DownLoadsFiles太阳能电池及材料研究和发展现状1教学提纲

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。DownLoadsFiles太阳能电池及材料研究和发展现状1-本文由海原258贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第卷第期年月浙江万里学院学报太阳能电池及材料研究和发展现状汪建军，刘金霞（浙江万里学院，宁波）摘要：文章介绍了不同材料的太阳能电池，如单晶硅、多晶硅、多晶硅薄膜、非晶硅薄膜、染料敏化等太阳电池主要制备工艺、典型结构与特性简要说明不同电池商品化生产情况及光伏产业发展趋势关键词：太阳能电池；高效电池；光伏产业中图分类号：收稿日期：文献标识码：文

2、章编号：（）作者简介：汪建军，浙江万里学院基础学院实验师；刘金霞，浙江万里学院基础学院副教授太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源太阳光辐射能转化电能是近些年来发展最快，最具活力的研究，人们研制和开发了不同类型的太阳能电池太阳能电池其独特优势，超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应主要支柱制造太阳能电池料的带宽：材禁度应在之间，以左佳，好用接型半体，高光右为最采直迁移导较的电转换效率（以下简称“效率”），材料性能稳定，对环境不产生污染，易大面积制造和工业化生产年美国贝尔实验室研制了世界上第一块实用半导体太阳能电池，不久后用于人造卫星经近半

3、个世纪努力，人们为太阳电池的研究、发展与产业化做出巨大努力硅太阳电池于年首先在航天器上得到应用在随后多年里，空间应用不断扩大，工艺不断改进世纪年代初，硅太阳电池开始在地面应用，到年代末地面用太阳电池产量己经超过空间电池产量，并促使成本不断降低年代初，硅太阳电池进入快速发展，开发的电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大世纪年代中至今，薄膜太阳能电池研究迅速发展，薄膜电池被认为大幅度降低成本的根本出路，成为今后太阳能电池研究的热点和主流，并逐步向商业化生产过渡不同材料太阳电池分类及特性简介太阳能电池按材料可分为品体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池和光电化学

4、太阳电池等儿大类开发太阳能电两个关键问池的题就是：提高效率和降低成本晶体硅太阳电晶硅太阳电池体池是（市场上的产品，是技术、）主导优点工艺最成熟，电池转换效率高，性能稳定，是过去多年太阳电池研究、开发和生产主体材料缺点是生产成本高在硅电池研究中人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能，进一步提高效率如发射极钝化、局部背面扩散、激光刻槽埋栅和双层减反膜等，效电在这些实射高池验和理础上发展论基起来的，硅基薄膜太阳电多晶（）池硅（薄膜和非晶（薄太阳电硅（膜）池可以度降大幅低太阳电格池价多晶硅薄膜电池优点是可在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高，不久将会在市场上占据主导地位

5、非晶硅是硅和氢（）的一种合金，具有以下优点：它对阳光的吸收约系数高，活性层只有厚，材料的需求量大大减少，沉积温度低（），可直接沉积在玻璃、约不锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便于工业化大规模生产缺点是由于非晶硅材料光学禁带宽度为，对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，限制了非晶硅电池的效率，且其效率会随着光照时间的延续而衰减（即光致衰退），使电池性能不稳定浙江万里学院学报年月化合物半导体薄膜太阳电池化合物半导体薄膜太阳电池主要有铜锢硒（）和铜锢稼硒（等，们都直隙料，隙度在之间，有很范围）、，它是接带材带宽具好大太阳光谱响应特性所需材料只要几个微米厚就能吸收阳光的绝大部分，

