硅系薄膜电池

1、硅系薄膜电池的研究硅系薄膜太阳能电池薄膜电池的原理 多晶硅薄膜电池薄膜电池的应用非晶硅薄膜电池薄膜电池的简介和分类薄膜电池的简介和分类薄膜电池薄膜电池：将一层薄膜制备成太阳能电池，其用硅量极少，更容易降低成本，同时它既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑完美结合。在国际市场硅原材料持续紧张的背景下，薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。薄膜电池硅系薄膜电池化合物薄膜电池多晶硅薄膜电池非晶硅薄膜电池碲化镉薄膜电池铜铟硒薄膜电池砷化镓薄膜电池薄膜电池的原理太阳能硅薄膜电池发电原理是基于光伏效应 当入射光垂直p-n结面，如果结面较浅，光子将进入p-n结区，深入到半导体

2、内部。能量大于禁带宽度的光子，本征吸收在结的两边产生的电子-空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极。光激发时多数载流子浓度改变较小，少数载流子浓度变化却很大，p-n结势垒区内存在较强的内建电场，p-n结两边的少数光生载流子受该场的作用，向各自相反方向运动。p区的电子穿过p-n结进入n区；n区的空穴进入p区，使p端电势升高，n端电势降低，于是在p-n结两端形成了光生电动势，这就是p-n结的光生伏特效应。非晶硅薄膜电池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低于晶体硅

3、太阳能电池，而且非晶硅太阳能电池存在光致衰减效应的缺点：光电转换效率会在头1000个光照时间内逐渐衰减到稳定状态，对薄膜电池的应用存在影响。1，非晶硅薄膜的主要结构非晶硅薄膜主要有两种结构：（a）在透明玻璃衬底上镀P-I-N结构（b）在金属等不锈钢衬底镀P-I-N结构非晶硅薄膜电池2， P-I-N结构增加I层的主要原因是需要利用I层来附加强的内建电场一实现光生载流子的有效收集P层：最主要的作用是与N层一起建立内建电场，同时还对沉积在它上面的本征层起到籽晶的作用。I层：是电池的核心部位，光生载流子的产生区域。N层：这是建立电池内建电场的第二个掺杂层非晶硅薄膜电池3，非晶硅薄膜电池的制备（PECV

4、D）PECVD（等离子体增强化学气相沉积）原理是：利用低温等离子体坐能量源，样品置于低气压下辉光放电的印迹上，利用辉光放电是样品升温到预定温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。P层的制备：在P-a-Si：H的基础上，通过加氢气稀释，适当调整辉光功率、 反应气压以及衬底问答，可以获得P-uc-Si：H薄膜。I层的制备：I层可用辉光放电法分解SiH4得到。N层的制备：可用PH3+SiH4的混合气体辉光放电分解沉积得到。非晶硅薄膜电池4，非晶硅薄膜电池的优点（a）；低成本单结非晶硅太阳电池的厚度0.2um。主要原材料是生产高纯多晶硅过程中使用的硅烷

5、，这种气体，化学工业可大量供应，且十分便宜。目前晶体硅太阳电池的基本厚度多为200um以下，相差1000倍。（b）高温性能好当太阳能电池工作温度高于标准测试温度25时，其最佳输出功率会有所下降；非晶硅太阳能电池受温度的影响比晶体硅太阳能电池要小得多。（c）短波吸收好非晶体硅结构的长程无序破坏了晶体硅电子跃迁的动量守恒选择定则，相当于使之从间接带隙材料变成了直接带隙材料。它对光子的吸收系数很高，对敏感光谱域的吸收系数大，通常0.5m左右厚度的a-Si就可以将敏感谱域的光吸收殆尽。 非晶硅薄膜电池5，非晶硅薄膜电池的缺点（a）转化效率低由因为光学带隙为1.7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的短波区

6、域敏感，长波区域不敏感。单晶硅太阳能电池，单体效率为14%-17%(AMO)，而柔性基体非晶硅太阳电池组件的效率为10-12%，还存在一定差距。（b）稳定性问题非晶硅太阳能电池的光致衰减，所谓的W-S效应，是影响其大规模生产的重要因素。目前，柔性基体非晶硅太阳能电池稳定效率为10%解决方法：制备叠层太阳能电池 即在制备的P、I、N层单结太阳能电池上在沉积一个或多个 P-I-N结构得到。非晶硅薄膜电池6，叠层太阳能电池非晶硅薄膜电池6，叠层太阳能电池叠层太阳能电池提高转换效率，解决单结电池不稳定性的原因在于： u 它把不同能带宽带的材料组合，提高光谱的响应范围；u 顶电池的I层比较薄，光照产生的

7、电场强度变化不大，保证I层光生载流子的抽出；u 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；u 叠层太阳能电池各子电池是串联结构。非晶硅薄膜电池叠层型太阳能电池的原理由于太阳光光谱中的能量分布较宽，现有的任何一种半导体材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子。太阳光中能量较小的光子将透过电池，被背电极金属吸收，转变成热能；而高能光子超出能隙宽度的多余能量，则通过光生载流子的能量热释作用传给电池材料本身的点阵原子，使材料本身发热。这些能量都不能通过光生载流子传给负载，变成有效的电能。若太阳光光谱可以被分成连续的若干部分，用能带宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按能隙从大到小的顺

8、序从外向里叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用，这就有可能最大限度地将光能变成电能，这样的电池结构就叠层电池，多晶硅薄膜电池 多晶硅也称微晶硅，是介于非晶硅和单晶硅之间的i、一种混合无序半导体，多晶硅薄膜是有几十到几百纳米的晶硅颗粒镶嵌在非晶硅薄膜中形成的，他兼备非晶硅（吸收系数高）和单晶硅（光学带隙为1.12eV，比较低）几乎没有光致衰减等优点，被认为是制作太阳电池的优良材料。化学气相沉积法低压化学气相沉积（LPCVD）等离子增强化学气相沉积（PECVD）此外，液相外延法（LPPE）和溅射沉积法可用来制备多晶薄膜电池。多晶硅薄膜电池反应气体SiH2CL2、SiHCL3、SiCL4或SiH4硅原子沉积在加热的衬底上（一定保护气氛下）u 衬底材料一般选用Si，SiO2，Si3N4等u 非硅衬底上很难形成较大的晶粒，容易在晶粒间形成空隙u 用LPCVD得到较薄的非晶硅层，将非晶硅层退火， 得到较大的晶粒化学气相沉积：薄膜电池的应用1，大规模发电由于薄膜电池成本低，可以大面积生产，在转化率提高后可用于大规模的发电薄膜电池的应用2，与建筑相结合，建造太阳能房与建筑相结合，建造太阳能房非晶硅太阳能电池可以制成半透明的，如作为建筑的一部分，白天既能发电又能使部