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可挠性CIGS薄膜太阳能电池制程开发

可挠性CIGS薄膜太阳能电池制程开发
可挠性CIGS薄膜太阳能电池制程开发

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

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

薄膜太阳能电池

3长江学者和创新团队发展计划资助项目(IR T0547) 徐慢:男,1964年生,博士研究生 E 2mail :opluse @https://www.sodocs.net/doc/1e2193302.html, 薄膜太阳能电池3 徐 慢,夏冬林,杨 晟,赵修建 (武汉理工大学硅酸盐工程教育部重点实验室,武汉430070) 摘要 薄膜太阳能电池作为一种新的能源材料正在得到迅速的发展和进步,主要介绍了非晶硅、多晶硅薄膜太 阳能电池以及CIGS 薄膜太阳能电池,通过比较这几种薄膜太阳能电池各自的特点阐述了各种薄膜太阳能电池的发展状况。 关键词 光电功能薄膜 薄膜 太阳能电池  Thin Film Solar Cells XU Man ,XIA Donglin ,YAN G Sheng ,ZHAO Xiujian (Key Laboratory of Silicate Materials Science and Engineering of Ministry of Education , Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070) Abstract Thin film solar cells are under study by many research group s.This paper makes an introduction of the application of photoelectric f unctional thin films in solar cells ,mainly in the application of a 2Si ∶H ,poly 2Si ∶H and CIGS thin film solar cells and also includes the introduction of their development and preparation techniques. K ey w ords photoelectric f unction thin films ,thin film ,solar cells 0 前言 随着社会的进步与发展,如今光电技术已经成为热门的学科,同时它与各种学科之间的互相交叉也大大促进了各种新的光电子材料的发展。例如,薄膜技术与光电子学领域的互相渗透使得光电子薄膜技术不断迅速发展,涌现了各种新型的光电薄膜器件,并且这些光电薄膜器件正在以较快的速度不断发展和进步。对光电薄膜材料的研究和开发工作是非常活跃的,所涉及的光电薄膜材料也很丰富,这些材料主要包括:G e 和Si 单晶以及以它们为基的掺杂体;化合物半导体有:CdS 、CdSe 、Cd Te 、ZnSe 、HgSe 、Hg Te 、PbS 、PbSe 、InP 、InAs 、InSb 、G aAs 、G aSb 等[1]。 在光(包括不可见光)的照射下,物体发射电子的现象即使物质发生某些电性质的变化,就称为光电效应。光电效应主要有光电导效应、光生伏特效应和光电子发射效应3种。光电材料中光伏材料一直是研究的热点,利用光伏效应原理不仅可以制作探测光信号的光电转化元件,还可以制造光电池———薄膜太阳能电池。随着世界能源的紧缺,薄膜太阳能电池作为一种光电功能薄膜,可以有效地解决能源短缺问题,而且它无污染,易于大面积推广。 1 薄膜太阳能电池 目前薄膜太阳能电池按材料可分为硅薄膜型、化合物半导 体薄膜型和有机薄膜型。化合物半导体薄膜型又分为非结晶型(如a 2Si ∶H )、ⅢV 2族(如CaAs )、Ⅱ2Ⅵ族(CdS 系)和磷化锌 (Zn 3P 2)等[2,3] 。 以硅为主的太阳能电池从1954年第一块单晶硅太阳电池开始,已经获得了极大的发展和演化。第一代单晶硅太阳能电 池虽然效率高,但制备所需的高纯硅工艺复杂且成本较高。为降低成本,非晶硅薄膜太阳能电池在此基础上得到了很大的发展,它制备工艺相对简单,易实现自动化生产,已在1980年开始实现产业化生产[4],但是非晶硅薄膜太阳能电池存在光致衰减效应(S 2W 效应),因而阻碍了它的进一步发展。多晶硅薄膜太阳能电池因同时具有单晶硅的高迁移率及非晶硅材料成本低、可大面积制备的优点,且无光致衰减效应,因而在薄膜太阳能电池方面得到了越来越多的重视。另外,CIGS 薄膜作为一种性能优异的化合物半导体光伏材料应用在薄膜太阳能电池上也成为各国研究的热点之一,其光电转化效率高,性能稳定而且不会发生光致衰减效应。本文将着重介绍非晶硅(a 2Si )、多晶硅(Poly 2Si )、铜铟镓硒(CIGS )这几种薄膜太阳能电池。 1.1 a 2Si ∶H 薄膜 相对于单晶硅太阳能电池,非晶硅薄膜是一种极有希望大幅度降低太阳电池成本的材料。非晶硅薄膜太阳能电池具有诸多优点使之成为一种优良的光电薄膜光伏器件。(1)非晶硅的光吸收系数大,因而作为太阳能电池时,薄膜所需厚度相对其他材料如砷化镓时,要小得多;(2)相对于单晶硅,非晶硅薄膜太阳能电池制造工艺简单,制造过程能量消耗少;(3)可实现大面积化及连续的生产;(4)可以采用玻璃或不锈钢等材料作为衬底,因而容易降低成本;(5)可以做成叠层结构,提高效率。自1976年美国的Carlson 和Wronski 制备出第一个非晶硅太阳能电池以来,非晶硅太阳能电池就成为世界各国太阳电池的研究重点。非晶硅太阳电池由于经济上的优势使之在整个太阳电池领域中的地位正在迅速升高,成为一些发达国家能源计划的重点。在薄膜太阳电池中,非晶硅太阳电池是唯一能进行大规模生产的器件,且价格便宜,市场占有率逐年增加。它能应用在如计算器、手表等弱光电池市场,也能应用在微波中继站、光伏水泵等 ? 901?薄膜太阳能电池/徐 慢等

