硅基薄膜太阳电池

1、目前太阳能电池的核心技术以晶体硅为基础，商业化的晶体硅厚度约为200um以上。但是，不仅限制了硅基太阳能电池的生长宽度，而且由于硅基太阳能电池严重不足，促进了薄膜太阳能电池的发展。薄膜太阳能电池的优点是生产成本低，适合大面积制造。生产工艺、开发情况、晶硅最早开发的电池技术，非常成熟，提高效率和降低成本的潜力非常有限，在效率方面已经接近最高水平，而在设备方面，晶体硅电池生产设备技术也很成熟，接近最高水平，设备价格降低的可能性很小。效率提高和成本节约潜力大的电影刚刚开始，各方面还不成熟。技术上，转换效率是提高空间大，理论转换效率可能接近晶硅，但现在薄膜技术还不成熟，所以效率比较低。设备方面，设备费

2、用比较高。因为设备包括大多数设备的技术费用。随着技术的增加和大规模生产，设备成本将大大降低，届时薄膜电池成本将大大降低。薄膜，应用领域比较，晶体硅电池品种单一颜色，应用范围比较小。市场范围逐渐减少为薄膜电池应用的多种形式，广泛使用的市场范围逐年增加，硅基薄膜电池是未来太阳主流的原因1。可以满足特定市场的要求，垄断市场计算器和玩具等弱光市场应用程序的这一部分。2.技术本身的特性和优点可以以低廉的成本使其半透明、低污染、低能耗。3.技术开发的可持续性主要成膜设备与液晶屏兼容，大大降低了设备开发成本。CIGS等其他新型薄膜太阳技术没有这种特性。4.技术开放成熟的设备供应商超过4家，制造商更多，在技术

3、研发方面投入了很多。这种低成本CdTe技术是唯一的First Solar，该技术受到原材料限制，无法得到下游系统应用程序的有力支持，因此受到研发投入的限制。一些概念，纳米晶硅有时也被称为微晶硅(c-Si)。唯一的区别是粒子的粒子大小。多孔硅：体内含有大量空白硅物质，空隙度约为60%-90%，内部表面积很大，每立方厘米硅材料有数百平方米的面积。通过晶体硅或非晶硅，通过氢氟酸的阳极氧化获得的纳米多孔硅。多孔硅表面积比体积大。多晶硅薄膜太阳电池多晶硅薄膜太阳电池使用相对薄的晶体硅层作为太阳电池的活化层，在低成本基板材料上生长多晶硅薄膜，保持晶体硅太阳电池的高性能和稳定性，同时材料量大幅减少，大大降低

4、了电池成本。多晶硅薄膜太阳能电池和其他太阳能电池一样，基于太阳光和半导体材料的作用形成太阳能效应。多晶硅薄膜太阳能电池的低研究趋势是目前多晶硅薄膜太阳能电池面临的一个主要问题。因此提高廉价衬底上多晶硅薄膜太阳能电池的效率将是今后的主要研究和开发方向。实际上，现在几乎所有制造高效块状硅太阳能电池的工艺都用于制造薄膜太阳能电池。因此，多晶硅薄膜太阳电池效率的提高主要取决于多晶硅薄膜质量的提高。因此，通过多种工艺在便宜的基板上制造大型颗粒、高质量多晶硅薄膜，今后也将是多晶硅薄膜太阳能电池开发的核心课题。非晶硅薄膜太阳能电池的优点，低成本能源返回期短大面积自动生产高温优秀弱光响应(充电效率)等，低成本

5、单结非晶硅太阳能电池厚度0.5um。主要原料是化学工业可以大量供应，用于生产非常便宜的高纯度多晶硅的硅烷，制造1瓦非晶硅太阳电池的原料约为RMB3.5-4(效率6%以上)，晶硅太阳电池的基本厚度为240-270um，相差200倍以上。大规模生产需要很多半导体级，仅硅片的成本就占总太阳电池成本的65-70%，中国1w晶体硅太阳电池的硅材料成本上升到RMB22以上。大面积自动化生产目前，世界上最大的非晶硅太阳能电池是在瑞士KAI-1200 PECVD设备上制造的1100mm*1250mm单晶非晶硅太阳能电池，最初效率超过9%。稳定的输出功率接近80W/片。晶体硅太阳电池为156mm*156mm和1

6、25mm*125mm。短波响应优于晶体硅太阳电池，非晶硅太阳电池存在问题，效率低单晶硅太阳电池，单效率为14%-17%(AMO)，柔性矩阵非晶硅太阳电池组件(约1000平方厘米)的效率为10-12%，稍有差异。相同输出功率所需的太阳电池面积增加，特别适用于农村和西部地区对太阳电池安装空间的要求不高的情况。稳定性问题非晶硅太阳电池的光衰减是影响大规模生产的重要因素。目前柔性矩阵非晶硅太阳电池的稳定性效率超过10%，具有作为宇宙能源的基本条件。成本问题非晶硅太阳电池投资额约为晶体硅太阳电池的5倍，因此项目投资存在一定的资金障碍。此外，成本回收周期长、成本高的设备折旧率对较大的收益率起到了很大的瓶颈

