薄膜太阳能电池的发展动态

1、 本文由天地之霸880322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。 维普资讯 节睡 近 年来世界 上太 阳能 电池总产量 以每年超过 非晶硅 （ ） 薄膜 电池 的速 度 增 长 ，年 世界 光 伏 系统 总 装机 容 量 达 ，年 发电量 约为 亿 。目前 ，太 阳能电 非晶硅薄膜 太 阳能 电池的成 本低 ，便 于大规 模生 产 ，因此普 遍受 到重视并 得到迅 速发 展。早 在上 个世 纪 年代 ， 国外就 开始 了对非 晶硅电池的研制 工作 ， 近 些 年它 的研制 工作得到 了迅速 发展 ， 目前 世界上 已有 池 产业仍然 以 晶

2、体 硅太 阳能 电池 为主 ，大约 占全部光 伏 电池 的 ，其中 多晶硅 电池 占 全 球光伏行业 。 迅猛增 长 引起 全球 太 阳能 级 多 晶硅需 求 的快速 扩张 ， 然而 ，目前全球的太 阳能级 多 晶硅产量仅 为 万 ，远 。 低于市场 的需求 。预计 ，到 年以前 ，太 阳能级 多 晶硅 仍将处 于供不 应求的状 态 。为 了适 应太 阳能 电池 。 许 多家 公司在生产该种 电池产 品 。一 条年产 柔 性衬 底非 晶硅薄 膜太 阳能 电池的 示范生 产线 已经在我 国天津 建成 投产 。 这条生产线 是国内生产规模 最大 、 也 是唯 一可 制造双 结非 晶硅 太 阳电池的

3、生 产线 。它的 建 高效率 、低成本 、 规模化 发展的宗 旨， 最有效 的办法就 成 投产 ，使我 国非晶硅薄 膜太 阳电池 初步 实现产业 化 生产。 是 不采用 由硅原料 、硅锭 、 硅片到 电池 的工艺路 线 ， 而 直 接 由原 材料到 电池的 工艺 ，即发展薄 膜太 阳能 电池 技 术 。 目前 比较 成功 的薄 膜太 阳能 电池 技术 主要有非 晶硅薄 膜电池 、 多晶硅薄 膜 电池 、铜 铟硒 电池和碲 化 镉 电池 。 非 晶硅 的光学带隙 为 ， 材料本身对太 阳辐 其 射光谱 的长波 区域不敏 感 ，因而限 制 了非 晶硅太 阳能 电池 的转 换效 率 。此 外 ，其

4、光 电效 率会随 着光 照时 间 的延长而衰减 ，即所谓的光致 衰退 效 应 ，使得 电 薄膜 电 池 的发展动态 刘玉萍 ，陈 枫 ，郭爱波 ，李 斌 ，但 敏 ，刘 明海 ，胡希伟 （ 中科技 大学 电气与 电子工程学院 ，湖北 武汉 ） 华 摘要 ：对 目前嘲内外研究得最热的 儿种薄膜 电池 ：非 晶硅（ ） 多品砖 ， （ ） ，铜锢 俩（ ） ： ，碲化镉（ ） 薄膜 电池的技 术发欣 溉况及商 、化生 产情 况作 介 ，鼹 薄膜太 能 电池的发 腱 景。 【 关键 词 ：薄膜太 阳能电池 ；非品硅 ；多品硅 ；铜铟硒 ；碲化镉 池 性能 不稳定 。人们 采用 了制备 叠层太 阳能

5、电池 来解 决 这一问题 。叠 层太 阳能电池就是 在制备的 、 、 层 单 结太 阳能 电池 上再沉积 一个或 多个 子 电池制 得的 ，各子电池 串联 在一起 。叠层太 阳 日 电池把 不同禁 ， 带宽度的材科组 合在一起 ， 高了光谱的响应范围 ；其 提 顶电池的 层较薄 ，光 照产生的 电场 强度变化不大 ，保 证 层中的光生载流子抽 出 ；底电池 产生 的载流子约为 单 电池的一半 ，光致衰退效应减小 ，从而提高 了电池的 转换效率 、解决 了单结 电池 的不稳定性 。 非 晶硅薄膜 的制备方法 有很 多 ，如等 离子体增 强 法 甚 高频等 离子体增 强 法 ，微波 电子回 旋共