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

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

薄膜太阳能电池技术及市场发展现状

薄膜电池技术发展现状 太阳能电池发展中,薄膜电池从一开始就以低成本成为众人关注的亮点,目前国际上已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3种,硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池(CIGS )、碲化镉薄膜太阳能电池(CdTe ),其中,硅基薄膜电池以其特有的优势快速发展。 2010年行业专家预测,a-Si ,CdTe ,CIGS 3种电池将分别占有薄膜光伏市场的52%,37%和11%。可 见,硅基薄膜电池在中长期发展阶段仍将占据薄膜光伏市场的主导地位。薄膜电池近几年全球产量、市场份额趋势预测见表1、表2。笔者将重点介绍硅基薄膜太阳电池技术和薄膜太阳能电池市场发展现状。 摘 要:详细叙述了硅基薄膜太阳能电池结构、工艺制造技术,a-Si 沉积设备,并针对薄膜电池技术的发展现状, 分析了薄膜电池引起波动和变化的原因,展望了BIPV 薄膜电池在未来城市建筑中的应用前景。关键词:薄膜太阳能电池;非晶硅;转换效率中图分类号:TN604 文献标志码:A 收稿日期:2011-05-12;修回日期:2011-06-16 作者简介:张世伟(1962-),男,山西运城人,高级工程师,主要从事电子工艺及专用设备研究,E-mail :scjs@https://www.sodocs.net/doc/1e2193302.html, 。 薄膜太阳能电池技术及市场发展现状 (中国电子科技集团公司第二研究所,山西 太原 030024) 张世伟 文章编号:1674-9146(2011)07-0041-04 表1 近几年薄膜电池全球产量 200920102011201220137211224196027373136185.5341.5484627.577311041605214426493151 2010.53170.545886013.5706054.9150.6246.7344.0544.63 9.2310.7710.5510.4310.9535.8638.6142.7245.5144.42年份 碲化镉(CdTe ) /MW 铜铟镓硒(CIGS ) /MW 非晶硅薄膜 /MW 全球产量/MW CdTe 市场份额/%CIGS 市场份额/%非晶硅薄膜市场份额 /% 表2 市场份额及趋势预测 2009201020112012201311531865270535553625464591.5721.5880107020902680311937464158 3707513765458181885356.3952.1847.6545.7946.97 12.5211.5111.0210.7612.0931.163.3141.3343.4540.95年份 碲化镉(CdTe )/MW 铜铟镓硒(CIGS )/MW 非晶硅薄膜 /MW 全球产量/MW CdTe 市场份额/%CIGS 市场份额/%非晶硅薄膜市场份额 /%

