设时间短、维护起来也简单．所以从70年代开始光伏发电技术得到迅速发展，日本、德国、美国都大力发展光伏产业，他们走在了世界的前列，我国在光伏研究和产业方面也奋起直追，现在以每年20％的速度迅速发展。 关键词：光伏发电；太阳能电池；硅基太阳能电池；非晶硅太阳能电池

1.引言 1976年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电他的诞生。当时、面积样品的光电转换效率为2．4％。时隔20多年，a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一个大规模的产业，世界上总组件生产能力每年在50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军，对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的，全面总结其中的经验教训对于进一步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。况且，由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例，其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程，简要评述其中的关键之点，指出进一步发展的方向。 2.太阳能电池概述 .太阳能电池原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置。太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物 体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。 为了理解太阳能电池的运做，我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属性。太阳能电池包括两种类型材料，通常意义上的P型硅和N型硅。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、铟等杂质元素，那么就构成P型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、砷、锑等杂质元素，那么就构成了N型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交接面处便会形成PN结，并在结的两边形成内建电场。太阳光照在半导体 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n 区流向p区，电子由p区流向n 区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应，也是太阳能电池的工作原理。 太阳能电池种类 太阳能电池的种类有很多，按材料来分，有硅基太阳能电池（单晶，多晶，非晶），化合物半导体太阳能电池（砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），碲化镉（CdTe）, 铜铟镓硒（CIGS）），有机聚合物太阳能电池(酞青，聚乙

太阳能电池分类

太阳能电池分类 太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式（以下表示为a-）两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。 按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形（a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等）、ⅢV族（GaAs,InP等）、ⅡⅥ族（Cds 系）和磷化锌 (Zn 3 p 2 ）等。 太阳能电池根所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、塑料太阳能电池，其中硅太阳能电池是发展最成熟的，在应用中居主导地位。 1、太阳能电池硅太阳能 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%（截止2011，为18%）。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%（截止2011，为17%）。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。 2、太阳能电池多晶体薄膜 多晶体薄膜电池硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电

单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池地工作原理及区别1

单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池 的工作原理及区别 硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。其中基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN＋结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。 当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。 太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5－10％（随N＋区厚度而变），PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5 ％左右。电池基体域

产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成部分。 2.单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就在硅片上形成PN结。然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，至此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流，最后用框架和封装材料进行封装。用户根据系统设计，可

薄膜硅太阳能电池陷光结构

薄膜硅太阳能电池的研究状况 摘要：薄膜硅太阳能电池具有广阔的前景，但是当前大规模产业化的非晶硅薄膜电池效率偏低，为了实现光伏发电平价上网，必须对薄膜硅太阳能电池进行持续的研究。本文主要总结了提高薄膜硅太阳能电池效率的主要技术与进展，如TCO技术、窗口层技术、叠层电池技术和中间层技术等，这些技术用在产业化中将会进一步提高薄膜硅太阳能电池的转换效率，进而降低薄膜硅电池的生产成本。 一引言 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。 二、提高薄膜硅太阳能电池效率的措施 提高薄膜硅太阳能电池效率的途径包括：提高进入电池的入射光量；拓宽电池对太阳光谱的响应范围；提高电池的开压尤其是微晶硅薄膜太阳能电池（?c-Si）的开压；抑制非晶硅薄膜太阳能电池（a-Si）的光致衰退效应等。我们将从这几个方面介绍提高薄膜硅电池效率的方法。 （一）提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收 对于单结薄膜硅太阳能电池，提高其对光的吸收将提高电池的电流密度，对电池效率将产生直接的影响。Berginski等人通过实验结合模拟给出了提高电池对光的吸收途径，如图1所示：可以看出薄膜硅电池的前电极对光的吸收、折射率的错误匹配、窗口层对光的吸收、背反电极吸收损失以及玻璃反射都会减少电池对光的吸收，因此提高电池的光吸收可从这几个方面着手。