6、振 法 ，热丝 法等。反应原料气体为 ， ? 月刊 维普资讯 研 究搽 门 稀释的 ，衬底主要 为坡璃和 锈钢 片 ，制成 的 怍 晶硅薄 膜经过 不 同的电池 工艺 过程 一分 别制得单结 电 池和 叠层 电池 。 日本中央研 究院 制得的非 晶硅 电池的 转换效 率 已达 。国 内南 丌大学薛俊 明等采 用射 频等离子体增 强化学 气相沉 积技术制备非 品硅顶 电池 ， 采 用甚 高频等 离 了体 增强化学 气相沉 积技 术制备 微 品 能 量的太 光 ， 有更高 的转换效率极 限， 具 而且 薄膜 没有 光致 衰退 效应 。理 沦计算 表明 ， 鲁 层 电池 的效 率 达 。 薄 膜 的

7、 制 备 进 一步 提 高 了硅 基 薄 膜 人 阳 能 电 池 性 能 。 司设讣的 结构 的多晶硅薄膜 电池 ， 公 效 率 已达 ，厚度 ， 无光致衰降现象 ；另 且 一 硅底 电池 ，研制 出了面积 为 ，效率达 的 种 结构 的多晶硅薄膜 电池 ，获得 了高达 的效率 。 等制备 出了效率高达 的 多晶硅薄 膜 电池。 日本三 菱公司用 该法 制备 电 薄膜 非 晶硅 微 晶硅 叠层太 阳电池 。 非 品硅太 阳能 电池 由于具有较 高的转换 效率 和较 低的成 本及重 量轻等特 点 ，有着极 大的潜 力 。但 同时 由于它的稳定性 高 ， 直接影响 了它的实际应用。如果 能进一步解

8、决稳 定性 及提高转换 率问题 ，那么 ， 晶硅 非 大阳能 电池无疑是太 阳能电池的主要发展产 品之一 。 池 ，效率 达 。德 国费莱堡太 阳能研 究所采用 区 域再 结 晶技 术在 衬底 卜 得的 多晶硅 电池转换效 率 制 为 。 理论 和实践 均表 明 ，多晶硅薄膜 太阳能 电池 很有 町能成 为 世纪 最有前途 的一种薄 膜 太阳能 电池 。 多晶硅（ ） 电池 薄膜 多晶硅（ ） 膜是 由许 多大小不等 ，具有 薄 不 晶面取 向的小 晶粒构 成的 。其晶粒 尺寸一般 约在 百 几十至 几百 级 ，人颗粒 尺寸 町达 级 。多晶硅 薄膜 在长波 段具有高 光敏性 ，能 有效吸 收

9、 叮见 ，具 有与晶体硅一 样的光 照稳 定性 ，因此被公认 为是 高效 、 铜铟硒（ 系薄膜 电池 ） 薄膜 是一种 一 一族化 合物半 导体 ，具 有 黄铜矿 、闪锌矿 两个 同素异形 的 晶体 结构 ，掺 入镓 即形成 为 化合物 。铜铟 薄膜 太能 电 池 属 丁技 术集 成 度很高 的化 合物 半导 体光伏 器件 ， 由 低耗 的理想 光伏材料 。 多晶硅薄膜 电池 只有 晶体 硅 电 池厚度 的 左右 。要得到 同样 的转 换效率 ，埘薄 膜材 料的 质量 ， 数载流 子的扩 散长 度 ， 少 要求 仅是对硅 片要 求的 。在制造 工 艺上，多品硅薄膜 电池集 电池和 在玻璃 或廉