6、是制作薄膜太阳电池的优选活性材料带隙宽度，是非常理想直接迁移型半导体材料，在单晶衬底上生长单结电池效率过但价格超，也高，用于空间池中和电所需薄膜厚，度很小（）约，吸率达电的隙为，间迁型导，了高率只将替收高池带是接移半体为提效，要代材料中部分，形成（）四，简称元化合物，的掺目将带隙宽度调到，而电率高和池由廉高性稳和因池效【电于价、效、能定较强的辐力到抗射能得各国界的重视，最有途新代太阳电非希望成为前一池，常有在未来十年大应用是，规模缺点都稀有元素，模生材料来是大规产源受到一定限电带隙为，制池的：光谱响太阳应与光谱十分吻合，性能稳定，光吸收系数极大，厚度为的薄膜，足以吸收大于禁带能量的辐射能量的是

7、理想化合物半导体材料，理论效率为，是公认的高效廉价薄膜电池材料，一直被界看重缺点是有毒，会对环境产生污染池用在空间等特殊环境因此染料敏化丁纳米薄膜太阳电池年瑞士教授以纳米多孔：为半导体电极，以络合物作敏化染料，并选用一氧化还原电解质，发展了一种新型的染料敏化：纳米薄膜太阳电池（）具有理论转换效率高，透明性高，廉价成本和简单工艺等优点，实验室光电效率稳定简称在以缺点是液体电上使用解质，来使用不便以对环境影响染敏化：米化学太阳带及料纳能电池受到国内外科学家的重视前对它的研究处于起步阶段，近年来成为世界各国争相开发研究热点目不同材料太阳电池主要制备工艺、典型结构、效率比较分析单晶硅太阳电池单晶硅太阳

8、电池制备和加工工艺：一般以高纯度单晶硅棒原料，有的也用半导体碎片或半导体单晶硅的头尾料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒在电弧炉中用碳还原石英砂制成纯度约金级半导体硅，冶然后将它在硫化床反应器进行化学反使其杂质水应，平低于，达到电子级半导体硅要求将单晶硅棒切成厚约硅片作太阳电池原料片，通过在硅片上掺杂和扩散，硅片上形成了结，然后采用丝网印刷法，将银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面上涂减反射膜，这样，单晶硅太阳电池单体片就制成了经检验后的单体片按需要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输出开路电压和短路电流多晶硅太阳电池浇铸多晶硅技术是

9、降低成本的重要途径之一，该技术省去昂贵单晶拉制过程，用纯度低的硅作投炉料，耗料、耗电较小铸锭工艺主要有定向凝固法和烧铸法两种定向凝固法：将硅料放在增祸中加以熔融，从增竭底部通上冷源形成一定温度梯度，使固液界面从增锅底部向上移动形成晶锭烧铸法：选择多晶块料或单晶硅头尾料，破碎后用氢氟酸和硝酸混合液进行适当腐蚀，用离子水：冲洗呈中性，并烘干用石英增祸装好多晶硅材料，加入适量硼硅，放入烧铸炉，在真空状态下加热熔化，熔化后保温，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后得多晶硅锭晶体硅太阳电池典型结构、效率等如表所示表国内外高效晶体硅太阳电池比较种类单晶硅面积电池结构效率户卫门工倒金字塔结构、双层减反射膜钝

10、化发射极和背面局域化（倒金字塔、发射区钝化、背场激光刻槽埋栅磷吸杂、双层减反射膜技术技术凡、八八些研究机构德国太阳能研究所澳大利亚新南威尔士大学北京太阳能研究所北京太阳能研究所大光伏中心多硅，晶澳大利亚新南威尔士大学了刃工月呀日公司本北京太阳能研究所多晶硅薄膜太阳电池通常的晶体硅太阳电池是在厚度的高质量硅片上制成的，实际消耗的硅材料较多为了节省材料，人们从世纪年代中期就开始在廉价的衬底上沉积多晶硅薄膜，第期汪建军，刘金霍：太阳能电池及材料研究和发展现状用相对薄晶体硅层作电池激活层前制备多晶硅薄膜电池工艺方法主要有以下几种：化学气相沉积目（）法；低压化学气相沉积（）法；等离子增强化学气相沉积（）