太阳能电池的论文

太阳能电池的论文 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

太阳能电池 班级：2012级化学姓名：张芳华学号： 23 摘要： 本文详细阐述了主要几类太阳能电池的原理及发展现状，从材料、工艺与转换效率等方面讨论了它们的优势和不足之处，并对太阳能电池的发展趋势进行了预测。 关键词：太阳能电池；转换效率；材料 人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力，已经成为越来越值得关注的社会与环境问题。合理的利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略，是其中最受瞩目的研究热点之一。近年来，太阳能电池快速发展并取得了可喜的成就。太阳能电池，可视为迄今为止最美妙、最长寿和最可靠的发电技术。 1、太阳能电池的原理。 所谓太阳能电池是指由光电效应或光化学效应直接把光能转化为电能的装置。太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成了电流，这就是光电效应太阳能电池的工作原理。 2太阳能电池的优缺点 太阳能的优点。太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大特点：第一：它是人类可以利用的最丰富的能源。据估计，在过去漫的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%。今后足以供给

地球人类，使用几十亿年，真是取之不尽，用之不竭。第二：地球上，无论何处都有太阳能就可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通欠发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。第三：太阳能是一种洁净的能源。在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡。绝对不会造成污染和公害。 太阳能的缺点。第一：能量密度较低，日照较好时，地面上1平方米的面积所接受的能量只有千瓦左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置占地面积大、用料多，成本增加。第二：天气影响较大，到达某一地面的太阳辐射强度，因受地区、气候、季节和昼夜变化等因素影响，时强时弱，时有时无给使用带来不少困难。 4．各类太阳能电池的发展状况 太阳能电池类型（按材料分）包括[1]：硅系太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极性电池、纳米经化学太阳能电池。下面将分别对这4 类电池从其结构特性、生产应用等方面加以叙述。 硅系太阳能电池[3]单晶硅太阳能电池是当前开发的最快的一种太阳能电池，以高纯的单晶硅棒为原料。其结构工艺已基本定型，产品已广泛应用与空间和地面。在实验室里最高的转换效率是% 是印度物理研究所开发的一种依据内部光陷作用的高效硅太阳电池。

非晶硅薄膜太阳能电池及制造工艺

非晶硅薄膜太阳能电池及制造工艺 一、非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介 1、电池结构 分为：单结、双结、三结 2、制造技术 ①单室，多片玻璃衬底制造技术。主要以美国Chronar、APS、EPV公司为代表 ②多室，双片（或多片）玻璃衬底制造技。主要以日本KANEKA公司为代表 ③卷绕柔性衬底制造技术（衬底：不锈钢、聚酰亚胺)。主要以美国Uni-Solar 公司为代表。 所谓“单室，多片玻璃衬底制造技术”就是指在一个真空室内，完成P、I、N 三层非晶硅的沉积方法。 作为工业生产的设备，重点考虑生产效率问题，因此，工业生产用的“单室，多片玻璃衬底制造技术”的非晶硅沉积，其配置可以由X个真空室组成（X为≥1的正整数），每个真空室可以放Y个沉积夹具（Y为≥1的正整数），例如：?1986年哈尔滨哈克公司、1988年深圳宇康公司从美国Chronar公司引进的内联式非晶硅太阳能电池生产线中非晶硅沉积用6个真空室，每个真空室装1个分立夹具，每1个分立夹具装4片基片，即生产线一批次沉积6×1×4＝24片基片，每片基片面积305mm×915mm。 ?1990年美国APS公司生产线非晶硅沉积用1个真空室，该沉积室可装1个集成夹具，该集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48＝48片基片，每片基片面积760mm×1520mm。 ?本世纪初我国天津津能公司、泰国曼谷太阳公司（BangKok Solar Corp）、泰国光伏公司（Thai Photovoltaic Ltd）、分别引进美国EPV技术生产线，非晶硅沉积也是1个真空室，真空室可装1个集成夹具，集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48＝48片基片，每片基片面积635mm×1250mm。 ?国内有许多国产化设备的生产厂家，每条生产线非晶硅沉积有只用1个真空室，真空室可装2个沉积夹具，或3个沉积夹具，或4个沉积夹具；也有每条生产线非晶硅沉积有2个真空室或3个真空室，而每个真空室可装2个沉积夹具，或3个沉积夹具。总之目前国内主要非晶硅电池生产线不管是进口还是国产均主要是用单室，多片玻璃衬底制造技术，下面就该技术的生产制造工艺作简单介绍。 二、非晶硅太阳能电池制造工艺 1、内部结构及生产制造工艺流程 下图是美国Chronar公司技术为代表的内联式单结非晶硅电池内部结构示意图：图1、内联式单结非晶硅电池内部结构示意图

