太阳能电池制造工艺ppt课件

1、微电子工艺原理与技术微电子工艺原理与技术 李李 金金 华华太阳能电池制造工艺太阳能电池制造工艺主要内容主要内容 硅太阳能电池任务原理硅太阳能电池任务原理 太阳能电池硅资料太阳能电池硅资料 硅太阳能电池制造工艺硅太阳能电池制造工艺 4.4.提高太阳能电池效率的途经提高太阳能电池效率的途经 5.5.高效太阳能电池资料高效太阳能电池资料 6.6.高效太阳能电池构造高效太阳能电池构造一、硅太阳能电池任务原理一、硅太阳能电池任务原理 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中；大阳能光

2、电利用是近些年来开展最快，何的环境污染。在太阳能的有效利用中；大阳能光电利用是近些年来开展最快，最具活力的研讨领域，是其中最受瞩目的工程之一。最具活力的研讨领域，是其中最受瞩目的工程之一。 制造太阳能电池主要是以制造太阳能电池主要是以半导体资料为根底，半导体资料为根底，其任务原理是利用光电资料其任务原理是利用光电资料吸收光能后发生内光电效应，吸收光能后发生内光电效应，将光能转换为电能。根据所将光能转换为电能。根据所用资料的不同，太阳能电池用资料的不同，太阳能电池可分为：硅基太阳能电池和可分为：硅基太阳能电池和薄膜电池，本章主要讲硅基薄膜电池，本章主要讲硅基太阳能电池。太阳能电池。 太阳能电池发

3、电的原理主要是半导体的内光电效应，普太阳能电池发电的原理主要是半导体的内光电效应，普通的半导体主要构造如下：通的半导体主要构造如下： 图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。旁边的四个电子。1 1硅太阳能电池任务原理与构造硅太阳能电池任务原理与构造 当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的构成可以参照以下图： 图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，由于硼原子周围只需3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴由于没有电子而变得很

4、不稳定，容易吸收电子而中和，构成P 型半导体。 同样，掺入磷原子以后，由于磷原子有五个电子，所以同样，掺入磷原子以后，由于磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活泼，构成就会有一个电子变得非常活泼，构成N N型半导体。黄色的为型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。如以下图。磷原子核，红色的为多余的电子。如以下图。 当当P P型和型和N N型半导体资料结合时，型半导体资料结合时，P P 型型 N N型资料中的型资料中的空穴电子向空穴电子向N N 型型 P P 型资料这边分散，分散的结型资料这边分散，分散的结果使得结合区构成一个势垒，由此而产生的内电场将阻止果使得结合区构成一个势垒

5、，由此而产生的内电场将阻止分散运动的继续进展，当两者到达平衡时，在分散运动的继续进展，当两者到达平衡时，在PNPN结两侧构结两侧构成一个耗尽区。成一个耗尽区。PN结的构成及任务原理结的构成及任务原理 零偏 负偏 正偏 当PN结反偏时，外加电场与内电场方向一致，耗尽区在外电场作用下变宽，使势垒加强；当PN结正偏时，外加电场与内电场方向相反，耗尽区在外加电场作用下变窄，势垒减弱。当光电池用作光电转换器时，必需处于零偏或反偏形状。 硅光电池是一个大面积的光电二极管，它可把入射到它外表的光能转化为电能。当有光照时，入射光子将把处于介带中的束缚电子激发到导带(光生伏特效应，激发出的电子空穴对在内电场作用

6、下分别漂移到N型区和P型区，当在PN结两端加负载时就有一光生电流流过负载。光光电电池池构构造造表表示示图图半导体的内光电效应半导体的内光电效应 当光照射到半导体上时，光子将能量提供应电子，电子当光照射到半导体上时，光子将能量提供应电子，电子将跃迁到更高的能态，在这些电子中，作为实践运用的光将跃迁到更高的能态，在这些电子中，作为实践运用的光电器件里可利用的电子有：电器件里可利用的电子有： 1价带电子；价带电子；2自在电子或空穴自在电子或空穴Free Carrier；3存在于杂质能级上的电子。存在于杂质能级上的电子。 太阳电池可利用的电子主要是价带电子。由价带电子得太阳电池可利用的电子主要是价带电

