太阳能电池的技术发展和应用状况调查.doc

太阳能电池的技术发展和应用状况调查太阳能电池技术是一种将光能转化为电能的先进技术，由于太阳能电池发电具有无污染、资源的普遍性和永不枯竭等特点，符合当今世界的环境保护的要求以及资源日渐短缺的趋势，所以对太阳能得光电的有效利用成为这些年来最具活力的研究领域之一。太阳能电池技术的工作原理就是利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应。目前薄膜太阳能电池主要可分为硅薄膜型、化合物半导体薄膜型和有机薄膜型。而太阳能的电池采用的材料主要有非晶硅（a-Si）、多晶硅（poly-Si）、铜铟硒系（CIS、CIGS）和碲化镉（CdTe）、染料敏化Tio2纳米薄膜等。1、非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池的转换效率为6%，其生产用电约1.9度电/瓦，由它发电后返回上述能量的时间仅为1.5-2年。非晶硅材料是由气相淀积形成的，目前已被普遍采用的方法是等离子增强型化学气相淀积(PECVD)法。此种制作工艺可以连续在多个真空淀积室完成，从而实现大批量生产。采用玻璃基板的非晶硅太阳能电池，其主要工序（PECVD）与TFT-LCD阵列生产相似，生产方式均具有自动化程度高、生产效率高的特点。在制造方法方面有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅谢法和热丝法等。特别是射频辉光放电法由于其低温过程(200)，易于实现大面积和大批量连续生产，现成为国际公认的成熟技术。由于反应温度低，其可在200左右的温度下制造，因此可以在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上淀积薄膜，易于大面积化生产，成本较低。单节非晶硅薄膜太阳能电池的生产成本目前可降到1.2美元/Wp。叠层非晶硅薄膜电池的成本可降至1美元/Wp以下。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。非晶硅材料的吸收系数在整个可见光范围内，在实际使用中对低光强光有较好的适应。2、多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350450m的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。 化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4,为反应气体,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Si、SiO2、Si3N4等。但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒,并且容易在晶粒间形成空隙。解决这一问题办法是先用 LPCVD在衬底上沉炽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，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。德国费莱堡太阳能研究所采用区馆再结晶技术在FZ Si衬底上制得的多晶硅电池转换效率为19%，日本三菱公司用该法制备电池，效率达16.42%。3、铜铟硒系（CIS、CIGS）薄膜电池铜铟硒系（CIS、CIGS）薄膜电池的核心是吸收层CuInSe2材料。CuInSe2多晶薄膜太阳能电池的研究起始于20世纪80年代初。经过近20年的研究，近期已有了突破性的进展。目前，电池在效率、稳定性和大面积生产技术方面都有可喜的进展，小面积电池(CuInGaSe)的效率已超过了19.5%，大面积的电池效率达到了13%。国外许多大公司和国家实验室，如西门子公司（Siemens Solar），美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)，已开始大规模地实施制造薄膜太阳能电池的计划，2005年德国投入5500万欧元，正在建造生产能力达10MW的CIS生产线。 在国内，内蒙古大学、南开大学、云南师范大学、中国科学院长春应用化学研究所等单位先后在80年代中期开展了CuInSe2多晶薄膜太阳能电池的研究。1986年长春应用化学研究所用喷涂法制备了CIS薄膜，1990年内蒙古大学采用双源法，研制了CdSCulnSe2薄膜太阳能电池，面积为0.9cm0.9cm，效率为85，南开大学采用蒸发硒化法制作CulnSe2薄膜太阳能电池，面积为lcm2的太阳能电池效率为7.28，5cm5cm电池的平均效率达到了6.67。4、染料敏化Tio2纳米薄膜太阳能电池染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理， 染料敏化太阳能电池具有类似三明治的结构，将纳米二氧化钛烧结在导电玻璃上，再将光敏染料镶嵌在多孔纳米二氧化钛表面形成工作电极，在工作电极和对电极（通常为担载了催化量铂或者碳的导电玻璃）之间是含有氧化还原物质对(常用I2和I-) 的液体电解质，它浸入纳米二氧化钛的孔穴与光敏染料接触。在入射光的照射下，镶嵌在纳米二氧化钛表面的光敏染料吸收光子，跃迁到激发态，然后向二氧化钛的导带注入电子，染料成为氧化态的正离子，电子通过外电路形成电流到对电极，染料正离子接受电解质溶液中还原剂的电子，还原为最初染料，而电解质中的氧化剂扩散到对电极得到电子而使还原剂得到再生，形成一个完整的循环，在整个过程中，表观上化学物质没有发生变化，而光能转化成了电能。染料敏化Tio2电池虽然对原材料纯度要求不高，加工工艺也比较简单，但是目前这种电池的最高效率只有10.5%。5、结语目前正在研究与开发的几种薄膜太阳能电池，从材料、工艺与转换效率等方面有其自身的优势和不足，非晶硅薄膜电池虽然具有较高的转换效率以及较低的成本等特点，但是S-W效应造成电池性能不稳定，发展叠层太阳能电池将是解决这一难题的主要方向之一。多晶硅薄膜电池具备高转换效率以及相对较低的成本的优势，一段时间内将成为薄膜太阳能电池的主流产品。CIS、CGIS薄膜电