薄膜太阳能电池基础知识整理

非晶硅薄膜太阳能电池基础知识 一、优点： 1.光谱特性好（弱光性好、光谱吸收范围宽） 2.温度特性好（温度上升时电池效率下降很小） 3.成本能耗低（硅用量少:2um、生产温度底：200度） 4.生产效率高（连续，大面积，自动化生产） 5.使用方便（重量轻,厚度薄.可弯曲,易携带） 6.无毒无污染、美观大方 缺点： 二、非晶硅薄膜太阳能电池的四个效应： 1.光电效应 2.光致衰退效应（薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而 使薄膜的使用性能下降,简称为S-W效应） 3.边缘效应（边缘效率比中心效率低） 4.面积效应（面积越大，效率越低） 三、结构 1.一般结构 2.非晶\微晶硅叠层结构

衬底：玻璃、不锈钢、特种塑料 TOC ：透明导电氧化膜（要求：透光性>80%、表面绒面度12~15% 面电阻R 9~13 Ω ） 四、原理 非晶硅太阳电池的工作原理是基于半导体的光伏效应。当太阳光照射到电池上时，电池吸收光层（i 层）能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场Vb 的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P 边，电子漂移到N 边，形成光生电动势VL, VL 与内建电势Vb 相反，当VL = Vb 时，达到平衡; IL = 0, VL 达到最大值，称之为开路电压Voc ; 当外电路接通时，则形成最大光电流，称之为短路电流Isc ，此时VL= 0;当外电路加入负载时，则维持某一光电压VL 和光电流IL 。其I--V 特性曲线见图 3 SiO2(20~40nm) TCO(700~1000nm) a-si(~300nm) SiO2(100nm) μc-Si (~1.7μm ) AZO (~100nm) Ag (130~200nm)

非晶硅薄膜太阳能电池发展趋势

非晶硅薄膜太阳能电池：投资力度加大2008/9/17/08:42 来源：中国电源门户网 非晶硅薄膜太阳能电池由于其成本优势而具有很大的市场潜力，因此受到投资者青睐。通过仿真模型对项目的成本及效益进行分析，可以为投资者的决策提供参考数据，以规避投资风险。 薄膜太阳能电池作为一种新型太阳能电池，由于其原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产，因而具有广阔的市场前景。近年来，以玻璃为基板的非晶硅薄膜太阳能电池凭借其成本低廉、工艺成熟、应用范围广等优势，逐渐从各种类型的薄膜太阳能电池中脱颖而出，在全球范围内掀起了一波投资热潮。大尺寸玻璃基板薄膜太阳能电池投入市场，必将极大地加速光伏建筑一体化、屋顶并网发电系统以及光伏电站等的推广和普及。 非晶硅薄膜太阳能电池优势渐显 由于晶体硅太阳能电池的成本随着硅材料价格的连年上涨而不断提高，各类薄膜太阳能电池成为全球新型太阳能电池研究的重点和热点。 薄膜太阳能电池中最具发展潜力的是非晶硅薄膜太阳能电池，非晶硅材料是由气相淀积形成的，目前已被普遍采用的方法是等离子增强型化学气相淀积(PECVD)法。此种制作工艺可以连续在多个真空淀积室完成，从而实现大批量生产。由于反应温度低，可在200℃左右的温度下制造，因此可以在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上淀积薄膜，易于大面积化生产，成本较低。 与晶体硅太阳电池比较，非晶硅薄膜太阳电池具有弱光响应好，充电效率高的特性。非晶硅材料的吸收系数在整个可见光范围内，几乎都比单晶硅大一个数量级，使得非晶硅太阳电池无论在理论上和实际使用中都对低光强有较好的适应。越来越多的实践数据也表明，当峰值功率相同时，在晴天直射强光和阴雨天弱散射光环境下，非晶硅太阳能电池板的比功率发电量均大于单晶硅、非晶硅薄膜太阳电池。更有数据表明，在相同环境条件下，非晶硅太阳电池的每千瓦年发电量要比单晶硅高8%，比多晶硅高13%。 薄膜太阳能电池最重要的优势是成本优势。据多家企业和机构的测算，即使在5MW的生产规模下，非晶硅薄膜太阳电池组件的生产成本也在2美元/瓦以下，而单线产能达到40MW-60MW甚至更高的全自动化生产线，其产品生产成本则更低。而相对于平均3.5美元/瓦的国际市场销售价格而言，其利润空间可想而知。 影响非晶硅薄膜太阳能电池应用的最主要问题是效率低、稳定性差。与晶体硅电池相比，每瓦的电池面积会增加约一倍，在安装空间和光照面积有限的情况下限制了它的应用。而其不稳定性则集中体现在其能量转换效率随辐照时间的延长而变化，直到数百或数千小时后才稳定，这个问题在一定程度上影响了这种低成本太阳能电池的应用。

