結(jié)晶薄膜太陽能電池 太陽能電池是一種有效地吸收太陽能輻射并將其轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體電子器件,。薄膜太陽能電池是將具有不同功能和作用的一系列薄膜經(jīng)過連線等工藝制作而成的太陽能電池板。與其它太陽能電池相比,薄膜太陽電池既具有晶體硅電池性能穩(wěn)定,、工藝成熟和高效的優(yōu)點(diǎn),,又有大幅度減少材料用量、從而大幅度降低制造成本的潛力,,因而成為目前的研究熱點(diǎn),。可以說,,晶硅太陽能電池是第一代技術(shù),,薄膜太陽能電池則是第二代技術(shù)。 對(duì)薄膜太陽能電池的研究主要開始于20世紀(jì)80年代,。大部分都采用硅作為最基本的材料,,也就是說將多層的不同導(dǎo)電類型的多晶硅薄膜或非晶硅薄膜沉積起來,以達(dá)到增加太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的效果,,其光電轉(zhuǎn)換效率一般穩(wěn)定在11%—13%,。薄膜型太陽電池技術(shù)具有可吸收散射光、可撓性與可制作大面積太陽電池等特性,,特別是與結(jié)晶硅型太陽電池相比,,其所消耗的材料成本更為經(jīng)濟(jì),因此備受產(chǎn)業(yè)界人士看好,。短期而言,,在上游硅材料短缺仍難緩解的情況下,薄膜型太陽電池將成為太陽電池市場(chǎng)的另一個(gè)最佳選擇. 由于薄膜型太陽電池的主動(dòng)面積(Active Area,,包括半導(dǎo)體層及接觸層)厚度約只有1~10μm,,不像傳統(tǒng)厚膜型的厚度約為100~300μm,且需要使用大量,、價(jià)格昂貴的半導(dǎo)體材料,,因此相比之下可省下許多材料成本。另外,,其基材選擇性多樣,,包括玻璃、塑料或金屬薄片等,,模塊封裝也較容易,,且可做成半透光型,因而能吸收漫射光源,,并可大面積制造,,非常適合做成與建筑物整合的太陽光電板(Building Integrated Photovoltaic,BIPV),。 而若以塑料或金屬薄片等為基材,,更可制成可撓性太陽電池,應(yīng)用于消費(fèi)性電子產(chǎn)品,用途更加廣泛,。此外,,由于可用連續(xù)制造方式生產(chǎn),因此可利用自動(dòng)化流程來降低成本,。在全球硅材料持續(xù)供貨吃緊的情況下,,薄膜型太陽電池的商品化發(fā)展正備受業(yè)界矚目,預(yù)計(jì)未來2~3年將是其市場(chǎng)快速起飛的關(guān)鍵期,。 薄膜型太陽電池分類 薄膜型太陽電池技術(shù)依材料類型主要可分為:薄膜硅及非晶硅(Amorphous Silicon,a-Si),,以及二六族化合物半導(dǎo)體材料碲化鎘(CdTe)及二硒化銅銦(CuInSe2,CIS)等(表1)。目前商業(yè)化的薄膜型太陽光電模塊效率相比主流的結(jié)晶硅型效率(15~17%)仍然較低,,一般多在10%以下,。 薄膜太陽能電池又可分為多晶硅薄膜太陽能電池、微晶硅薄膜太陽能電池,、非晶硅薄膜太陽能電池,、色素增感太陽能電池、銅銦硒薄膜太陽能電池等,。 多晶硅薄膜太陽能電池,,特點(diǎn)是使用的硅材料遠(yuǎn)較單晶硅少,又無效率衰退問題,,并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備,,其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池,而效率高于非晶硅薄膜電池,,因此多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽能電地市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位,。工藝特點(diǎn)是在廉價(jià)襯底上沉積多晶硅薄膜,目前薄膜制備多采用化學(xué)氣相沉積法,,包括低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD),、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝、液相外延法(LPE)和濺射沉積法四種工藝,。 化學(xué)氣相沉積主要是以SiH2Cl2,、SiHCl3、Sicl4或SiH4,,為反應(yīng)氣體,,在一定的保護(hù)氣氛下反應(yīng)生成硅原子并沉積在加熱的襯底上,襯底材料一般選用Si,、SiO2,、Si3N4等。通過固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法等再結(jié)晶工藝,,太陽能電池轉(zhuǎn)換效率明顯提高,。另外所有制備單晶硅太陽能電池的技術(shù)也應(yīng)用于多晶硅太陽能電池,。德國(guó)費(fèi)萊堡太陽能研究所在FZSi襯底上制得的多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率為19%,日本三菱公司用該法制備電池,,效率達(dá)16.42%,。 液相外延(LPE)法的原理是通過將硅熔融在母體里,降低溫度析出硅膜,。美國(guó)Astropower公司采用LPE制備的電池效率達(dá)12.2%,。中國(guó)光電發(fā)展技術(shù)中心的陳哲良采用液相外延法在冶金級(jí)硅片上生長(zhǎng)出硅晶粒,并設(shè)計(jì)了一種類似于晶體硅薄膜太陽能電池的新型太陽能電池,,稱之為“硅?!碧柲茈姵亍?/div> |
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