7、子。由价带电子得到光的能量跃迁到导带的过程决议的光的吸收称为本征或到光的能量跃迁到导带的过程决议的光的吸收称为本征或固有吸收。固有吸收。 太阳电池是将太阳能直接转换成电能的器件。它的根本构太阳电池是将太阳能直接转换成电能的器件。它的根本构造是由半导体的造是由半导体的PN结组成。此外，异质结、肖特基势垒等结组成。此外，异质结、肖特基势垒等也可以得到较好的光电转换效率。也可以得到较好的光电转换效率。 太阳电池能量转换的根底是结的光生伏特效应。当光照射到pn结上时，产生电子一空穴对，在半导体内部结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内建电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存

8、了过剩的电子，p区有过剩的空穴。它们在pn结附近构成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使p区带正电，N区带负电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应。此时，假设将外电路短路，那么外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过，这个电流称作短路电流；假设将PN结两端开路，那么由于电子和空穴分别流入N区和P区，使N区的费米能级比P区的费米能级高，在这两个费米能级之间就产生了电位差VOC。可以测得这个值，并称为开路电压。由于此时结处于正向偏置，因此，上述短路光电流和二极管的正向电流相等，并由此可以决议VOC的值。光生伏特效应光生伏特效应 当晶片受光后，当

9、晶片受光后，PN结中，结中，N型半导体的空穴往型半导体的空穴往P型区挪动，而型区挪动，而P型区中的型区中的电子往电子往N型区挪动，从而构成从型区挪动，从而构成从N型区到型区到P型区的电流。然后在型区的电流。然后在PN结中构成结中构成电势差，这就构成了电源。电势差，这就构成了电源。硅太阳能电池构造硅太阳能电池构造 另外硅外表非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的维护膜如图，实践工业消费根本都是用化学气相堆积堆积一层氮化硅膜，厚度在1000埃左右。将反射损失减小到5甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池通常是36个

10、并联或串联起来运用，构成太阳能光电板。 由于半导体不是电的良导体，电子在经过由于半导体不是电的良导体，电子在经过p pn n结后假设在半导体中结后假设在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但假设在上层全部涂上金属，流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但假设在上层全部涂上金属，阳光就不能经过，电流就不能产生，因此普通用金属网格覆盖阳光就不能经过，电流就不能产生，因此普通用金属网格覆盖p pn n结结如图如图 梳状电极，以增参与射光的面积。梳状电极，以增参与射光的面积。 梳状电极和抗反膜梳状电极和抗反膜 二太阳能电池的硅资料二太阳能电池的硅资料 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度通常的晶体硅太阳能

11、电池是在厚度300350m的高质量硅片上制成的，的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上，将单晶硅棒切成片，普通片厚约这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上，将单晶硅棒切成片，普通片厚约0.40.45毫米。硅片经过切、抛、磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。毫米。硅片经过切、抛、磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。 太阳能硅的杂质浓度较高，普通要求太阳能硅的杂质浓度较高，普通要求5 5个个9 9的纯度的纯度99.99999.999，比集成电路用的单晶硅，比集成电路用的单晶硅 纯度要求纯度要求7 78 8个个9 9要求低得多。太阳能硅常用要求低得多。太阳能硅常用0.320.32cmcm的的P

12、 P型型100100单晶硅片。单晶硅片。 制造太阳电池片，首先要对经过清洗的硅片，在高温石英管分散炉对硅片外表作分散掺杂，普通掺杂物为微量的硼、磷、锑等。目的是在硅片上构成P/N结。然后采用丝网印刷法，用精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膜 ，单晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体片经过检测，即可按所需求的规格组装成太阳电池组件太阳电池板，用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和装资料进展封装，组成各种大小不同太阳电池阵列。目前大规模消费的单晶硅太阳电池的光电转换效率为1415左右，实验室成果也有20以上的。常州天和光能和无锡尚德的

13、转换效率在14.5，常州盛世太阳能公司有90可做到16.2以上。三、硅太阳能电池制造工艺三、硅太阳能电池制造工艺 硅太阳能电池制造工艺硅太阳能电池制造工艺硅太阳能电池制造工艺主要包括：硅太阳能电池制造工艺主要包括：1. 去除损伤层去除损伤层2. 外表绒面化外表绒面化3. 发射区分散发射区分散4. 边缘结刻蚀边缘结刻蚀5. PECDV堆积堆积SiN6. 丝网印刷正反面电极浆料丝网印刷正反面电极浆料7. 共烧构成金属接触共烧构成金属接触8. 电池片测试。电池片测试。外表绒面化外表绒面化 由于硅片用P型100硅片，可利用氢氧化钠溶液对单晶硅片进展各向异性腐蚀的特点来制备绒面。当各向异性因子10时所谓

