硅太阳能电池

1、硅太阳能电池,目录,硅太阳能电池分类和简介,多晶硅薄膜硅太阳能电池的制备以及应用,硅太阳能电池的发展历史,一、太阳能电池的发展历史,1839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应。 1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池。 1958年我国研制出了首块硅单晶，研发出的电池主要用于空间领域。 70年代末，我国与国际同期开展了砷化镓太阳能电池研究，该电池具有很高的光吸收系数，1999年，22cm2电池的转换效率达22。 1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。 80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，

2、生产能力由原来的几百KW（千瓦）一下子提升到4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。 1999年，保定天威英利新能源有限公司承建了 “多晶硅太阳能电池及应用系统示范工程”项目，2003年12月正式通过国家验收，全线投产，填补了我国不能商业化生产多晶硅太阳能电池的空白。,2002年9月，尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产，产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和，一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。 2004年1月19日，中国第一台12对棒多晶硅高效节能大还原炉在中硅高科试验成功，各项技术指标均达到国际先进水平。至此，中国人掌握了由美国、日本、德国等国垄断2

3、0余年的多晶硅生产核心技术。 2005年，国内第一个300吨多晶硅生产项目在洛阳中硅建成投产，拉开了中国多晶硅大发展的序幕。 2005年12月14日，无锡尚德在美国纽约证券交易所挂牌，成为中国内地首家在纽交所挂牌上市的民营高科技企业。从此，国内太阳能电池的生产和研发也驶入了快车道。 2007年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一，成为世界第一大太阳能电池生产国。,二、太阳能电池的分类：,1.单晶硅太阳能简介：,转换效率最高，技术最为成熟 其高性能依赖于高质量单晶硅材料和相关的成熟的加工处理工艺 制作一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术 开发的主要有: 平面单晶硅电池、刻槽埋

4、栅电极单晶硅电池,单晶硅太阳能电池优缺点,优点：转换效率最高 缺点：单晶硅成本价格 高、大幅度降低 成本困难 解决：寻找替代品,传统的硅太阳能电池刚硬、沉重而且不透明,2.多晶硅太阳能简介,多晶硅太阳能电池兼具单晶硅电池的高转换效率和长寿命以及非晶硅薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点的新一代电池，其转换效率一般为15%左右，稍低于单晶硅太阳电池，没有明显效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。,3.多晶硅薄膜太阳能电池,多晶硅薄膜太阳能电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的衬底材料上，

5、用相对薄的晶体硅层作为太阳能电池的激活层，不仅保持了晶体硅太阳能电池的高性能和稳定性，而且材料的用量大幅度下降，明显地降低了电池成本。多晶硅薄膜太阳能电池的工作原理与其他太阳能电池一样，是基于太阳光与半导体材料的作用而形成光伏效应。光与半导体的相互作用可以产生光生载流子。当将所产生的电子-空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极时，两极间会产生电势，称为光生伏打效应，简称光伏效应。,区别,单晶,多晶太阳能电池板的使用寿命一般为25年，非晶硅一般为10年，单晶与多晶转换效率高，但是价格高，能源回收期长，非晶太阳能转换率低一些，但是价格低，潜力大，能源回收期短，是未来的发展方向，技术主要掌握在美国、德

6、国和日本少数国家手上。 在猛烈阳光底下，单晶体式太阳能电池板较非晶体式能够转化多一倍以上的太阳能为电能，但可惜单晶体式的价格比非晶体式的昂贵两三倍以上，而且在阴天的情况下非晶体式反而与晶体式能够收集到差不多一样多的太阳能。,三.多晶薄膜硅太阳能电池的基本原理：,基本原理 光生伏特效应 PN结的光生伏特效应在光的照射下，半导体 p-n结的两端产生电位差 的现象。,硅材料是一种半导体材料，太阳能电池发电的原理主要就是利用这种半导体的光电效应。一般半导体的分子结构是这样的： 当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼（黑色或银灰色固体，熔点2300，沸点3658，密度2.34克/厘米，硬度仅次于金刚石，在室温下

7、较稳定，可与氮、碳、硅作用，高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应，形成金属硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高导电率和化学惰性的物质。）、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在一个空穴。,图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子，而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生如图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。,同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子，如下图所示：,P型

8、半导体中含有较多的空穴，而N型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。,当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子汇扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个有N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，从而形成PN结。当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电

9、流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。,四.晶体硅太阳能电池生产流程,1.多晶硅薄膜太阳能电池制备,低压化学气相沉积（LPCVD） 化学气相沉积法 等离子增强化学气相沉积（PECVD） 此外，液相外延法（LPPE）和 溅射沉积法 也可用来制备多晶硅薄膜电池。,化学气相沉积： 反应气体SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4 （一定保护气氛下） 硅原子沉积在加热的衬底上 衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。 非硅衬底上很难形成较大的晶粒，容易在晶粒间形成空隙。 解决办法：LPCVD得到较薄非晶硅层 将非晶硅层退火，得到较大晶粒 籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜 因此，再结晶技

10、术无疑是很重要的一个环节 （固相结晶法、中区熔再结晶法）,工艺特点：多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。 德国费莱堡太阳能研究所采用区馆再结晶技术在 FZSi衬底上制得的多晶硅电池转换效率为19， 日本三菱公司用该法制备电池，效率达16.42%。,多晶硅薄膜电池生产车间,2.转换效率提高的工艺途径,主要是靠单晶硅 表面微结构处理 和 分区掺杂 工艺 德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平电池转化效率超过23%，最大值可达23.3 Kyocera公司制备的大面积（ 225cm2 ）单电晶太阳能电池转换效率为1944% 北京太阳能研究所研制的平面高效单晶硅电池（2cmX2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cmX5cm）转换效率达8.6%,五.硅太阳能电池的应用,多晶硅太阳能电池卫星接收天线,目前,