11、法；液相外延（）法；快速热）溅射沉积（法等（法；）：艺：以，或；作反应气体，在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用等，；但研究发在非硅衬底上很难形成较大的晶，现，粒，并且容易粒间形在晶成空隙解决这一问题办法是先用法在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层晶粒上沉积厚的多晶硅薄膜该工艺中区熔再结晶（）技术无疑是很重要的一个环节非晶硅薄膜太阳电池非晶硅薄膜太阳电池典型制备工艺：一般用高频辉光放电、等方法制备辉光放电法是将石英容器抽成真空，充入氢气或氢气稀释硅烷（场），用射频电源加热，使硅烷电离形成等离子体非晶硅薄膜就沉积在被

12、加热的衬底上若在硅烷中掺入适量氢化磷或氢化硼，可得型或型非晶膜硅中由原子硅非晶于排列缺少结晶规硅的则性，缺陷多为要层与之间此，在层加入较厚的本征层非晶，硅薄膜电池一般具有结构提高效率和改善稳定性，为了光电通常制备帅叠太阳池，层太阳电在制备的单结能电上再沉积一或多形成层能电叠帅池是太阳池个个的双结或三结非晶硅薄膜电非晶池硅太阳电池在玻璃（衬底上沉积透明膜（），）导电然后依次用等离应沉三子反积层非晶再硅，蒸镀铝（电光从玻璃入射，电流）极池电从导电膜和铝引出，双结非晶硅薄膜电池结构为衬底为不锈钢和塑，料膜等增加为了短波区的谱响采用度膜光应，梯层的窗口和微晶膜为了涂层硅层；增加长的谱响采用波区光应，绒

13、面绒面多膜、层背反极（和多叠构，而光电射电）带隙层结从提高转换效率表为多晶膜太阳电较，为硅薄硅薄池比表非晶膜太阳电池及组较件比表多晶硅薄膜太阳电池比较衬底口月表非晶硅薄膜太阳电池及组件比较结构薄膜制备方法效率研究机构面积稳定效率研究机构德国日本三菱公司新南威尔士大学日公司本北京太阳能研究所侣月法结构玻璃，和薄膜太阳电池薄膜的生长工艺主要有真空蒸发法、铜锢合金膜的硒化处理法池电等蒸发法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、锢和硒，硒化处理法是使用叠层膜硒化，但该法难以得到均匀的池结构：电金属栅状电碱反射膜窗口极层（）过渡层（）（）吸收层（金属背电）极（）衬底经过多年研究，电池发展了结构，不同主要差别在于窗口

14、选择薄膜电的池从年代初的效率发到目展前的左膜太阳电右薄池具有价格低廉、性能良和制作工艺好简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向制备工艺有共蒸法和硒化法共蒸法是底上用（进行蒸发、应；化在衬和）反硒法是先在衬底上生长（）层，再在气氛中硒化成膜方法有溅射法、近空间升华（）法、法、电沉积法等，大面积商业化生产采用磁控溅射法基本结构：美国能源部可再生能源实验室（于）年研制出效率为电池，目前效率达薄膜太阳电池薄膜生长工艺主要有：丝网印刷烧结法，真空蒸发法，近空间升华法，电镀沉积法等丝网印刷烧结法：由，浆料进行丝网印，膜，含刷然后在可控气氛下进行热处理得大晶粒薄膜近空间升华法：采用玻璃作衬底，衬

15、底温度，沉积速率真空蒸发法：将从约加热钳祸中升华，冷凝在衬底上，典型沉浙江万里学院学报年月积速率吸收层，以作窗口层半导体异质结电池的典型结构：减反射膜玻璃：（）极池实背电电验室效率，业化电均效率商池平染料敏化纳米薄膜太阳电池：纳米太阳电池制备：先合成：纳米粒子，合成方法很多，包括液相水解法、气相火焰法、；气相氧化法、溶胶凝胶法等，多数用水解法，然后将制得纳米粒子微粒均匀涂于导电玻璃上，在室温干燥在，下处理再以，的速率温至理冷后纳多膜在米子吸一高染敏升处却得厚米孔：纳粒上附层效料化，剂形极，料敏成阳染化剂为络合物，年报道效率：米为纳太阳电池结构：玻璃多导电孔纳膜染料剂电液明电米：敏化解随极太阳能