7、作用。非晶硅太阳电池的市场，大规模成本发电站1996年美国APS在美国加利福尼亚建设了400千瓦的非晶硅发电站，引起了光伏产业的震动。Mass公司(欧洲第三大太阳能系统公司)去年从中国进口了约5 MMP的非晶硅太阳能电池。日本CANECA的年产量为25MWp的非晶硅太阳电池大部分被输送到欧洲建设大型发电站(约500KWp-1000KWp)。德国RWESCHOOTT也有30MWp的年产量，都用于建设大型太阳能发电站。与建筑物一起，太阳能房子的非晶硅太阳能电池的建设是建筑物的一部分，白天发电，部分通过玻璃进入室内，室内非常柔和的照明(紫外线经过过滤)可以阻挡风和电；美国、欧洲、日本的太阳能制造商已

8、经生产了这种非正规工厂瓦特。由于非晶硅太阳能电池的技术优势，具有相同功率的非晶硅太阳能照明比晶体硅太阳能路灯的照明时间长20%，每瓦成本约10元。上海尤利卡从2003年到2005年为松江区的太阳能路灯提供了400多个非晶硅太阳能路灯电源，其冬季发展效果明显优于晶硅。非晶硅太阳能电池在室内弱光中也能产生电力，因此已经在太阳能表、太阳能表、太阳能显示卡等不直接接收光的情况下被广泛使用。中国要抓住机会，自主大批量生产技术自主核心设备技术*PECVD/溅射设备/专用激光/APCVD高效、大面积、低成本、生产、达到每瓦特的目标，非晶硅太阳电池发展趋势，新结构开发效率和稳定性提高控制成本大面积，大颗粒生长

9、技术薄膜的缺陷控制技术高质量，生产过程采用低温工艺(100-300)，能耗低。轻松形成大规模生产能力，自动化生产全过程。品种多样，用途广泛。现有问题：光子带隙1.7eV对长波区域不敏感转换效率低光衰退效果：光电效率照明时间久而久之，衰退解决方案：叠层太阳能电池的准备，即由一个或多个p-i-n单结太阳能电池中的一个或多个p-i-n子电池制造。硅薄膜太阳电池的结构和工作原理，非晶硅是硅原子的非常松散的排列，没有晶体硅那么规则，可以包含很多结构或耦合的缺陷，是类似玻璃的非平衡结构。非晶硅具有可见光谱的吸光能力很强的优点(比晶硅强500倍)，因此，为了有效地吸收光子的能量，只需要薄层，但这种非晶薄膜的

10、生产技术非常成熟，可以节省大量的材料成本，并允许大面积的太阳能电池制造。非晶硅通常是通过溅射或化学气相沉积在玻璃、陶瓷、塑料或不锈钢基板上生成的薄膜、光退化现象，非晶硅太阳电池的主要缺点是产生光退化现象，这种现象称为stae bler-w ronnski效应(SWE)。非正规站太阳能电池的转换效率是1977年观测到的现象，在接受数百小时的阳光后，将大幅减少。研究表明，一面的太阳能电池暴露在太阳下1000小时后，效率比起始值低30%，三层的软面型太阳能电池减少15%左右。太阳能可以干扰键弱的硅原子共价键的一部分，从而增加随着光的时间受伤的键数。研究结果表明，悬浮液耦合缺陷的产生速度与亮度的平方成

11、正比增加。但是，这种光热化是一种可逆反应，如果在已经发生光热化的a-Si在160 左右的温度下退火几分钟，就可以回到原来的状态。事实上，这种光的劣化不会引起永久崩溃。通常在1000小时后，其劣化程度没有进一步恶化，达到饱和值，沉积技术、薄膜硅可以使用气相或液相沉积。其中最重要的技术是化学气相沉积法和液体外延xy (LPE)。单结硅基薄膜电池的结构和工作原理，在传统单晶和多晶太阳能电池中，pn结结构一般，载体扩散长度高，电池厚度取决于使用的硅片的厚度。对于硅基薄膜太阳电池，使用的材料通常是非晶或微晶材料，材料的载体迁移率和寿命远远低于相应的硅体材料，载体扩散长度也相对较短，选择普通pn结电池结构