14、各向异性因子就是100面与111面单晶硅腐蚀速率之比，可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。绒面具有受光面积大，反射率低的特点。可提高单晶硅太阳电池的短路电流，从而提高太阳电池的光电转换效率。 金字塔形角锥体的外表积金字塔形角锥体的外表积S0S0等于等于四个边长为四个边长为a a正三角形正三角形S S之和之和 由此可见有绒面的受光面积比光由此可见有绒面的受光面积比光面提高了倍即面提高了倍即1.7321.732倍。倍。20a3a23a214S绒面受光面积绒面受光面积 当一束强度为当一束强度为E0E0的光投射到图中的的光投射到图中的A A点，产生反射光点，产生反射光11和进入硅中的折射光和

15、进入硅中的折射光22。反射光。反射光11可以继续投射到另一可以继续投射到另一方锥的方锥的B B点，产生二次反射光点，产生二次反射光33和进入半导体的折射光和进入半导体的折射光44；而对光面电池就不产生这第二次的入射。经计算可知还有而对光面电池就不产生这第二次的入射。经计算可知还有11%11%的二次反射光能够进展第三次反射和折射，由此可算得的二次反射光能够进展第三次反射和折射，由此可算得绒面的反射率为绒面的反射率为9.04%9.04%。绒面反射率绒面反射率 由于原始硅片采用P型硅，发射区分散普通采用三氯氧磷气体携带源方式，这个工艺的特点是消费高，有利于降低本钱。目前大型的太阳能厂家普通用8吋硅片

16、分散炉、石英管口径达270mm，可以分散156156mm的硅片。 由于石英管口径大，恒温区长，提高了分散薄层电阻均匀性；由于采用磷分散，可以实现高浓度的掺杂，有利于降低太阳电池的串联电阻Rs，从而了提高太阳电池填充因子FF。分散条件为880C ，10分，得到的P-N结深约0.15m。发射区分散发射区分散SiN钝化与钝化与APCVD淀积淀积TiO2 先期的地面用高效单晶硅太阳电池普通采用钝化发射区太阳电池(PESC)工艺。分散后，在去除磷硅玻璃的硅片上,热氧化生长一层10nm25nm厚SiO2,使外表层非晶化,改动了外表层硅原子价键失配情况,使外表趋于稳定,这样减少了发射区外表复合,提高了太阳电

17、池对蓝光的呼应,同时也添加了短路电流密度Jsc,由于减少了发射区外表复合,这样也就减少了反向饱和电流密度,从而提高了太阳电池开路电压Voc。还有假设没有这层SiN,直接淀积TiO2薄膜,硅外表会出现圈套型的滞后景象导致太阳电池短路电流衰减,普通会衰减8%左右,从而降低光电转换效率。故要先生长SiN钝化再生长TiO2减反射膜。 TiO2减反射膜是用APCVD设备生长的,它经过钛酸异丙脂与纯水产生水解反响来生长TiO2薄膜。 多晶硅太阳电池广泛运用PECVD淀积SiN ,由于PECVD淀积SiN时,不光是生长SiN作为减反射膜,同时生成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有外表钝化和体钝化的双

18、重作用,可用于大批量消费高效多晶硅太阳电池,为上世纪末多晶硅太阳电池的产量超越单晶硅太阳电池立下汗马功绩。随着PECVD在多晶硅太阳电池胜利,引起人们将PECVD用于单晶硅太阳电池作外表钝化的愿望。 由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氢,可以很好的钝化硅中的外表悬挂键，从而提高了载流子迁移率，普通要提高20%左右，同时由于SiN薄膜对单晶硅外表有非常明显的钝化作用。阅历显示，用PECVD SiN作为减反膜的单晶硅太阳电池效率高于传统的APCVD TiO2作减反膜单晶硅太阳电池。SiN减反膜的厚度约75nm，折射率可高到2.1富硅。PECVDPECVD淀积淀积SiNSiN 晶体硅太阳电池要经过三次印