10、价 的衬 底 积 多甚薄膜 沉 斫构成 。薄膜 总 厚度约 ，具 有高 转换效率 、低成本 、无衰退 等 综合性 能 。 德国 、美国和 日本已经完成 铜钢硒 薄膜太 阳能 电池 中试 开发 ，开 始进 入大规模 产业 化技术攻 关 。 日 组件十 一体 ，从而 人大 降低 了生 产成本 。 为 了获得大 尺寸 品粒 的薄膜 ， 目前制备 多晶硅薄 膜 电池 多采用 等离子 增强化学 气相沉 积和 低压化 学气 相沉积 。此外 ，液相 外延法和 溅射沉 积法也 可用 艺 本和石 油公 司创下 了这种 系薄膜太 阳能 电池转 换效 率的最高 世界记录 。面积为 的转换效率 为 ，面积 为 的转

11、换效率 为 。泼公刮 中央 研 究 室 完 成 使 用该 太 阳能 电 池 的 日本 第 一 个 太 阳能发 电系统 ， 使该太 阳能 电池的 实用化 向前 迈进 了 一大步 。 在 国内 ，此 项 日已经列 入 国家能源 战略性 寄科 技 发展项 目， “ 五”期 间的 十 可再生 能源众 多项 来 制 备 多 品 硅 薄 膜 电 池 。 化 学 气 相 沉 积 主 要 是 以 、 或 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 、 、 等。但是在 非硅衬 底上很 难 形成较 大 的 晶粒 ， 且容 易在 晶粒 问形成 空 并 隙。

12、为 了解决这 题 ，研究 发现先 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 ，可以得 到较大 的 晶粒 ，然后 再在这 层籽 晶上沉 目中投资 强度 排在首 位 。南开大 学研制 开发 的 电池 光 电转 换效率 已经达 到 ，已接近世界 先进水 。目前 该 项 目的实验 室技 术基本 成熟 ，开始进 人 中试 技术 开 发阶段 ，预 计 年底完 成 中试 ， 年开 始进行 积厚的 多 晶硅薄 膜 。利用这样 的 多晶硅薄 膜制得 的太 阳能 电池 转换效率 明显提 高。 薄膜 代替 作底 电池 ，其带 隙 可做到 ， 与 薄 膜 电池相 比， 薄

13、膜 电池能吸收 更小 ?玛 生产 线的技术开 发。南开 大学 已与天津保税 区签 署合作协 【 义，将 在保税 区建 设我 国第一 条铜 铟硒 薄膜 太 阳能电池 中试线 ， 使我 国成为继德 、美 、日之后的第 四个开展这 种 电池 中试 开 发的 围家 ，并 将形成具 备 自 维普资讯 有知 产权 铜 钠硒薄 膜人阳能 电池产 、 。 勺 刈 操 作人 贯健康 的 害足 小 忽 。找 能 ， （ 获取 清 能源的 时 ，义埘 人体 手 人炎生 新 的危害 。 符闺均 人 御 究 ， ） ： 境造 成 制备 薄膜的 方法彳 ：反应 溅射 、真 蒸 丁 皮 ，法（ 源 、舣源 、 ）、喷射热

14、解法 、化学池沉 积 源 法 、电沉 积、 封 窄阃的化学气 卡输运 、 化学气 卡沉 积 、分千 束外延 有机金属化学 气十 沉 积等 。 述 川题 不 ： 久将 会逐 个珩 决 ，从 使啼 化铺薄 膜 电池 成 为 水 军 会新的能 源成分之 ? 。 制钢硒 （ ） 系薄膜太 阳能 电池是未 来的太阳能电池主 流产品之一 ，可 泛 应 用 于大 太 能 电站 、节 能楼 【 宇玻璃 肢航空航 等军 事用途 ，有 营巨大的市场需求 。 结束语 纵 太 能 电池这些午的 速 发展 ，尢 【足材料 、 仑 结 构的 卜 ，还是 制箭 岂的 改进 ，都是 为 富 降低 成 碲化镉 （ ） 薄膜 电