太阳能电池的发展历史

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/1e2193302.html, 太阳能电池的发展历史 作者:张金晶 来源:《商情》2016年第26期 【摘要】相对于风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源,太阳能以污染小、可利用率高、资源分布广泛和使用安全可靠等优点,成为最具有发展前景的能源之一。目前,随着太阳能电池制备技术的不断完善,其技术的开发应用已经走向商业化、大众化,特别是一些小功率、小器件的太阳能电池在一些地区都已经大量生产而且广泛使用。所以谁先开发光电转换效率高、制备成本低的太阳能电池就能在将来的市场抢占先机。 【关键词】太阳能单晶硅薄膜电池 引言:随着社会的飞速发展,能源是影响当今社会进步的重要因素,但是现阶段人类社会发展大部分还是依靠化石能源提供能量。可是化石能源分布极不均衡,并且不可再生,而且燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重影响到了人类社会的可持续发展。然而太阳能是一种可再生清洁能源,可以提供充足的能量供人类使用,因此开发新能源,是人类社会薪火相传,世代相传的重要保证。 此外,不可再生能源的过快消耗对当今的环境形势提出了新的挑战。例如如何解决温室效应,臭氧空洞等问题。有限的化石能源以及在开发利用不可再生能源的过程中出现的负面影响,不仅阻碍了人类经济的飞速发展,而且还严重影响到社会的可持续发展。因此,发展一种新型能源已然成为世界各国提升自己综合国力和倡导能源发展的一个重要手段。 1. 第一代太阳能电池 第一代太阳能电池是发展时间最久,制备工艺最为成熟的一代电池,一般按照研究对象我们将其可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅电池。按照应用程度来说前两者单晶硅与多晶硅在市场所占份额最多,商业前景最好。 单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。从单晶硅太阳能电池发明开始到现在,尽管硅材料有各种问题,但仍然是目前太阳能电池的主要材料,其比例约占整个太阳电池产量的90%以上。我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究,采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术,使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8%。多晶硅太阳能电池的研究开发成本较低,稳定性也比较好,这两大优势引起了科研工作者的注意。其光电转换效率随着制备工艺的成熟不断提高,它达到的最高的光电转换效率为21.9%,但是它的电池效率在目前的太阳能电池中仍处于一般水平。 2.第二代太阳能电池

薄膜太阳能电池的优缺点

薄膜型太阳能电池的优缺点 3.4 薄膜型太阳能电池 薄膜型太阳能电池由于使用材料较少,就每一模块的成本而言比起堆积型太阳能电池有着明显的减少,制造程序上所需的能量也较堆积型太阳能电池来的小,它同时也拥有整合型式的连接模块,如此一来便可省下了独立模块所需在固定和内部连接的成本。未来薄膜型太阳能电池将可能会取代现今一般常用硅太阳能电池,而成为市场主流。 非晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池的最主要差异是材料的不同,单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池的材料都疏,而非晶硅太阳能电池的材料则是SiH4,因为材料的不同而使非晶硅太阳能电池的构造与晶硅太阳能电池稍有不同。 SiH4 最大的优点为吸光效果及光导效果都很好,但其电气特性类似绝缘体,与硅的半导体特性相差甚远,因此最初认为SiH4 是不适合的材料。但在1970年代科学家克服了这个问题,不久后美国的RCA制造出第一个非晶硅太阳能电池。虽然SiH4 吸光效果及光导效果都很好,但由于其结晶构造比多晶硅太阳能电池差,所以悬浮键的问题比多晶硅太阳能电池还严重,自由电子与电洞复合的速率非常快;此外SiH4 的结晶构造不规则会阻碍电子与电洞的移动使得扩散范围变短。基于以上两个因素,因此当光照射在SiH4上产生电子电洞对后,必须尽快将电子与电洞分离,才能有效产生光电效应。所以非晶硅太阳能电池大多做得很薄,以减少自由电子与电洞复合。由于SiH4的吸光效果很好,虽然非晶硅太阳能电池做得很薄,仍然可以吸收大部分的光。 非晶硅薄膜型太阳能电池的结构不同于一般硅太阳能电池,如图9 所示,其主要可分为三层,上层为非常薄(约为0.008微米)且具有高掺杂浓度的P+;中间一层则是较厚(0.5~1 微米)的纯质层(Intrinsic layer),但纯质层一般而言通常都不会是完全的纯质(Intrinsic),而是掺杂浓度较低的n 型材料;最下面一层则是较薄(0.02 微米)的n。而这种p+-i-n的结构较传统p-n结构有较大的电场,使得纯质层中生成电子电洞对后能迅速被电场分离。而在P+上一层薄的氧化物膜为透明导电膜(Transparent Conducting Oxide :TCO),它可防止太阳光反射,以有效吸收太阳光,通常是使用二氧化硅(SnO2)。非晶硅太阳能电池最大的优点为成本低,而缺点则是效率低及光电转换效率随使用时间衰退的问题。因此非晶硅太阳能电池在小电力市场上被广泛使用,但在发电市场上则较不具竞争力。 图9 非晶硅薄膜型太阳能电池的结构图