19、刷金属浆料，传统工艺要用二次烧结才干构成良好的带有金属电极欧姆接触，共烧工艺只需一次烧结，同时构成上下电极的欧姆接触，是高效晶体硅太阳能电池的一项重要关键工艺。该工艺的根底实际来自合金法制P-N结工艺。当电极金属资料和半导体单晶硅在温度到达共晶温度时，单晶硅原子按相图以一定的比例量溶入到熔融的合金电极资料。单晶硅原子溶入到电极金属中的整个过程相当快，普通只需几秒钟。溶入的单晶硅原子数目决议于合金温度和电极资料的体积，烧结合金温度愈高，电极金属资料体积愈大，那么溶入的硅原子数目也愈多，这时形状被称为晶体电极金属的合金系统。假设此时温度降低，系统开场冷却，原先溶入到电极金属资料中的硅原子重新以固态

20、方式结晶出来，在金属和晶体接触界面上生长出一层外延层。假设外延层内含有足够量的与原先晶体资料导电类型一样杂质成份，就获得了用合金法工艺构成的欧姆接触；假设再结晶层内含有足够量的与原先晶体资料导电类型异型的杂质成份，这就获得了用合金法工艺构成P-N结。 共烧构成金属接触共烧构成金属接触 银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，经过烘干，使有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物严密粘附在硅片上，这时，可视为金属电极资料层和硅片接触在一同。所谓共烧工艺显然是采用银硅的共晶温度，同时在几秒钟内单晶硅原子溶入到金属电极资料里，之后又几乎同时冷却构成再结晶层，这个再结晶层是较完美单晶硅的晶格点阵构造。只经过一次烧结

21、钝化的外表层，氢原子的外释是有限的，共烧保证了氢原子大量存在，填充因子较高，没有必要引入氮氢烘焙工艺FGS。电池片测试电池片测试 主要测试太阳电池的根本特性：主要测试太阳电池的根本特性： 开路电压开路电压VOC、短路电流、短路电流ISC、填充因子、填充因子FF、能量转换效、能量转换效率率。 FF为电池的填充因子为电池的填充因子(Fill Factor), 它定义为电池具有最大输出功率它定义为电池具有最大输出功率(Pop,)时的电流时的电流(IOpt)和和电压电压(Vopt)的乘积与电池的短路电流和开路电压乘积的比值，的乘积与电池的短路电流和开路电压乘积的比值， 较高较高 的的 短短 路电流和开

22、路电压是产生较高能量转换效率的根路电流和开路电压是产生较高能量转换效率的根底。假设两个电池的短路电流和开路电压完全一样，制约底。假设两个电池的短路电流和开路电压完全一样，制约其效率大小的参数就是填充因子。其效率大小的参数就是填充因子。 能量转换效率是光电池的最重要性能目的，它为光电池将能量转换效率是光电池的最重要性能目的，它为光电池将入射光能量转换成电能的效率。入射光能量转换成电能的效率。光电池的测试电路光电池的测试电路PN结两端的电流结两端的电流 光电池处于零偏时，光电池处于零偏时，V0，流过，流过PN结的电流结的电流IIP ；光电池；光电池处于反偏时，流过处于反偏时，流过PN结的电流结的电

23、流I IP - Is ，当光电池用作光电，当光电池用作光电转换器时，必需处于零偏或反偏形状。转换器时，必需处于零偏或反偏形状。光电流光电流IP与输出光功率与输出光功率Pi 之间的关系：之间的关系： R 为呼应率，为呼应率，R 值随入射光波长的不同而变化，对不同资料制值随入射光波长的不同而变化，对不同资料制造的光电池造的光电池R值分别在短波长和长波优点存在一截止波长。值分别在短波长和长波优点存在一截止波长。PKTevsIeII)1(/PiIRP光电池的伏安特性光电池的伏安特性 以下图显示了光电池的典型以下图显示了光电池的典型I-V曲线。曲线。Pm为最大功率点。为最大功率点。它确实定可用从光电池它

