太阳能电池原理及发展剖析

1、太阳能电池的原理和发展现状，目录，太阳能电池，化石能源枯竭，人类能源需求不断上升，温室效应加剧促进人类寻找化石燃料以外的新的绿色能源。 太阳能是人类得不到就用不完的可再生能源。 是清洁能源，不产生环境污染。 为了有效利用太阳能，大太阳能光电利用是近年来发展最快、最有活力的研究领域，是其中最引人注目的项目之一。 硅太阳能电池的工作原理，制作太阳能电池主要基于半导体材料，其工作原理是用光电材料吸收光能后产生内部光电效应，将光能转换成电能。 根据使用的材料，太阳能电池分为硅系太阳能电池和薄膜电池。 太阳能电池发电的原理主要是半导体的内部光电效应，一般半导体的主要结构是：硅太阳能电池的工作原理，图中，

2、正电荷表示硅原子，负电荷表示硅原子旁边包围的四个电子。 因为黄色的硼原子在硼原子的周围只进入了3个电子，所以产生如图所示的蓝色的空穴，该空穴因为没有电子而变得不稳定，吸收电子而中和，容易形成p型半导体。 混入硼、磷等杂质，PN结的形成和工作原理，零偏、负偏、正偏、正偏、正偏、正偏、正偏、正偏、电场方向一致，耗尽区域在外电场的作用下扩大，势垒被强化的PN结在将光电池用作光电转换元件的情况下，必须是零偏压或反偏压状态。 当p型和n型半导体材料结合时，p型(n型)材料中的空穴(电子)向n型(p型)材料侧扩散，扩散的结果，在结合区域形成势垒，由此产生的电场阻止扩散运动的进行，当两者达到平衡时，在PN结

3、的两侧形成耗尽区域。 当光照射到半导体上时，光子向电子供给能量，电子转变为更高的能量状态，这些电子中，能够用于实际使用的电光元件的电子有： (1)价电子； (2)自由电子或空穴(3)存在于杂质能级的电子。 太阳能电池可以利用的电子主要是价格带电子。 从价电子带得到的光的能量向导带转移的过程决定的光的吸收称为本征或固有吸收。 基本原理，基本原理，半导体不是电的良导体，因此电子通过p-n结后流过半导体时，电阻非常大，损失也非常大。 但是，在整个上层涂上金属的话，阳光不通过，不会产生电流，因此，一般用金属网复盖p-n结(像梳状电极一样)，增加入射光的面积。 制约光电池转换效率的因素，光损耗电损耗串联

4、电阻损耗，反射损耗短波损耗透射损耗，光发生孔-电子对各区的复合，表面复合(前面和背面)材料复合：复合中心复合，主要面临着问题，硅太阳能电池的制造历史上采用了很多措施，提高了太阳能电池的光电转换效率，随着能量的消耗，提高了效率主要对象是：1.降低表面状态等，降低光电子的表面复合；2 .降低入射光的表面反射，使用许多太阳光反射降低技术，例如沉积防反射层、硅晶片表面组织技术、局部背面场技术，最大限度地降低太阳光在硅表面的反射；3 .电极低接触电阻和集成受光技术； 例如激光划线槽埋入栅极技术和表面浓度扩散技术，降低电极接触电阻，增加硅表面的受光面积4 .减少p-n结的接合深度和泄漏5 .发展了采用高效

5、率且廉价的光电转换材料的现状，单晶硅太阳能电池(主)单晶硅太阳能电池的转换效率多晶硅太阳能电池大幅降低了制造成本，电池转换效率达到16%左右，MIT开发了电池样品，光电转换效率提高了27%。 硅薄膜太阳能电池的制造技术成熟，大幅度节约了成本和能源，产品面积大幅度增加。 转换效率相对较低，现在只有12% 14%，光电效率随着使用时间的增加而衰退。 化合物薄膜太阳能电池化合物薄膜太阳能电池光转换效率高，理论值达到28%，容易薄膜化。 2009年10月，Sharp开发了光电转换率为35. 8%的电池样品，作为薄膜太阳能电池的介绍，硅薄膜、碲镉系(CdTe )、染料薄膜和有机薄膜(TiO2)、非晶、非

