非晶硅太阳能电池参考幻灯片

1、第四章,非晶硅太阳能电池结构,汤宇,1101030121,4.2.2,非晶硅太阳电池结构,1,单结非晶硅太阳电池,2,多结叠层电池,三种晶硅太阳电池的区别,三种晶硅太阳电池的应用,1,非晶硅,非晶硅双结结构,2,非晶硅,非晶硅锗双结结构,2,多结叠层电池,1,非晶硅,非晶硅双结结构,2,非晶硅,非晶硅锗双结结构,3,非晶硅,微晶硅双结结构,4,非晶硅,非晶硅锗,非晶硅锗三结结构,5,非晶硅,非晶硅锗,微晶硅锗三结结构,6,非晶硅,微晶硅锗,微晶硅锗三结结构,单晶硅,硅原子以金刚石晶格排列成许,多晶核,晶粒晶面取向相同,多晶硅,硅原子以金刚石晶格排列成,许多晶核,晶粒晶面取向不同,非晶硅,硅原子

2、按照一定的键长和键角,相互间以无序方式结合形成,四面体结构,由于不饱和或悬挂键而出现微孔。氢原子,可以与悬挂键结合,1,三种太阳能电池的区别,2,非晶硅与单晶硅、多晶硅的区别及应用,物理性能,一般我们熟悉的单晶硅、多晶硅都是晶态半,导体材料，原子或分子具有周期性排列，这种周期性排列被,称为长程有序。而非晶硅在微观结构上完全不同，它们缺乏,构成原子周期性的长程有序性。如图非晶硅的网络模型图,问题,目前广泛使用的太阳能电池材料都是晶态硅,非晶硅使用在什么方面,P77,图,4-1,常用太阳能电池的光吸收系数,纵坐标,为光吸收系数,越大光敏性越好,横坐标,为太阳光谱辐,射的能量,图中,吸收峰分布,与,

3、太,阳光谱峰分布,相近，有,利于太阳光的吸收，故,适合制作薄膜太阳电池,1,单结非晶硅太阳电池,有两种结构,P-I-N,结构,和,N-I-P,结构,P-I-N,通常沉积在透明性较好,的玻璃或耐高温塑料衬底上,N-I-P,通常沉积在不透明或,透光性较差的聚酯或不锈钢衬底,上,I,太阳能电池的本征层，光生,载流子主要在这一层,现以,P-I-N,为例,第一层,为普通,玻璃,是电池载体,第二层,为绒面的,TCO,光从它穿过被电池吸收，所以要求它的透过率高；作为电池的一个电极，所,以要求它导电,TCO,制成绒面起到减少反射光的作用。太阳能电池就是以这,两层为衬底成长的,第三层,为太阳能电池的,P,层,即

4、窗口层,第四层,为,I,层,即太阳能电池的本征层，光生载流子主要在这一层产生,第五层,为,N,层,起,到连接,I,层和背电极的作用,第六层,为背电极和,Al/Ag,电极,目前制备背电极,通常采用掺铝,ZnO(Al,或简称,AZO,非晶态与晶态太阳电池的优缺点,1,具有成本低，回收快，易产生,2,对弱光响应好,3,适用范围广，应用前景好,缺点,2,光的吸收性不高、稳定性差,1,光的转换效率不高,优点,氢化非晶硅光吸收系数相对较大，有很强的光敏性。但是,非晶硅的带隙为,1.7eV,左右，因此导致光电子能量低于,1,7eV,的光子直接透过非晶硅层，这一带隙材料只能吸收可见光范围,内的太阳光，长波段的

5、太阳光不能被本征层所吸收，对光生电,流基本上无贡献，这限制了非晶硅太阳电池的转换效率提高,光的转换效率不高的原因,另外，受到光致衰减的限制，本征层不可能太厚，因此导,致能量接近于带隙宽度的那部分光子，在有限的本征层之内并,不能被充分地吸收，稳定性较差,光的吸收率不高、稳定性差的原因,非晶硅太阳能电池发展趋势,作为低成本太阳能电池，未来发展重点是开发新的结构,解决光至衰减问题，提高效率的同时，解决稳定性问题是非晶,硅电池的研究重点，如果突破该技术，则非晶硅太阳能电池在,民用及独立电源系统中将被大量使用,2,多结叠层电池,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

6、比其能隙值高的光子，用能带宽度与,太阳光谱有最好匹配的材料做成电池,并按能隙从大到小的顺,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,这样的电池结构就是,叠层电池,思考题,薄膜电池为什么需要做成多层膜,这种结构在制备过程中，通,过调节顶电池与底电池中本征,层的沉积参数（主要为温度和,氢稀释度），使禁带宽度有所,不同。由于非晶硅的禁带宽度,调整范围较小，为了使底电池,有足够的电流，底电池的本征,层要比顶电池厚得多，顶电池,与底电池的厚度分别为,100nm,与,300nm,左右，带隙分别为,1.8eV,1.7eV,左右,1,非晶硅,非晶硅双结结构,量子效率,是指太阳能电,池产生的,电子,空穴对,数目与,入射到太阳能电池表面的光,子数目之比。通常，我们所,说的太阳能电池量子效率,QE,都是指外量子效率,EQE,也就,是说太阳能电池表面的光子,反射损失是不被考虑的,量子效率,QE,曲线,玻璃,透明导电膜,SnO,2,P,1,I,1,a-Si:H,N,1,P,2,I,2,a-SiGe:H,N,2,AZO,Al,为了提高底电池的长波相应,非晶硅锗合金是理想的本征材料,掺入锗可降低非晶硅薄膜的带隙,可通过调节等离子体中硅烷