24、确实定可用从光电池I-V曲线上恣意点向纵、横坐标引垂曲线上恣意点向纵、横坐标引垂线，垂线与坐标轴捍卫面积最大的点即为线，垂线与坐标轴捍卫面积最大的点即为Pm。根据该特性。根据该特性曲线可以确定光电池的开路电压、短路电流。曲线可以确定光电池的开路电压、短路电流。 太阳电池的短路电流等于其光生电流。决议短路电流的要素很多，分析短路电流的最方便的方法是将太阳光谱划分成许多段，每一段只需很窄的波长范围，并找出每一段光谱所对应的电流，电池的总短路电流是全部光谱段奉献的总和。负载特性负载特性四、提高太阳能电池效率的途经四、提高太阳能电池效率的途经 在硅太阳能电池的制造历史中曾经采用过许多措施来提高太阳能电

25、池的光电转换效率，并且随着能源的不断耗费，高效太阳能的研讨正热火朝天地进展。主要针对： 1.降低光电子的外表复合，如降低外表态等； 2.降低入射光的外表反射，用多种太阳光减反射技术，如堆积 减反层、硅片外表织构技术、部分背外表场技术，最大限制 地减少太阳光在硅外表的反射； 3.电极低接触电阻和集成受光技术，如激光刻槽埋栅技术和表 面浓度分散技术，使电极接触电阻低和添加硅外表受光面积。 4.降低P-N结的结深和漏电； 5.采用高效廉价光电转换资料；后面主要引见高效太阳能电池资料和构造。 五、高效太阳能电池资料五、高效太阳能电池资料1. 1. 多晶硅多晶硅 单晶硅太阳能电池耗费的硅资料很多。为了节

26、省资料，目前开展多晶硅薄膜电单晶硅太阳能电池耗费的硅资料很多。为了节省资料，目前开展多晶硅薄膜电池。采用化学气相堆积法，包括用池。采用化学气相堆积法，包括用LPCVD和和PECVD工艺制造多晶硅薄膜。此外，工艺制造多晶硅薄膜。此外，液相外延法液相外延法LPPE和溅射堆积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。和溅射堆积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。 化学气相堆积主要以化学气相堆积主要以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或或SiH4,为反响气体为反响气体,在一定的维在一定的维护气氛下反响堆积在加热的衬底上，衬底资料普通选用护气氛下反响堆积在加热的衬底上，衬底资料普通选用Si、SiO2、Si3N4等。

27、但在等。但在非硅衬底上很难构成较大的晶粒，且容易在晶粒间构成空隙。处理方法是先用非硅衬底上很难构成较大的晶粒，且容易在晶粒间构成空隙。处理方法是先用 LPCVD在衬底上堆积一层较薄的非晶硅层，退火后得到较大的晶粒，然后再在这在衬底上堆积一层较薄的非晶硅层，退火后得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上堆积厚的多晶硅薄膜。因此，再结晶技术是很重要的环节，目前采用的技层籽晶上堆积厚的多晶硅薄膜。因此，再结晶技术是很重要的环节，目前采用的技术主要有固相结晶法和区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除再结晶工艺外，采用单晶术主要有固相结晶法和区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除再结晶工艺外，采用单晶硅太阳能电池的一切技术，

28、德国人用区熔再结晶法制得电池的效率高达硅太阳能电池的一切技术，德国人用区熔再结晶法制得电池的效率高达19，日，日本三菱同法制得得效率为本三菱同法制得得效率为16.22. 2. 非晶硅薄膜非晶硅薄膜 开发太阳能电池的两个关键是：提高转换效率和降低本钱。由于非晶硅薄膜本钱低，便于大量消费，遭到普遍注重并得到迅速开展。 但非晶硅光学带隙为1.7eV, 对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即光致衰退S一W效应，使电池性能不稳定。处理途径就是制备叠层太阳能电池。叠层电池是由在制备的p、i、n层单结电池上再堆积一个或多个P-i-

29、n子电池制得的。叠层太阳能电池提高转换效率、处理单结电池不稳定性的关键问题在于：它把不同禁带宽度的材科组台在一同，提高了光谱的呼应范围；顶电池的i层较薄，光照产生的电场强度变化不大，保证i层中的光生载流子抽出；底电池产生的载流子约为单电池的一半，光致衰退效应减小；叠层太阳能电池各子电池是串联在一同的。 非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多，其中包括反响溅射非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多，其中包括反响溅射法、法、PECVD法、法、LPCVD法等，反响原料气体为法等，反响原料气体为H2稀释的稀释的SiH4，衬底主要为玻璃及不锈钢片，制成的非晶硅薄膜经过不同的电池衬底主要为玻璃及不锈钢片，制成