6、晶/微晶(a-Si、a-Si/c-Si )、 统一源(8% )、EPV(56%) US Kaneka、Sharp (810%) Japan、LG、周星(9.6% )韩国、铜铟系(CIS、CIGS )、金属薄膜、正泰(9.0% )、天威(67% )、新奥(8 ) 百世德(88.5% )中国Leybold Optics(9.5%) German、JST German、山东福日株式会社中国、13、1976年Spear等人对非晶硅实现了控制掺杂， 1976年美国RCA实验室世界第一个非晶硅太阳能电池效率2.4% 1980年日本三洋电机公司利用非晶硅太阳能电池制作小型计算机1987年配合了c，配合了Ge

7、，光捕获技术非晶硅电池的转换效率达到了12 % (initial 面积从0.1M2发展到0.3M2，模块功率14w(stableeff5% )随着1988年与建筑材料结合的非晶硅太阳能电池的投入，二、硅薄膜太阳能电池的发展，History， Today实验室： Triple电池 15.3%产业化：非晶硅/微晶硅层叠电池g5(1.1*1.3m2)9.6 % g8.5(2.2*2.6m2)8.5 %、14，硅系薄膜太阳能电池的技术发展，EPV，oerli 、BestSOLAR Confidential、三、硅薄膜电池的优点：消耗品少的：硅薄膜太阳能电池的厚度为2m左右，其厚度为硅结晶电池的1%能源

8、消耗量低的：硅薄膜电池制造工艺200OC左右， 硅结晶核心工艺为1000OC无毒，无污染的更多发电量a .良好的弱光性：雨天比结晶硅电池多10%左右的发电量b .高温性能好，温度系数低，因此薄膜电池在高温工作状况下同样比结晶硅电池高的发电量美丽大方的电池模块颜色和建筑物颜色比较容易匹配，美化室内外环境，加上微细整齐的激光切割线，使建筑物美观，大方，更有魅力。 应用稳定性更好，因为非晶硅太阳能电池电流密度小，热斑效果不明显，使用方便，可靠性高。能量回收期短成本低，下降空间大，缺点前期资金投资大，光衰退(S-w效果)效率低，设备、原材料国产化使非晶硅层变薄，改善光衰减叠层电池，如非晶硅/微晶硅，改

9、善光衰减提高效率改善各层材料间界面性能，提高功率新产品的开发、新材料、新技术，解决方案，硅薄膜太阳能电池的缺点和应对措施四，非晶硅光衰减(Staebler-Wronski效应)，光衰减现象：非晶硅电池在强光下当具有逐渐稳定倾向的样品在160下退火时，电性能恢复了Si-Si弱耦合在原始值(S-W效应)的非晶硅制造过程中的作用，薄膜太阳能电池LID测试(IEC认证)、光老化试验、测试环境、标准条件(STC )光强度：光输出密度为1 m2光谱特性： AM1.5环境温度： 25，5，电池的光电转换效率计算光谱的特征： AM1.5，cos=2/3 (48.2o) AM1.5=1/cos，Light，Eff=Pm/(1000W/m2模块面积)例如公司的电池a-si/uc-si，优点：稳定性好，近红外高透过率，不受氢离子还原作用，2，制造方式，磁控溅射制绒头(leybold optics，PIA Nova，信义玻璃)，缺点：成本高，产品应验证阳光，玻璃，- TCO作为用于薄膜太阳能电池的前电极的TCO薄膜电池的前电极的性能要求是透光性：可见光(Transimission)80%、表面绒毛度： (Roughness) 1215%、面电阻R 913 、非晶硅/多晶硅光阱的图像，单位基础常识微米=10-6 m (米)纳米1nm=10-9