(整理)薄膜太阳能电池种类

薄膜太阳能电池种类 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。 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。 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LPE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技术异质外延方法制造GaAs电池是降用低成本很有希望的方法。已研究的砷化镓系列太阳电池有单晶砷化镓,多晶砷化镓,镓铝砷--砷化镓异质结,金属-半导体砷化镓,金属--绝缘体--半导体砷化镓太阳电池等。 砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备,有晶体生长法,直接拉制法,气相生长法,液相外延法等。由于镓比较稀缺,砷有毒,制造成本高,此种太阳电池的发展受到影响。除GaAs外,其它III-V化合物如Gasb,GaInP等电池材料也得到了开发。 1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为 24.2%,为欧洲记录。首次制备的GaInP电池转换效率为14.7%。另外,该研

薄膜太阳能电池发展背景

薄膜太陽能電池發展背景 薄膜太陽能電池,顧名思義,乃是在塑膠、玻璃或是金屬基板上形成可產生光電效應的薄膜,厚度僅需數μm,因此在同一受光面積之下比矽晶圓太陽能電池大幅減少矽原料的用量。薄膜太陽能電池並非是新概念的產品,實際上人造衛星就早已經普遍採用砷化鎵(GaAs)所製造的高轉換效率薄膜太陽能電池板(以單晶矽作為基板,轉換效能在30%以上)。 不過,一方面因為製造成本相當高昂,另一方面除了太空等特殊領域之外,應用市場並不多,因此直到近幾年因為太陽能發電市場快速興起後,發現矽晶圓太陽電池在材料成本上的侷限性,才再度成為產業研發中的顯學。目標則是發展出材料成本低廉,又有利於大量生產的薄膜型太陽能電池。 自2006下半年以來,因全球太陽能市場需求成長,造成矽原料供應不足、矽晶太陽能電池及模組生產成本水漲船高。而薄膜太陽能電池因具有輕薄、低成本、可撓曲、多種外觀設計等優點,成為繼矽晶太陽能電池之後,被認為是當前最具發展潛力的太陽能技術。 太陽能電池技術發展 第一代結晶矽 單晶、多晶、非晶 第二代薄膜太陽能電池 矽薄膜、化合物薄膜 第三代染料敏化太陽能電池(DSSC)、其他新技術、新材料薄膜太陽能電池發電原理 薄膜太陽能電池,是以pn半導體接面作為光吸收及能量轉換的主體結構。在基板上分別塗上二種具不同導電性質的p型半導體及n型半導體,當太陽光照射在pn接面,部份電子因而擁有足夠的能量,離開原子而變成自由電子,失去電子的原子因而產生電洞。透過p型半導體及n型半導體分別吸引電洞與電子,把正電和負電分開,在pn接面兩端因而產生電位差。在導電層接上電路,使電子得以通過,並與在pn 接面另一端的電洞再次結合,電路中便產生電流,再經由導線傳輸至負載。 從光產生電的過程當中可知,薄膜太陽能電池的能量轉換效率,與材料的能隙大

太阳能电池发展前景

第二章太阳能电池的基本理论 2.1 半导体 半导体是导电性能介于金属与绝缘体之间的一种材料。在高纯度的半导体中材料中,电子和空穴的浓度相等,这样的半导体称为本征半导体。如果向其中加入某种杂质元素,若电子的浓度大于空穴的浓度,则称它为n型半导体,此时的电子成为多数载流子,空穴则为少数载流子。反之,可以形成p型半导体。 图2.1 半导体的能带图示意图 2.2 pn结及其能带结构 2.2.1 pn结 图2.2 (a)pn结简化结构图(b)理想均匀掺杂pn结的掺杂剖面如图2.2(b)所示,随着扩散运动的进行,在p区和n区的交界面p