30、的非晶硅薄膜经过不同的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的研讨获得两大进展：第一、三叠层构造非晶硅太阳能阳能电池的研讨获得两大进展：第一、三叠层构造非晶硅太阳能电池转换效率到达电池转换效率到达13，创下新的记录；第二、三叠层太阳能电，创下新的记录；第二、三叠层太阳能电池年消费才干达池年消费才干达5MW。 非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的本钱及分非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的本钱及分量轻等特点，有着极大的潜力。但同时由于它的稳定性不高，直量轻等特点，有着极大的潜力。但同时由于它

31、的稳定性不高，直接影响了它的实践运用。假设能进一步处理稳定性问题及提高转接影响了它的实践运用。假设能进一步处理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的主要开换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要开展产品之一。展产品之一。 3. 3. 多元化合物薄膜多元化合物薄膜 为了寻觅单晶硅电池的替代品为了寻觅单晶硅电池的替代品, ,人们除开发了多晶硅、非晶硅人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它资料的太阳能电池。其中主薄膜太阳能电池外，又不断研制其它资料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓要包括砷化镓III-VIII-V族化合物、硫化镉、硫化镉及

32、铜锢硒薄膜电池族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。上述电池中，虽然硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非等。上述电池中，虽然硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高晶硅薄膜太阳能电池效率高12121313，本钱较单晶硅电池低，本钱较单晶硅电池低，并且也易于大规模消费，但由于镉有剧毒，会对环境呵斥严重的并且也易于大规模消费，但由于镉有剧毒，会对环境呵斥严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。 砷化镓砷化镓III-VIII-V族化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率遭到人族化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较

33、高的转换效率遭到人们的普遍注重。们的普遍注重。GaAsGaAs属于属于III-VIII-V族化合物半导体资料，其能隙为族化合物半导体资料，其能隙为1.4eV1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，因此，是很理想的电池资料。，正好为高吸收率太阳光的值，因此，是很理想的电池资料。GaAsGaAs等等III-VIII-V化合物薄膜电池的制备主要采用化合物薄膜电池的制备主要采用 MOVPEMOVPE和和LPELPE技术，技术，其中其中MOVPEMOVPE方法制备方法制备GaAsGaAs薄膜电池受衬底位错、反响压力、薄膜电池受衬底位错、反响压力、III-VIII-V比率、总流量等诸多参数的影响。比率、总流

34、量等诸多参数的影响。 除除GaAsGaAs外，其它外，其它III-VIII-V化合物化合物如如GasbGasb、GaInPGaInP等电池资料也得到了开发。等电池资料也得到了开发。 1998年德国费莱堡太阳能系统研讨所制得的GaAs太阳能电池转换效率为24.2，初次制备的GaInP电池转换效率为14.7另外，该研讨所还采用堆叠构造制备GaAs，Gasb电池，该电池是将两个独立的电池堆叠在一同，GaAs作为上电池，下电池用的是Gasb,所得到的电池效率到达31.1。 铜铟硒CuInSe2简称CIS。CIS资料的能隙为1.leV，适于太阳光的光电转换。另外，CIS薄膜太阳电池不存在光致衰退问题。因

35、此，CIS用作高转换效率薄膜太阳能电池资料也引起了人们的注目。 CIS电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法。真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、铟和硒，硒化法是运用H2Se叠层膜硒化，但难以得到成分均匀的CIS。CIS薄膜电池的转换效率将到达20，相当于多晶硅太阳能电池。 CIS作为太阳能电池的半导体资料，具有价钱低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后开展太阳能电池的一个重要方向。独一的问题是资料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的开展又必然遭到限制。 铜铟硒铜铟硒(CIS)(CIS)薄膜太阳电池性能优良，被国际上称为下一代的薄膜太阳电池性能优良，被国际上称为下一代的廉

36、价太阳能电池。吸引世界众多的光伏专家进展研讨开发。由于廉价太阳能电池。吸引世界众多的光伏专家进展研讨开发。由于铜铟硒电池是多元化合物半导体器件，复杂的多层构造和敏感的铜铟硒电池是多元化合物半导体器件，复杂的多层构造和敏感的元素配比，要求其工艺和设备极其严厉。太阳电池光电转换效率元素配比，要求其工艺和设备极其严厉。太阳电池光电转换效率是代表资料性能、器件构造、制备技术、工艺设备和检测手段等是代表资料性能、器件构造、制备技术、工艺设备和检测手段等综合性整体程度的标志性目的，世界上只需四个国家开发出这种综合性整体程度的标志性目的，世界上只需四个国家开发出这种单体电池和集成组件，美、日、德三国完成了中