15、池 碲 化午 足 一 鬲 种化 合物 半 导体 ，其带隙最适 合 丁光 本， 提高转换效 半 。 符 投 人 人 的 人 、 州 物 力、财 研发太 池 ， 定本 制 冶皂 的发腱 计划，从 速太 能 电池的 夫规模 实 化进 程。 美同 、德 平 电能 量转换 。用这 种半 导体做成 的太 阳电池有很 高的 理论转换 放牢 。碲 化镉容 易沉积 成 大面积 的薄膜 ，沉 积速率 也高 。 薄膜 太阳电池通 常以 异质结 为荩础 。 管 ¨ 干 品格常数相差 ， 世它 组 成的 质结 电学 能优 ，制成的 人 电池 几 小除 传统 晶体硅 电池 的研究 ，上 止在 界 ： 自歹】 ，

16、在薄膜 阳能 电池 的 也较 为领 。德 人 十 】 已经建 成 世界 卜 仓部 宋 这种 电池来 提供能 第 源的建筑 。 本 水 公 司也 叶划建造 大批 节 薄 ： 的填充 岛 。 达 器件通 常在玻璃衬城上制造 ， 玻璃 上 一 层 为透 判电极 ，其后的薄甚 为 背电极 ，喜 、 和 背 电极 以足碳浆料 或金属薄 。 电池要求 光滑 的 表面 ，这样。 以 能减小 厚度 ，提高 。 和 的结 品顷量 ，使 与 能形成 性能优 良的 质结 。 帆 方法 也 多， 电沉 、 膜 人 能 电池板 的 。 ： 找 ， 锡 尚德等 公 也 进 行着埘这 电池技术的研 究 。 ： 薄膜 太 能

17、 电池 的低成本增 它 人 能 一 体 竞争的实 力。 削备技 术 艺的改进 ，近 儿 池 ： 午来 其 光电转换效 率 断提 高 ， 术求 尤伏 ； 发展 中必然 有 赫地侮 。 征薄帻材料制 箭方而 。 ） 有独特的优势 ， 圳是与其它技 术 （ 特 如趟 雾化 ） 的联 、 近距离 外华 崩， 沉积的薄膜 成分 方便 州 ， 以 层 计 ， 他 成 为多功能 复合材料 ， 常适 合 川 薄膜 人能电 卜 池材 料的带 。我们课题 组 【 备 使川 陔技 术进 行 近 离蒸气转 运法 、 喷涂法 、 丝网 刷法 、 千 等等。 的 度通 常 为 ， 对 。光的吸收 ， 就足够 了。 薄膜

18、太 能 电池 材料 圳 箭的研 究 ，十 关结 果将陆 作 ¨ 续十 道 。 然 ，要使薄 膜太 能 电池真 成 为 种新 乏 能源 ，在 民经济 主战 场 发挥 重要 ，除 卜 需晏进 一 一 碲 化镉薄膜 人阳电池的制造成夺低 ， 足应前持 最 好的新 ， 人阳电池 ，它 已经成 为美 、德 、口、意等同研 究开发的土要对象。目前 ， 已获得的最高效率为 。 四川人学 太阳能材料 与器件研 究所 在冯 良柯 教授 的带 步 提高效 率 ，降低 生产成本 ，还要 解决 人觇摸生产 巾的关键 术。相信 薄膜太 阳能 电池 的发展将 会更快 支 的推 动 “ 色电 力”的 实现。 绿 参考 文献 ： 阁怀恩 ， 陈光华朱秀红， 丝辅助 等 热 技术高 速沉积高质量 氢化非晶硅薄膜 人工晶体学报 ， ： （） 领 下 ，率先在 找【 开展 化镉薄膜 太 电池的研 究。 玉 碲 几 “ 九 ”期间 ， 承担 了科技部资助 的科技 攻关计 划课 题 ：“ 族化 合物半 导体 多 晶薄 膜人 阳电池 的研