硅基薄膜太阳能电池的研究进展

硅基薄膜太阳能电池的研究进展 摘要 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。 本文着重介绍了非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池原理、制备方法，从材料、工艺与转换效率等方面讨论了它们的优势和不足之处，并提出改进方法。同时介绍了国内外硅基薄膜太阳电池研究的进展，最后展望了薄膜太阳能电池的发展前景。 关键词：太阳能电池；薄膜电池；非晶硅；多晶硅；微晶硅；光伏建筑；最新进展

1、太阳能电池 太阳电池是目前主要的新能源技术之一，它利用半导体的光电效应将光能直接装换为电能。目前太阳电池主要有传统的（第一代）单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟硒电池以及新型的（第二代）薄膜电池。薄膜太阳电池可以使用其他材料当基板来制造，薄膜厚度仅需数μm，较传统太阳能电池大幅减少原料的用量。目前光伏发电的成本与煤电的差距还是比较大，其中主要的一项就是原材料即的价格。薄膜太阳电池消耗材料少，降低成本方面的巨大潜力。薄膜太阳能电池的种类包括：非晶硅(a-Si)、多晶硅(poly-Si)、化合物半导体II-IV 族[CdS、CdTe(碲化镉)、CuInSe2]、色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)、有机导电高分子(Organic/polymer solar cells) 、CIGS (铜铟硒化物)等。如果要将太阳电池大规模应用为生活生产提供能源，那么必须选择地球上含量丰富，能大规模生产并且性能稳定的半导体材料，硅基薄膜电池的优越性由此凸显。 能源危机和环境污染的日趋严重极大地促进了光伏产业的迅速发展。过去的 5 年，在全球硅材料紧缺、价格飙升的情况下，世界光伏市场继续以平均每年40%的幅度增加[1]。 2006年实际产量达到2.6GW ，产能超过3GW ，大大超过对2006年预测的20%～25%的增幅。中国2006 年光伏电池地产量达到460MW ，比2005 年（140MW ）增加280% ，电池产能达到1200MW 。光伏产业成为迄今为止增长最快的工业之一，商业预测到2010年全球市场容量将增加到400亿欧元。[1]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太阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。 2、非晶硅薄膜太阳电池 2.1原理及结构 非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明导电膜(TCO)，然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层a-Si，接着再蒸镀金属电极铝(Al).光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为glass/TCO/pin/Al，还可以用不锈钢片、塑料等作衬底。 硅材料是目前太阳电池的主导材料，在成品太阳电池成本份额中，硅材料占了将近40%，而非晶硅太阳电池的厚度不到1μm，不足晶体硅太阳电池厚度的1/100，这就大大降低了制造成本，又由于非晶硅太阳电池的制造温度很低(～200℃)、易于实现大面积等优点，使其在薄膜太阳电池中占据首要地位，在制造方法方面有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅谢法和热丝法等。特别是射频辉光放电法由于其低温过程(～200℃)，易于实现大面积和大批量连续生产，现成为国际公认的成熟技术。在材料研究方面，先后研究了a-SiC窗口层、梯度界面层、μC-SiC p层等，明显改善了电池的短波光谱响应.这是由于a-Si太阳电池光生载流子的生成主要在i层，入射光到达i层之前部分被p层吸收，对发电是无效的.而a-SiC和μC-SiC材料比p型a-Si具有更宽的光学带隙，因此减少了对光的吸收，使到达i层的光增加；加之梯度界面层的采用，改善了a-SiC/a-Si异质结界面光电子的输运特性.在增加长波响应方面，采用了绒面TCO膜、绒面多层背反射电极(ZnO/Ag/Al)和多带隙叠层结构，即glass/TCO/p1i1n1/p2i2n2/p3i3n3/ZnO/Ag/Al 结构.绒面TCO膜和多层背反射电极减少了光的反射和透射损失，并增加了光在i层