2.2.2 pn 结的能带结构 当两块半导体结合形成pn 结时,按照费米能级的意义,电子将从费米能级高的n 区流向费米能级低的p 区,空穴从费米能级低的p 区流向费米能级高的n 区因此,E Fn 不断下降,E Fp 不断上升,直到E Fn = E Fp 为止。这时,pn 结中有统一的费米能级E F , pn 结处于平衡状态。其能带如图所示 图2.3 平衡pn 结的能带图(a)n 、p 型半导体能带(b)平衡pn 结能带图 事实上,E Fn 是随着n 区能带一起向下移动,E Fp 是随着p 区能带一起向上移动的。能带能移动的原因是pn 结空间电荷区存在内建电场的作用。随着内建电场(方向n→p )的增加,空间电荷区内电势V(x)(方向n→p )降低,而电子的势能-qV(x)由n 区向p 区升高,所以p 区的能带相对n 区上移,n 区的能带相对于p 区下移,直至费米能级处处相等时,能带才停止相对移动,pn 结达到平衡状态。 因此,pn 结中费米能级处处相等恰好标志了每一种载流子的扩散电流和漂移电流相互抵消,没有净电流通过pn 结。 这一结论也可从电流密度方程式中推出,电子电流密度和空穴电流密度分别如下: (式2-1) F n n dE J n dx =μ

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)

太阳能电池片技术发展的现状和趋势

太阳能电池片生产技术的发展和趋势 LED光伏电子项目部 2009/2/22

1太阳能电池片的生产工艺 1.1太阳能电池的工作原理 典型的太阳电池本质上是一个大面积半导体二极管,它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时,其中能量大于禁带宽度Eg的光子能把价带中电子激发到导带上去,形成自由电子,价带中留下带正电的自由空穴,即电子-空穴对,通常称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区,被该区的内建电场分离电子被扫 到电池的n型一侧,空穴被扫到电池的p型一侧,从而在电池上下两面(两极)分别形成了正负电荷积累,产生“光生电压”,即“光伏效应”(photovoltaic effect)若在电池两侧引出电极并接上负载,负载中就有“光生电流”通过,得到可利用的电能,这就是太阳电池的工作原理,如图1所示。 图1太阳电池的工作原理 光伏效应是1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到的。1876年在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。硅光电池的报道出现于1941年1954年,贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅光电池,为太阳能光伏发电奠定了技术基础,成为现代太阳电池时代的划时代标志。作为能源,硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10。多年里,硅太阳电池在空间应用中不断扩大,工艺不断改进,电池设计逐步定型。70 年代初,许多新技术引入电池制造工艺,转换效率有了很大提高。与此同时,硅太阳电池开始引入地面应用,70年代末,地面太阳电池产量已经超过了空间电池产量,促使成本不断降低。80年代初,硅太阳电池发展进入快速发展时期,技术进步和研究开发使太阳电池效率进一步提高,商业化生产成本持续降低,应用不断扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后开发出各种不同结构的电池,如肖特基(MS)电池、MIS电池、MINP电池、异质结电池等,其中同质p2n结电池自始至终占着主导地位,其他结构电池对太阳电池的发展也产生了重要影响。在材料方面,有晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、砷化镓薄膜电池等,由于薄膜电池被认为是未来大幅度降低成本的根本出路,因此成为太阳电池研发的重点方向和主流,在技术上得到快速发展,并逐步向商业化生产过渡,多晶硅薄膜电池和Gratzel电池在90年代中后期开始成为薄膜电池的研发热点,技术发展比较迅速。 1.2太阳能电池的生产工艺

太阳能电池的发展前景及应用

科学前沿讲座论文 太阳能电池 的发展前景及应用 姓名:徐壮 学号:2012221105240021 专业名称:微电子 学院名称:物理学与电子科学学院 指导教师:王浩 2015年6月20日