37、试线的开发，尚单体电池和集成组件，美、日、德三国完成了中试线的开发，尚未实现商品化。未实现商品化。 采用采用CuInGaSe CuInGaSe 多元复合薄膜，也可消费高效太阳能电池。多元复合薄膜，也可消费高效太阳能电池。薄膜是经过在玻璃薄膜是经过在玻璃o o基材上经过物理气相淀积铜和硒或铟和硒基材上经过物理气相淀积铜和硒或铟和硒并调整该薄膜的最终化学计量比并调整该薄膜的最终化学计量比Cu=11.2(In,Ga)=11.2: Se= Cu=11.2(In,Ga)=11.2: Se= 22.522.5。 4. 聚合物薄膜 以聚合物替代无机资料是太阳能电池制造的方向。其原理是利用不同氧化复原型聚合物

38、的不同氧化复原电势，在导电资料电极外表进展多层复合，制成类似无机PN结的单导游电安装。其中一个电极的内层由复原电位较低的聚合物修饰，外层聚合物的复原电位较高，电子转移方向只能由内层向外层转移；另一个电极的修饰正好相反，并且第一个电极上两种聚合物的复原电位均高于后者的两种聚合物的复原电位。当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解波中时光敏化剂吸光后产生的电子转移到复原电位较低的电极上，复原电位较低电极上积累的电子不能向外层聚合物转移，只能经过外电路从复原电位较高的电极回到电解液，因此外电路中有光电流产生。由于有机资料柔性好，本钱底，对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机资料制备的太阳

39、能电池运用寿命和效率都不能和无机资料特别是硅电池相比。 近来报道，日本产业技术综合研讨所曾经研制出目前世界上太近来报道，日本产业技术综合研讨所曾经研制出目前世界上太阳能转换率最高的有机薄膜太阳能电池，其转换率已到达现有有阳能转换率最高的有机薄膜太阳能电池，其转换率已到达现有有机薄膜太阳能电池的四倍。机薄膜太阳能电池的四倍。 报道说，此前的有机薄膜太阳能电池是把两层有机半导体的薄报道说，此前的有机薄膜太阳能电池是把两层有机半导体的薄膜接合在一同，其太阳能到电能的转换率约为。新型有机薄膜接合在一同，其太阳能到电能的转换率约为。新型有机薄膜太阳能电池在原有的两层构造中间参与一种混合薄膜，变成三膜太阳

40、能电池在原有的两层构造中间参与一种混合薄膜，变成三层构造，这样就添加了产生电能的分子之间的接触面积，从而大层构造，这样就添加了产生电能的分子之间的接触面积，从而大大提高了太阳能转换率。大提高了太阳能转换率。 有机薄膜太阳能电池运用塑料等质轻柔软的资料为基板，因有机薄膜太阳能电池运用塑料等质轻柔软的资料为基板，因此人们对它的适用化等待很高。研讨人员表示，经过进一步研讨，此人们对它的适用化等待很高。研讨人员表示，经过进一步研讨，有望开发出转换率达、可投入实践运用的有机薄膜太阳能有望开发出转换率达、可投入实践运用的有机薄膜太阳能电池。电池。 5. 5. 纳米晶资料纳米晶资料 人们在新工艺、新资料、电

41、池薄膜化等方面的探求中，纳人们在新工艺、新资料、电池薄膜化等方面的探求中，纳米米TiO2 TiO2 晶体化学能太阳能电池遭到国内外科学家的注重它由晶体化学能太阳能电池遭到国内外科学家的注重它由瑞士瑞士GratzelGratzel教授首先研制胜利。纳米晶化学太阳能电池简教授首先研制胜利。纳米晶化学太阳能电池简称称NPCNPC电池是由一种在禁带半导体资料修饰、组装到另一种电池是由一种在禁带半导体资料修饰、组装到另一种大能隙半导体资料上构成的，窄禁带半导体资料采用过渡金大能隙半导体资料上构成的，窄禁带半导体资料采用过渡金属属RuRu以及以及OsOs等的有机化合物敏化染料，大能隙半导体资料为等的有机化