12、时，光生载体也将进行合成，直到其没有扩散到结区域。如果使用很薄的材料，光的吸收率会很低，相应的光生电流也会很小。为了解决这个问题，硅基薄膜电池采用p-i-n结构。p层和n层分别是硼掺杂和磷掺杂材料。I层是固有材质。由于掺杂层的缺陷状态浓度高，所以太阳光接触电池时主要发生在固有层。非晶硅薄膜电池一般分为p-i-n和n-i-p结构两种结构。P-i-n结构电池通常沉积在玻璃基板上，以p，I，n的顺序连续积累各层获得。光线通过玻璃进入太阳能电池，因此玻璃被称为衬底，必须先在玻璃基板上堆积透明导电膜(TCO)。透明导电膜有两个作用，一个是让光通过基板进入太阳能电池，另一个是提供收集电流的电极(称为顶部电

13、极)。透明导电膜依次沉积p层、I层和n层，其中p层通常使用非晶碳化硅合金(a-sic: h)。非晶碳化硅合金的波段宽度比非晶硅宽，透射比一般p型非晶硅高，因此p型非晶硅碳化硅合金也称为窗材料。，为了降低接口缺陷密度，通常采用慢碳过渡层，可以有效地降低接口状态密度，提高填充元素。利用p型非晶碳化硅合金的优点，可以直接在过渡层上沉积固有非晶硅层，然后沉积n层。能有效提高电池的开路电压和短路电流。缺点：p型非晶碳化硅合金和固有非晶硅在p/i接口上具有带隙的不连续性，并且易于在接口上生成接口缺陷，从而产生接口复合物并降低电池的充电系数(FF)。开路电压Voc是太阳能电池的重要参数之一，宽带隙的固有材料

14、可以产生较大的开路电压，窄带隙的材料可以产生较小的开路电压。开路电压的大小也取决于掺杂层的特性，尤其是掺杂浓度，尤其是p层掺杂浓度。为了增加断路电压，通常使用非晶碳化硅合金(a-sic: h)或微晶硅(UC-si: h)作为p层材料。开路电压的振幅取决于固有层的质量。后电极、非晶硅层沉积后，后电极可直接沉积在n层。常用的背电极是蒸发铝和银。另一方面，由于银的反射率比铝高，使用银电极可以提高电池的短路电流，实验室经常使用银作为背电极。相反，银比铝成本高，在电流的长期可靠性方面也存在一些问题，在大型非晶硅太阳电池的生产中，铝电极仍然被广泛使用。为了提高光在氧化锌(ZnO)、等电极上的有效散射，可以

15、在沉积后电极之前在n层沉积氧化锌(ZnO)层。氧化锌首先具有增加光散射的一定粗糙度的两种作用，然后起到防止金属离子扩散到半导体的作用，减少金属离子扩散引起的电池短路。n-i-p单结非晶硅薄膜太阳电池，n-i-p结构与p-i-n结构相对应。这种结构通常沉积在不透明基板上，例如不锈钢或塑料。硅基薄膜的孔迁移率比电子小近两个阶段，因此硅基薄膜电池的p区域在接近菲光面的一侧生长，必须先将背面反射膜沉积在基板上。常用背面反射膜包括银/氧化锌(Ag/ZnO)和铝/氧化锌(Al/ZnO)。考虑到成本因素，银/氧化锌通常在实验室中使用，铝/氧化锌则大量用于生产太阳能电池。将n型、I型和p型非晶硅或微晶硅材料依

16、次沉积在背面反射膜上，然后将透明导电膜沉积在p层上。常用的透明导电薄膜是氧化铟锡(ITO)。其厚度通常只有70纳米，厚度非常薄。必须在伊藤上添加金属线，以加快光电流的收集速度。与p-i-n结构相比，n-i-p结构具有以下几个特征：首先将n层沉积在攀登沙漠上。通常的攀登沙漠是金属/氧化锌，比较稳定，不容易被等离子中的氢离子蚀刻，因此n层可以使用非晶硅或微晶硅。另外，电子的迁移率比孔迁移率高得多，因此n层的沉积参数范围更广。第二，p层在固有层沉积，因此p可以使用微晶硅。使用微晶硅p层有很多优点。微晶硅的短波吸收系数小于非晶硅，因此电池的短波反应很好。使用微晶硅p层可以有效地提高电池的开路电压。n-i-p结构的缺点，第一，通过将金属栅电极添加到顶部电极ITO来提高电流的收集速度，从而减少电池的有效允许面积。第二，由于ITO厚度薄，ITO本身很难具有粗糙的绒面结构，因此该电池的光散射效果主要取决于背反射膜的绒面结构，因此对背反射膜的要求比较高。多结硅基薄膜太阳能电池的结构和工作原理，由于太阳能宽光谱，对太阳能电池有用的光谱区域复盖了紫外线、可见光和红外线。显然，一种带隙半导体不能有效地使用所有太阳光子的能量。一方面，光子能量小于半导体的带隙宽度的光，半导体的吸收系数小，对太阳电池的转换效率没有贡献。