太阳能电池的发展前景及应用 摘要:随着能源日益紧缺和环保压力的不断增大,石油的枯竭几乎像一个咒语,给人类带来了不安。何为石油等不可再生能源的替代者?各国都开始力推可再生能源,其中开发和利用太阳能已成为可再生能源中最炙热的“新宠”,发展太阳能已是大势所趋,太阳能时代已为时不远了。就太阳能发展的前景及应用做简单阐述。 正文: 一、背景 长期以来,人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能,只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右,这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍,可谓取之不尽,用之不竭。其次,宇宙空间没有昼夜和四季之分,也没有乌云和阴影,辐射能量十分稳定。因而发电系统相对说来比地面简单,而且在无重量、高真空的宇宙环境中,对设备构件的强度要求也不太高。再者,太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同,不会导致"温室效应"和全球性气候变化,也不会造成环境污染。正因为如此,太阳能的利用受到许多国家的重视,大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料,以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来,在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下,我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置,其应用十分广泛,在某些领域,太阳能的利用已开始进入实用阶段。 二、太阳能转化为电能原理 光伏发电是利用半导体pn结(pn junction)的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池(solar cell)。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件(module),再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制,因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输 电线路即可就地发电供电及建设同期短的优 点。 光伏发电是根据光生伏特效应原理,当P-N 结受光照时,样品对光子的本征吸收和非本征 吸收都将产生光生载流子。但能引起光伏效应 的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P 区产生的光生空穴,N区产生的光生电子属多 子,都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光 生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对(少子)扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向N区,光生空穴被拉向P 区,即电子空穴对被内建电场分离。这导致在N区边界附近有光生电子积累,在P区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内

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

CdTe薄膜太阳能电池产业发展报告

CdTe薄膜太阳能电池产业发展报告 标签:薄膜太阳电池CdTe solar 2007-10-09 12:21 一、概述 CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体,带隙1.5eV,与太阳光谱非常匹配,最适合于光电能量转换,是一种良好的PV材料[1],具有很高的理论效率(28%)[2],性能很稳定,一直被光伏界看重,是技术上发展较快的一种薄膜电池。碲化镉容易沉积成大面积的薄膜,沉积速率也高。CdTe 薄膜太阳电池通常以CdS /CdT e异质结为基础。尽管CdS和CdTe和晶格常数相差10%,但它们组成的异质结电学性能优良,制成的太阳电池的填充因子高达F F =0.75[3]。 制备CdTe多晶薄膜的多种工艺和技术已经开发出来,如近空间升华、电沉积、PVD、CVD、CBD、丝网印刷、溅射、真空蒸发等[4]。丝网印刷烧结法:由含CdTe、CdS浆料进行丝网印刷CdTe、CdS 膜,然后在600~700℃可控气氛下进行热处理1h 得大晶粒薄膜. 近空间升华法:采用玻璃作衬底,衬底温度500~600℃,沉积速率10μm/min. 真空蒸发法:将CdTe 从约700℃加热钳埚中升华,冷凝在300~400℃衬底上,典型沉积速率1nm/s. 以CdTe 吸收层,CdS 作窗口层半导体异质结电池的典型结构:减反射膜/玻璃/(SnO2:F)/CdS/P-CdTe/背电极。电池的实验室效率不断攀升,最近突16%。20世纪90年代初,CdTe电池已实现了规模化生产,但市场发展缓慢,市场份额一直徘徊在1%左右。商业化电池效率平均为 8%-10%[5]。 为了更好地、更系统地研究CdTe系太阳电池,本文简要介绍CdTe薄膜太阳能电池的国内外的研究进展与产业发展状况,以及存在的问题、制约因素等。 二、国外CdTe薄膜太阳能电池产业发展状况与趋势 CdTe薄膜太阳电池是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。美国南佛罗里达大学于1993年用升华法在1cm2面积上做出效率为15.8 %的太阳电池[6] , 随后,日本 Matsushita Battery报道了CdTe基电池以CdTe 作吸收层,CdS 作窗口层的n-CdS/ P - CdTe 半导体异质结电池,其典型结构为MgF2/ 玻璃/ SnO2∶F/ n-CdS/ P- dTe/ 背电极,小面积电池最高转换效率16%[7],成为当时CdTe薄膜太阳能电池的最高纪录,近年来,太阳电池的研究方向是高转换效率、低成本和高稳定性. 因此,以CdTe为代表的薄膜太阳电池倍受关注,Siemens报道了面积为3600cm2电池转换效率达到11.1%的水平。美国国家可再生能源实验室提供了Solar Cells lnc的面积为6879cm2CdTe薄膜太阳电池的测试结果,转换效率达到7.7%;Bp Solar的CdTe薄膜太阳电池,面积为4540cm2,效率为8.4%,面积为706cm2的太阳电池,转换效率达到10.1%;Goldan Photon的CdTe太阳电池,面积为3528cm2,转换效率为7.7%。详细情况如表1[7-11]。 表1 CdTe 薄膜太阳电池参数表[7-11]

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