16、电池研究现状单晶硅、多晶硅太阳电池目前研究的主要任务是在提高效率同时如何进一步降低成本采用发射极钝化、倒金字塔表面织构化、分区掺杂、刻槽埋栅电极和双层减反射膜等技术工艺提高效率有的采用新工艺技术研制新型结构电池，如日本公司研制川电采用工艺在池，型单晶硅片上下面沉积非晶硅层，异质结电大面构成池，积效率目晶硅太阳电薄片前，体池向化方向展，制发通过备条带状硅提高材料利用率，在商业生产上普遍采用限边喂膜生长法，枝蔓蹼状法等带硅技术降低生产成本从效率和材料来源考虑，太阳电池今后发展重点仍然是硅太阳电池多晶硅薄膜电池既有晶硅电池高效、稳定、资源丰富、无毒的优势，又具有薄膜电池低成本优点，成本远低于单晶硅电

17、池，成为国际上研究开发热点，国外发展比较迅速，在未来地面应用方面将是发展方向有在玻（和包覆的陶瓷，包覆的石墨璃，：）（）等廉价衬底上采用，生长多晶硅薄膜电池，还有通过激光刻槽和化学电镀实现接触、互联和集成的叠层多晶硅薄膜电池非晶硅薄膜电池研究作工主要在提高效率和稳定性方面优化电构设采用多池结计，带隙多结叠池，层电减薄各结的层厚度，增强内建电场，降低光诱导衰减，可提高效率和稳定性硅薄膜电非晶池质量轻、成本低，有极大发展潜力，如果效率和稳定性方面进一步提高，将是太阳电池主要发展产品我国研制的单池实验室与结电初始效率分别为与目研究前任务是大积非晶提高面硅电池稳定效率，稳定效率，寿命年，尽快为产业化服

18、务我国硅基薄膜太阳电池研究水平和产业化进程与国际水平相差较大，还处于实验阶段，池被认为未来实现低于，电美元峰瓦成本目标的典型薄膜电池池在实电现产量时制造成本比硅电池更低，如生产工艺发展成熟，产业化问题得以解决，与硅电池相比有很强竞争优势，是一种很有发展前途薄膜太阳电池前研究重点是进一步提高效率，降低成本，使之大规模产目业化对，太阳电我国，池重点研究新工艺，新结构，提高大面积组件效率，建设中试线我国对太阳电池研究与国际同步电池由于液体电解质存在，这种电池稳定性还存在问题，引入固态电解质解决稳定性问题是这种电池重要研究方向但全固态电解质纳米太阳电池效率不理想，仍需进一步深入研究太阳能电池商业化发展

19、趋势国外各种太阳电池商业化进程是不同的，年前单晶硅电池占主导地位，年后多晶硅电池超过单晶硅跃居首位，非晶硅和薄膜电池从年代中期开始商业化生产，由于非晶硅薄膜效率低、易老化和人们对的毒性担忧问题，市场份额增加缓慢，电池商业化起步较晚发展相对缓慢表，表别为年世界太阳能电分各国池产量和年全世界各种太阳池的此见，能电产量由可日本、美国和欧洲在太阳能电池产量上处于领先水平，日本新能源产业技术开发机构（）投入巨资对各种类型太阳能电池进行大量开发研究，并取得可喜成绩年排名前位生产商的产量占全世界最近年全世界光伏产量平均增长率为，预见年光伏组件成本可以降到美元峰瓦，约是目前成本的一半第期汪建军，刘金霞：太阳能电池及材料研究和发展现状表年全世界各种太阳能电池的产主要生产国和地区产量（）所占