太阳电池的种类特点及发展趋势.doc

太阳能电池的种类特点及发展趋势一、 种类按照材料分类 硅太阳能电池：以硅为基体材料（单晶硅、多晶硅、非晶硅） 化合物半导体太阳能电池：由两种或两种以上的元素组成具半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池(硫化镉、砷化稼、碲化镉、硒铟铜、磷化铟) 有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳碳键且导电能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池(分子晶体、电荷转移络合物、高聚物)二、 特点及发展趋势（一）、单晶硅太阳电池特点：硅系列太阳能电池中，单晶硅的光电转换效率最高，技术也最成熟。在大规模应用和工业生产中仍旧占据主导地位，但由于制造过程复杂，制造电池的能耗大，严重影响了其广泛应用。单晶硅太阳能电池的特点是对于大于0.7m的红外光也有一定的灵敏度。以p型单晶硅为衬底，其上扩散n型杂质的太阳能电池与n型单晶硅为衬底的太阳能电池相比，其光谱特性的峰值更偏向左边。它对从蓝到紫色的短波长的光有较高的灵敏度，但其制法复杂，成本高，仅限于空间应用。（二）多晶硅太阳电池特点：用浇铸法或晶带法制造的多晶硅太阳能电池在1976年证明其转换效率已超过10%，对大晶粒的电池，效率可达20%。这种低成本的多晶硅太阳能电池已经大量生产，在太阳能电池工业中所占的分额也相当大。但是多晶硅材料质量比单晶硅差，有许多晶界存在，电池效率比单晶硅低；晶向不一致，表面织构化困难。发展趋势晶硅太阳电池向薄片化方向发展硅片减薄降低硅片厚度是结构电池降低成本的重要技术方向之一。今后，在如何开发新技术以得到低价格的多晶硅材料，如何得到高效率、大面积多晶硅太阳能电池等方面还有许多工作可做（三）非晶硅薄膜太阳电池特点优点1非晶硅具有较高的光吸收系数2非晶硅的禁带宽度比单晶硅大，随制备条件的不同约在1.5-2.0eV的范围内变化，开路电压高。3材料和制造工艺成本低、设备简单；薄膜厚度仅有数千埃，大大降低了硅原材料的成本；沉积温度为100300C。4没有晶体所要求的周期性原子排列，几乎可以淀积在任何衬底上.5适合制作特大面积、无结构缺陷的薄膜, 易于形成大规模的生产能力, 生产可全流程自动化.6多品种和多用途.只要改变原材料的气相成分或气体流量，便可使非晶硅薄膜改性，可以自由设计制造，制作出适合不同需求的多品种产品。7可以制备成轻型、柔性太阳电池，易于与建筑集成。8制备非晶硅太阳能电池能耗少.缺点1与晶体硅相比，非晶硅薄膜太阳电池的效率相对较低2非晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率在太阳光的长期照射下有一定的衰减，到目前为止仍然未根本解决.发展趋势大规模地成本发电站；与建筑相配合，建造太阳能房；太阳能照明光源；弱光下使用（如太阳能手表等）（四）多晶硅薄膜太阳能电池特点：多晶硅电池既具有晶体电池的特点，又具有非晶硅电池优点；具有低成本、大面积和制备简单的优势；衬底便宜，硅材料用量少，而且没有光衰减问题；其太阳能光电转换效率依然较低。发展趋势：目前人们非常关注：如何在廉价的衬底上，能够高速、高质量地生长多晶硅薄膜；多晶硅薄膜的制备温度要尽量低，以便选用低价优质的衬底材料；多晶硅薄膜电学性能的高可控性和高重复性。化合物半导体薄膜太阳能电池化合物半导体材料大多是直接带隙半导体材料，光吸收系数较高，禁带宽度一般较大，其太阳电池的抗辐射性能明显高于硅太阳电池。由于其生产设备复杂、能耗大、生产周期长，导致生产成本高，仅用于部分不计成本的空间太阳电池上。（五）GaAs太阳电池优点：1 与太阳光谱匹配良好，具有高的光电转换效率2 禁带宽度相对较大，可在较高温度下工作。3 GaAs材料对可见光的光吸收系数高，电池可采用薄层结构，相对节约材料。4 电池的抗辐射能力较强。5 材料的电阻率小，由电池体电阻引起的功率损耗较小。6 光照下太阳电池的开路电压较高发展趋势GaAs叠层电池的设计，能大大提高电池的转换效率。在叠层电池设计中采用聚光技术成为开发的新热点。随着制备工艺的进步和聚光技术及跟踪系统技术的成熟，相信其地面应用前景更加美好。（六）CuInSe2太阳电池特点：1非常适合于太阳电池的薄膜化2制造成本和能量偿还时间将远低于晶体硅太阳电池3抗辐射能力强； 转换效率高4电池稳定性好，基本不衰减；5弱光性能好。6材料是多元组成的，元素配比敏感，多元晶体结构复杂，与多层界面匹配困难；7材料的制备技术难度高；8铟和硒是稀有元素，材料来源困难发展趋势:仍处在研究阶段，没有规模工业化生产，主要问题包括：如何开发最佳的沉积技术、生产工艺，以降低成本，适应大规模、低成本生产；如何理解CuInS2薄膜生长机理及缺陷作用，进一步提高光电转换效率。（七）CdTe太阳电池CdTe多晶薄膜的禁带宽度为1.45eV，太阳电池光电转换理论效率在30左右，是一种高效、稳定且相对低成本的薄膜太阳电池材料，而且CdTe太阳电池结构简单，容易实现规模化生产。缺点在常温下CdTe是相对稳定和无毒的，但是Cd和Te是有毒的制备CdS薄膜时，多采用化学浴方法，溶液中存在大量的Cd2+地球上的Cd和Te资源十分有限，特别是稀有元素，这也潜藏着一个成本的问题发展趋势：无法耀升为市场主流: 模块与基材材料成本太高。 碲天然蕴藏量有限。 镉的毒性，使人们无法放心的 接受此种光电池。（八）有机太阳电池优点 化学可变性大，原料来源广泛； 有多种途径，可改变和提高材料光谱吸收能力、扩展光谱吸收范围，并提高载流子的传送能力； 加工容易,可大面积成膜 易进行物理改性 电池制作可多样化； 价格便宜，有机染料高分子半导体等的合成工艺比较简单缺点：与无机硅太阳能电池相比，在转换效率、光谱响应范围、电池的稳定性方面，有机太阳能电池还有待提高。发展趋势:(1) 优化电池表面结构，将电池表面反射的光重新集聚进入电池；(2) 使用抗反射镀膜俘获光子和制造多结多禁带结构电池捕获宽波长的光子从而获得合理的光子吸收效率；(3) 使用低电阻率和小覆盖面的金属作为前电极以获得大的填充因子和高的光电流；(4) 除制造薄的光电池(可以减小串联电阻)外，还可以用优化集聚和钝化技术降低载流子的复合；(5) 当用酞菁作材料制造光电池时，应该考虑其结晶型，因为光生载流子产率与结晶型有关；(6) 制造由纳米级材料组成的光电池。(九) 染料敏化太阳电池优点n 成本低n 寿命长n 大规模生产。缺点：电解质(1) 易导致敏化染料的脱附;(2) 溶剂易挥发,与敏化染料作用导致染料降解;(3) 密封工艺复杂;(4) 载流子迁移速率很慢,在高强度光照时不稳定;(5) 存在其他氧