CuInSe2薄膜太阳能电池及其性质

新能源２０００．２２（６）一３６～３８ ＣｕＩｎＳｅ２薄膜太阳能电池及其性质。 张寅 （山东教育学院数理系，济南２５００１３） 摘要简连了ＣｕｌｎＳｅ２（ＣＩＳ）薄膜太阳能电池发展历史和现状．描莲了这种太阳耗电池的制备过程，井时其性质散了讨论。 关键词ＣｕｌｎＳｅ？太阳娆电池薄膜太阳能电池光伏 ０引言 展望２１世纪全球的能源结构，各种各样的新能源所占比重会变得越来越大，其中太阳能电池所占的比重将非常显著。 太阳能电池的利用当今仍主要在航天以及一些特殊的场合。造成这种状况的原因是其本身造价太高，而如何降低成本是一个复杂的问题。就材料的选择而言，考虑的因素有禁带宽度、吸收系数、少数载流子寿命和表面离子的复合速度等．利用光伏效应发电、以晶体硅为基体的太阳能电池一直占据统治地位．但为了降低成本．出现了非晶硅薄膜太阳能电池。近年来，以复合半导体为基体的薄膜太阳能电池引起人们的关注。目前发展最好的是ＣｄＴｅ、ＣｕＩｎＳｅ！为基体的太阳能电池。薄膜太阳能电池的优越性体现在；耗材少，衬底便宜．生产能耗低．并可以镀在各种形状的大面积的衬底上，世主要的是有较高的效率。ＣｕＩｎＳｅ。在实验室条件下的效率已经能够达到１８孵“。 １ＣｕＩｎＳｅ：薄膜太阳能电池的发展历史和现状 ＣｕｌｎＳｅ。（ＣＩＳ）做为薄膜太阳能电池材料，最初引起人们兴趣的是由于Ｗａｎｇｎｅｒ等人［２３发现ＣＩＳ单晶有１２％的效率。尽管ＣＩＳ的禁带宽度不高．但具有较高的光吸收系数，所以在当时被认为是极具潜力的新型薄膜太＊山东省自然科学基金资助硬目（项目号Ｙ９８Ａ１５０１８） ?３６? 阳能电池材料，吸引了许多人去从事这方面的研究。Ｋａｚｍｅｒｓｋｉ［３３就曾经做出６＋６％电池效率的ＣＩＳ薄膜太阳能电池。 以后，ｃ１Ｓ真正引起人们重视是因为在１９８２年Ｂｏｅｉｎｇ［１１公司用物理蒸发法将效率提高到１０．６％。该公司首先在衬底上镀了一层Ｍｏ背接触。为了得到高质量的吸收层结构，在镀ＣＩＳ膜的开始状态采取了Ｃｕ富有的方法，得到良好的效果。更为关键的是，为了改变带隙，引入能够形成异质结的材料（ＣｄＳ），使电池的开路电压和光致电流都得到了不同程度的提高，从而达到提高电池效率的目的。Ｂｏｅｉｎｇ公司为了进一步提高效率，提出了用Ｇａ来替代Ｉｎ，研制出的Ｃｕ（Ｉｎ—Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）合金膜的效率是１４．６％。这种多元化合物的带隙较宽，结构的可选择性较大。莸们有理由相信，随着对表面及内部结构及性质的不断研究，必将得到更高效率的ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池。 ２ＣＩＳ薄膜太阳能电池的制备 目前，ＣＩＳ膜（主要指吸收层）的制备可以采用许多方法，常见的有ｎ］：①真空蒸发或溅射法；②化学气相热介喷涂法；③电镀或沉积Ｃｕ和Ｉｎ，然后用Ｈ。ｓｅ处理，把它换成ＣｕＩｎＳｅ。。位于德国斯图加特市的太阳能和氢能研究所（ｚｓｗ），多年来一直致力于ＣＩＳ膜的研制和技术推广。下面描述的是该研究所