42、合物敏化染料，大能隙半导体资料为纳米多晶纳米多晶TiO2TiO2并制成电极，此外并制成电极，此外NPCNPC电池还选用适当的氧化一电池还选用适当的氧化一复原电解质。纳米晶复原电解质。纳米晶TiO2TiO2任务原理：染料分子吸收太阳光能任务原理：染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的TiO2TiO2导带，染料中失去的电子那么很快从电解质中得到补偿，进导带，染料中失去的电子那么很快从电解质中得到补偿，进入入TiO2TiO2导带中的电于最终进入导电膜导带中的电于最终进入导电膜, ,然后经过外回路产生光然后经过外回路产生光电

43、流。电流。 纳米晶纳米晶TiO2TiO2太阳能电池的优点在于它廉价的本钱和简太阳能电池的优点在于它廉价的本钱和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在1010以上，制造以上，制造本钱仅为硅太阳电池的本钱仅为硅太阳电池的1/51/51/101/10寿命能到达寿命能到达2O2O年以上。还年以上。还未面市。未面市。 6. 6. 光电子倍增资料光电子倍增资料 对普通光电资料，一个光子入射只能产生一个光电子，假设一个对普通光电资料，一个光子入射只能产生一个光电子，假设一个光子入射能产生多个光电子，可以称为光电子倍增资料。光子入射能产生多个光电子，可以称为光电子倍增资

44、料。 美国国家可再生能源实验室发现：纳米晶体硅每吸收一个高能美国国家可再生能源实验室发现：纳米晶体硅每吸收一个高能太阳光光子便能产生太阳光光子便能产生2 23 3个电子，额外的电子来自蓝光和紫外光的个电子，额外的电子来自蓝光和紫外光的光子，这两种光线的能量比太阳光谱中其它光线高得多。大多数太光子，这两种光线的能量比太阳光谱中其它光线高得多。大多数太阳能电池都把这额外的能量作为热量而浪费了。小的纳米晶体量阳能电池都把这额外的能量作为热量而浪费了。小的纳米晶体量子点具有量子力学效应，能将这些能量转化为电能。子点具有量子力学效应，能将这些能量转化为电能。 经过产生多个电子，由纳米晶体硅制成的太阳能电

45、池实际上可经过产生多个电子，由纳米晶体硅制成的太阳能电池实际上可以到以到40%40%以上的能量转化为电能。而目前太阳电池板的转化效率最以上的能量转化为电能。而目前太阳电池板的转化效率最多为多为20%20%实际上限实际上限27.8%27.8%。借助反射镜、透镜聚集太阳光，效率。借助反射镜、透镜聚集太阳光，效率可达可达40%40%，而纳米晶体硅电池那么可升至，而纳米晶体硅电池那么可升至60%60%。因此对于光电资料的。因此对于光电资料的开展，纳米晶体硅极具运用潜力。开展，纳米晶体硅极具运用潜力。 然而，该任务刚开场，额外电子出现的时间非常短暂，很难然而，该任务刚开场，额外电子出现的时间非常短暂，很

46、难捕获进展发电。证明这种效应需借助光谱学等间接方法。捕获进展发电。证明这种效应需借助光谱学等间接方法。六、高效太阳能电池构造六、高效太阳能电池构造叠层构造叠层构造 如前所述，包括多层电池和多层薄膜。每一种半导体只能吸收如前所述，包括多层电池和多层薄膜。每一种半导体只能吸收与与“能带隙对应的特定能量范围的光子，能带隙越宽，电池的效能带隙对应的特定能量范围的光子，能带隙越宽，电池的效率那么越高。利用两种不同的半导体层来扩展其能量吸收范围，率那么越高。利用两种不同的半导体层来扩展其能量吸收范围，最多可以利用阳光能量的。最多可以利用阳光能量的。 美国劳伦斯伯克利国立实验室的科学家运用一种称为美国劳伦斯伯克利国立实验室的科学家运用一种称为“氮化氮化镓铟的半导体，以每次生长一个原子层的方式消费出纯度极高镓铟的半导体，以每次生长一个原子层的方式消费出纯度极高的氮化镓铟晶体，大大拓宽了其能带隙。两个能带隙的组合可以的氮化镓铟晶体，大大拓宽了其能带隙。两个能带隙的组合可