新能源材料第10讲

1、10.1概述10.2非晶硅太阳电池开发过程10.3非晶硅太阳电池的进一步研究和开发10.4非晶硅太阳电池的应用现状和发展前景，10.1概述非晶硅太阳电池材料，10.1概述非晶硅太阳电池是70年代中期才开发的新型薄膜太阳电池。这个电池最大的特点是在降低成本方面有很大的优势。随着电池性能的不断提高和制造技术的成熟和成本的大幅降低，非晶硅太阳能电池作为新的清洁能源具有更广阔的应用前景。本章介绍了非晶硅的新材料及其在非晶硅太阳能电池中的应用。10.1.1非晶硅半导体材料1)非晶硅非晶硅是近年发展起来的一种新型无定形半导体材料。与晶硅相比，最基本的特征是构成原子没有长距离的顺序，只有几个晶格常数范围内有

2、短距离的排列。原子之间的结合与晶硅非常相似，形成了一种共享的不规则网络结构。另一个特点是在非晶硅半导体中实现连续物理控制。非晶硅的重复性低，结构更复杂。为了说明非晶硅基材料的结构，提出了一些理论模型，例如连续不规则网络模型、微晶模型等。(2)非晶硅材料的光电特性非晶硅材料在结构上是公用原子不规则网络，没有周期排列的约束，因此其特性，特别是光合作用的电气特性不同于晶体硅材料。非晶硅材料结构的远距离无序产生带尾，带尾的宽度取决于结构无序的程度。典型的能带模型如下图所示。10.1.2非晶硅太阳电池的特性1)工作原理非晶硅太阳电池的工作原理与单晶硅太阳电池类似，使用半导体的光电池效应。与单晶硅太阳能电

3、池不同，在非晶硅太阳能电池中，光电载体只有漂移运动，没有扩散运动。-si电池的工作原理如下：入射光通过p层，然后进入I层，就产生了e-h对，光生载流子一旦产生，就被pn结内部电场分离，孔移动到p边，电子漂移到n边，形成光生电流IL和光生电动势VL。VL的工作方式与内置电位Vb相反。|VL|=|Vb|达到平衡时，IL=，VL达到最大值，这称为开路电压VOC。此时，当VL=0外部电路加入负载时，会保留一个光学电压VL和光电流il。2)非晶硅太阳电池的结构非晶硅太阳电池是基于玻璃、不锈钢和特殊塑料的薄膜太阳电池，如图10-2，10.1.3非晶硅太阳电池的制造所示。通常，销集成a-Si太阳电池的制造过

4、程包括(以玻璃基板为例):玻璃基板的清洗和干燥、生长TCO膜、激光切割TCO膜、蒸发或溅射Al电极、激光切割a-Si膜、销非晶硅膜、激光切割Al电极或掩膜蒸发Al电极、非晶硅材料是由气相沉积形成的。根据解离和沉淀方法，气相沉淀法分为辉光放电分解法(GD)、溅射法(SP)、真空蒸发法、光化学气相沉积法、热丝法等。10.2非晶硅太阳能电池的开发过程自1976年卡尔森和w朗斯基首次报道第一个a-Si太阳能电池以来，围绕提高a-Si电池的转换效率、提高稳定性等问题进行了广泛而深入的材料和电池结构等研究，取得了很大进展。让我们简要回顾一下非晶硅太阳电池的研究过程。提高10.2.1非晶硅太阳能电池转换效率

5、的技术措施1)改善p型窗材料和前后界面特性2)使用陷阱结构增加太阳能电池的短路电流3)提高高质量I层4)提高n型质量5)使用叠层电池结构扩大光谱响应范围，提高10.2.2非晶硅太阳能电池稳定性的研究1)S-W效应非晶硅及其合金的光这是Stabler和Wronski首次发现的，称为S-W效果。S-W效果实际上是a-si: h材质结构的光-子变化效果。也就是说，光源在a-si: h材料中产生缺陷，例如中性悬浮键。为了说明这个问题，提出了多种微观模型，如Si-Si弱密钥模型、电荷转移模型、再混合双比特模型、Si-H弱密钥模型、桥密钥模型等。(2)提高非晶硅太阳电池稳定性效率的研究首先需要获得高稳定性

6、的ia-si: h材料。主要采用多带隙叠层电池结构的结构措施。成熟的技术：使用叠层电池结构扩展频谱响应范围，提高稳定性。使用绒面电极和多层后反射电极提高I层的光吸收率；I层材料a-Si:H和a-sige : h，使用H2稀释法提供高光泽灵敏度和高稳定性；使用PSc-Si和nsc-Si层增加内置电位，减少串行电阻。P/i接口h处理，PSc-Si/pa-SiC隧道连接提高了异构连接接口运输特性等。目前大面积非晶硅太阳电池的最大稳定性效率如下。10.3非晶硅太阳能电池的进一步研究和开发多年来，非晶硅太阳能电池取得了相当大的进展，但仍然存在效率低下的问题，这是至今无法占领市场的原因。提高10.3.1非

7、晶硅材料稳定性的新型氘(D2)稀释技术中添加惰性气体H2分解技术、10.3.2新型硅基薄膜叠层电池的研究1)a-Si/c-Si和a-Si/poly-Si薄膜叠层电池用非晶硅电池效率的光不稳定性是非晶硅材料微结构的实验表明，使用c-Si和poly-Si薄膜作为电池的活性层制造的电池在长期照明下没有衰退现象。薄膜poly-Si具有比c-Si更好的电气特性，光谱响应：2)薄固有层异质结电池薄固有层异质结电池也称为HIT型电池(hitter o junction with intrinsic thin layer)。该电池是使用薄的n型单晶硅片作为基底，先沉淀薄的固有非晶硅层，然后在上面形成一层3nm

8、 p型非晶硅，即HIT电池。(3)新的宽光谱a-Si电池提出了具有红外上转换膜的电池结构，以进一步充分利用太阳能。红外上转换膜是带隙为4ev 55555v的碱土金属硫化物通过适当掺杂形成的新型电子俘获材料。红外上转换膜具有热稳定性好、成本低、面积大的特点。10.3.3降低非晶硅电池制造成本的新技术PV发电应用的核心问题是降低成本。提高硅基薄膜沉淀速度的新技术高能离子冲击技术电池雕刻新技术、10.4非晶硅太阳电池的应用现状和发展前景10.4.1非晶硅太阳电池的应用状态非晶硅太阳电池的成本低、大面积连续生产的便利等优点，一诞生就显示出强大的生命力。在太阳能应用中，a-Si太阳能电池有很多特殊的优点。A-Si电池可以在任何形状的基板上制造，可以使用钢化玻璃、不锈钢、板岩、聚合物材料等作为基板。可以用家用瓷砖太阳能电池直接制造。可以使它成为投射可见光部分的a-Si太阳能电池。称为See-through电池。可以在非常薄的不锈钢和塑料基板上制造超轻大小的a-Si太阳能电池。A-Si太阳电池子组件可以集成，输出电压高，便于装配和连接。A-Si材料的频带间隙比c-Si和poly-Si更大，因此a-Si太阳电池