04-莫哲童-太阳能电池的发展之路

可再生能源高效转化与利用 新生研讨课 001-（ 2008 主讲教师：王如竹教授 2008年 12月 17日 超越无极限 太阳能电池的发展之路 莫哲童 指导老师：王如竹教授 内容大纲 本世纪中叶前能源结构 将发生根本性变革 能源变革及可再生能源替代化石燃料的必然性 广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使人类进入一个节约能源少污染的时代。 能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料从根本上说也是远古贮存下来的太阳能。 这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。 当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在 外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。 中国光伏产业发展研究报告（ 2006 2007） 2008。 4 传统硅电池的缺点 用于完成光电转化的硅光电池成本太高、转化效率低、使用寿命短； 用于储存电能的蓄电池成本高、使用寿命有限、造成环境污染。 。 美、日和欧等国家，都相继开展了高效硅太阳电池的研究。其中，以发展背表面场（ 背表面反射器（ 双层减反射膜技术为第一代高效硅太阳电池，这种类型的电池典型效率最高可以做到 15%左右，目前在轨的许多卫星应用的是这种类型的电池。 到了 70年代中期， 电池效率进一步提高）。但这种电池的应用仍然受到限制 80年代中期，为解决这些问题，高效电池的制作引入了电子器件制作的一些工艺手段 倒金子塔绒面 激光刻槽埋栅 选择性发射结 特别在解决了诸如采用带通滤波器消除温升效应以后，这类电池的应用成了空间电源的主角。 为了进一步降低电池背面复合影响，背面结构则采用背面钝化后开孔形成点接触，即局部背场。 到了上世纪 90年代中期，空间电源工程人员发现，虽然这种类型电池的初期效率比较高，但电池的末期效率比初期效率下降 25%左右，限制了电池的进一步应用，空间电源的成本仍然不能很好地降低。 科学总是在一个接一个难题中发展的 为了改变这种情况，以 种电池的出现有效地提高了电池的末期效率，并在 俄罗斯在研究高效硅电池初期就侧重于提高电池的末期效率为主，在结合电池阵研究方面提出了双面电池的构想并获得了成功，真正做到了高效长寿命和低成本。 但非常遗憾的是，由于成本高等一系列原因，硅太阳能电池仍然不能广泛用于发电，更不用说替代如今的常规能源，人们的设想还是需要等待 闪 2001 所以，新型太阳能电池应运而生，其中薄膜电池最具潜力 开发研究廉价、高效、稳定的 硒铟铜 薄膜太阳电池 研究机构 面积 【 开路电压 【 V】 转换率 【 %】 小面积单体电池 池组件 830 100 1）成本低 （ 2）先电转换效率高 （ 3）性能稳定 （ 4）抗辐射能力强 衬底使用玻璃或其它廉价材料，薄膜厚度仅为 2用大面积连续化制造成膜工艺，生产量为 1 5 ，能量偿还时间在一年之内，比晶体硅电池的 45年大大地缩短了时间 最近美国国家可再生能源实验室（ 制的 8 8%，已接近多晶硅太阳电池最好水平；西门子公司（ 造的大面积组件（ 3850率为 11 2（输出 43 1是薄膜太阳电池的最高记录 电池不存在光致衰退问题早已被证实。西门子公司制备的 年其原有性能没有任何衰减 美国 子等辐照试验，温度交变试验，振动、加速试验等，经过地面考核试验的同类电池装在 但证明抗辐照性能好，而且稳定性也好，很有希望作为下一代空间电源的后选者。 收层 池性能对材料结构缺陷过于敏感，致使 并网发电单晶硅 ,硒铟铜系薄膜 ,选择磁控溅射法更适合于工业化生产。 （ 1）根据溅射速率和时间的控制，可以比较可靠地调节各元素的化学配比，有利于提高重复性。 （ 2）薄膜的致密性高，附着力是蒸发膜的数倍。 （ 3）提高原材料的利用率，不需要沉积薄膜的地方加以屏蔽，减少对真空室的污染。 （ 4）由于溅射沉积的薄膜均匀度较好，因而有益于制造大面积 （ 5）溅射靶材可连续使用较长时间，原料不用经常增添，生产效率较高。 （ 6）大面积磁控溅射成膜技术国内比较 成熟，将来成果向工业界转移技术风险小。 可是目前此技术还未成熟， 技术条件还不过关， 接下来的事需要我们去完成 主要参考资料 百度知道 太阳能电池